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电磁学三大定律
电磁学三大基本定律是库伦定律、安培定律和法拉第电磁感应定律,这三个定律的建立标志着人类对于电磁现象的认识发展到了新的阶段。
一、库伦定律:
1、库仑定律定义:
“库仑定律”是电磁场理论的基本定律。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点电荷的连线,同名电荷相斥,异名电荷相吸。
2、 公式:
F=k(q1*q2)/r^2 (中学在利键桐用库仑定律表达式进行计算时即使碰到负电荷也带入电荷量的绝对值进行计算,斥力或稿档坦引力计算完后根据电性判断。矢量运算正负电荷只需带入代数值即可。)
3、库仑定律成立的条件:
(1)真空中;
(2)静止;
(3)点电荷(静止是在观测者的参考系中静止,至少有一个静止,中学计算一般不做要求)。
二、安培定律:
“安培定律”(安培定则)也叫右手螺旋定则,是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。
通电直导线中的安培定则(安培定则一):
用右手握住通电直导线,让大拇指指向直导线中电流方向,那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向。
通电螺线管中的安培定则(安培定则二):
用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
三、法拉第电磁感应定律:
1、定义:
“电磁感应定律”也叫法拉第电磁感应定律,电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象,例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。
2、右手定则:
电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律或右手定则来确定。右手定则内容:
伸平右手使拇指与四指垂直,手心向着磁场的N极,拇指的方向与导体运动的方向一致,四指所指的方向蠢纯即为导体中感应电流的方向(感应电动势的方向与感应电流的方向相同)。
楞次定律指出:感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。简而言之,就是磁通量变大,产生的电流有让其变小的趋势;而磁通量变小,产生的电流有让其变大的趋势。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;e(t) = -n(dΦ)/(dt)。对动生的情况也可用E=BLV来求。
3、感应电流产生的条件:
(1)电路是闭合且通的;
(2)
穿过闭合电路的磁通量发生变化。
(若缺少一个条件,就不会有感应电流产生)。
电磁感应原理
⒈ 感应电流的产生条件和方向判定是高考命题频率较高的内容,特别要注意楞次定律的应用。“阻碍”两字是楞次定律的核心,它的含义可推广为三种表达方式: ⑴ 阻碍原磁通量的变化(简化为“增反减同”原则); ⑵ 阻碍导体的相对运动(简化为“来拒去留”原则); ⑶ 阻碍原电流变化(自感现象)。
⒉ 法拉第电磁感应定律是电磁感应的核心内容,也是高考热点之一。该定理定量地给出了感应电动势的计算公式 ,概括了感应电动势大小与穿过回路的磁通量变化率成正比这一规律。
⑴ 根据不同情况, 可表达成 、 和 几种情况。
⑵ 注意磁通量φ、磁通量的变化Δφ、磁通量的变化率 三者区别。
⑶ 注意 和ε=BLv的区别和联系。后者的v可以取平均速度,也可以取瞬时速度。
⒊ 电磁感应的应用一般是二个方面:
⑴ 电磁感应和电路规律的综合应用。 主要将感应电动势等效于电源电动势,产生感应电动势的导体等效于内电阻,其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用。
⑵ 电磁感应和力学规律的综合应用。 此类问题特别注意动态分析。
如图所示,用恒力拉动放在磁场中光滑框架上的 导体时,导体因切割磁感线产生感应电流,并受到安培力f的阻碍作用。其关系可表示如下:
设导体的质量为m,框架回路电阻R不变,其运动方程为
; 即 .
可见,随着切割速度v的增加,滚歼导体的加速度a减少。当a=0时,速度达到最大值,v=vmax,这就是导体作匀速运动时的速度v匀=FR/B2L2。
在较复杂的电磁感应现象中,经常涉及求解焦耳热问题,而且具体过程中感应电流是变量,安培力也是变量,但是从族友能量守恒观点来看,安培力做多少大穗冲功,就有多少电能转化为其他形式的能,只要弄清能量的转化途径,用能量守恒处理问题可以省去许多细节,解题简捷、方便。
[考题例析]
例题 如图所示,固定于水平桌面上的金属框架cdef,处于竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上,可无摩擦滑动。此时adeb构成一个边长为L的正方形。棒的电阻为r,其余部分电阻不计。开始时磁感强度为B。
⑴ 若t=0时刻起,磁感强度均匀增加,每秒增量为k同时保持棒静止。求棒中的感应电流。在图上标出感应电流的方向。
⑵ 在上述 ⑴ 情况中,始终保持棒静止,当t=t1s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大?
⑶ 若从t=0时刻起,磁感强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右做匀速运动时,可使棒中不产生感应电流,则磁感强度应怎样随时间变化(写出B与t的关系式)?
解析 ⑴ 由于磁场的磁感强度均匀增加,且 ,在边长L的正方形线框中产生感应电动势和感应电流。据法拉第电磁感应定律 。由闭合电路欧姆定律 。据楞次定律可判断线框中感应电流为逆时针方向。
⑵ 在 末棒ab仍静止,它受力情况为 ,而此时刻 ,则 , 。
⑶ 当棒中不产生感应电流即 时,据法拉第电磁感应定律 ,而Δt≠0,所以Δφ=0,即回路内总磁通量 保持不变,而在t时刻的磁通量 。故 。
说明 本例是2000年上海高考题。它从B0增加和减少两个方向设置问题。题目不难,概念性强,比较新颖,是考查电磁感应规律的一道好题。
什么是电池感应定律
因磁通量变化产生感应电动势的现象,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应,产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象,不能全面概括电磁感现象:闭合线圈面积不变,改变磁场强度,磁通量也会改变睁简指,也会发生电磁感应现象。悉配所以准确的定义如下: 因磁通量变化产生感应电动势的现象。
电动势的方向(公式中的负号)由楞次定律提供。楞次定律指出:感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。对于动生电动势也可用右手定则判断感应电流的方向,进而判断感应电动势的方向。“通过电路的磁通量”的意义会由下面的例子阐述。
传统上有两种改变通过电路的磁通量的方式。至于感应电动势时,咐顷改变的是自身的磁场,例如改变生成场的电流(就像变压器那样)。而至于动生电动势时,改变的是磁场中的整个或部份电路的运动,例如像在同极发电机中那样。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;e(t) = -n(dΦ)/(dt)。对动生的情况也可用E=BLV来求。
中文名:电磁感应定律
外文名:Faraday law of electromagnetic induction
概念:磁通量变化产生感应电动势
方向:由楞次定律提供
提出者:迈克尔·法拉第
时域公式:e(t) = -n(dΦ)/(dt)
时间:1831年8月
复频域公式:E = -jwnΦ (E和Φ是向量)
电磁感应的原理
电磁感应的原理如下:
电磁感应(Electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势.此电动势称为感应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流(感生电流)。
电磁感应定律也叫法拉第电磁感应定律
电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象,例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感搏昌滚应电动势 。
电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律或右手定则来确定。右手定则内容:伸平右手使拇指与四指垂直,手心向着磁场的N极,拇指的方向与导体运动的方向一致,四指所指的方向即为导体中感应电流的方向(感应电动势的方向与感应电流的方向相同)。
楞次定律指出:感应电流迅禅的磁场要阻碍原磁通的变化。简而言之,就是磁基余通量变大,产生的电流有让其变小的趋势;而磁通量变小,产生的电流有让其变大的趋势。
感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定;e(t) = -n(dΦ)/(dt)。对动生的情况也可用E=BLV来求。