磁通量這一該概念的重要性的認(rèn)識,一系列有關(guān)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律都是以磁通量為核心概念發(fā)展起來的。從判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流,到判斷感應(yīng)電流的方向,直到感應(yīng)電動勢的大小,一直與磁通量有關(guān)。
通過電路知識的學(xué)習(xí),已經(jīng)知道以下知識:
對某一電路,產(chǎn)生電流的原因是電路中有電壓源。
對同一電路,兩端電壓越大,電流越大。
一.感應(yīng)電動勢的大小
產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是回路中有電動勢,特意將此種電動勢命名為感應(yīng)電動勢。在研究如何產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)電流方向時,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磁通量變化快時電流表示數(shù)大??梢圆聹y感應(yīng)電動勢可能與磁通量的變化率有關(guān)。
實驗觀察,重做上一節(jié)條形磁鐵插入或拔出螺線管中的實驗,得出定性結(jié)論。不建議此處輕易下結(jié)論,沒有定量的數(shù)據(jù)支持,一切只能是猜測,簡單的現(xiàn)象結(jié)合深入的思考和確切的實驗數(shù)據(jù)方能形成結(jié)論,還需要再次通過實驗進行檢驗。
教材中一筆帶過的,強調(diào)了一個重要的事實。紐曼和韋伯在對理論和實驗數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格的分析后,得出了結(jié)論:閉合回路中的感應(yīng)電動勢大小與通過回路的磁通量的變化率成正比。冠名權(quán)千萬注意,給了法拉第。有關(guān)感應(yīng)電動勢大小的規(guī)律,實際是紐曼和韋伯得出的,但考慮到法拉第對研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的巨大貢獻,特別命名為法拉第電磁感應(yīng)定律。
法拉第是自學(xué)成才的典范,從感應(yīng)電動勢的大小規(guī)律上來說,數(shù)學(xué)是其得出結(jié)論的瓶頸,物理大師的數(shù)學(xué)功底,通常都是可媲美數(shù)學(xué)家的。側(cè)面也說明了數(shù)學(xué)對物理學(xué)習(xí)的重要性。
各量單位取規(guī)定單位后,k=1。
對于多匝線圈:
細(xì)節(jié)1
截面積相同的多匝線圈,磁通量的變化量還是
,也就是說線圈的匝數(shù)多了,磁通量還是BS,類似于地皮面積不會因為蓋高層而增大一樣。
由于線圈各匝之間是串聯(lián)關(guān)系,所以,對于n匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,相當(dāng)于n匝線圈串聯(lián)而得的電動勢。
細(xì)節(jié)2
式子中的分母表示時間段,說明用此式得出的電動勢應(yīng)該是平均電動勢,瞬時電動勢如何求?類比前面學(xué)過的類似情況。
二.法拉第電磁感應(yīng)定律的分情況討論
由磁通量的計算式
B變化,S不變
原始公式變形為:
2.S變化,B不變
原始公式變形為:
導(dǎo)體棒切割勻強磁場的磁感線時就是這種情況,平均瞬時一定要注意區(qū)分。
3.S、B都變化時
平均值原始公式直接求解:
瞬時值:應(yīng)用多變量函數(shù)求導(dǎo)規(guī)律求解。
一般不考,考出來就不一般,大殺器級別。
三.試著從理論上推導(dǎo)S變化,B不變時的感應(yīng)電動勢
導(dǎo)體中有自由電荷,在導(dǎo)體棒向右運動時,自由電荷隨導(dǎo)體棒有了向右運動的定向速度。就會受到洛倫茲力,在洛倫茲力的作用下,凈電荷就會向?qū)w棒兩端集中,直至受到集中電荷的電場力和洛倫茲力平衡,相當(dāng)于變成了電源的兩極。
與法拉第電磁感應(yīng)定律所得結(jié)論一樣,在電路知識的學(xué)習(xí)時對電源已有所了解,電源是一個能量轉(zhuǎn)化裝置,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為了電勢能,這種轉(zhuǎn)化是通過非靜電力做功來實現(xiàn)的。
思考:導(dǎo)體棒切割磁感線這種面積變化,磁感應(yīng)強度不變的感應(yīng)電動勢,其非靜電力是什么力?是什么能轉(zhuǎn)化為電勢能的?