电磁感应和法拉第电磁感应定律

第 1 页 法拉第与电磁感应定律

摘要：法拉第，在科学史上做出杰出贡献的实验物理学家,他是名副其实的穷二代，凭借高于常人的智商和自己坚持不懈的努力成为了举世闻名的科学家，他不只是在电磁学中引入了电场线和电磁感应线，这使得后人能更清楚、形象地理解电磁场。他最突出的成就就是发现了电磁感应定律，不但促进了科学的发展而且还开创了人类美好生活的新时代，为人类带来了丰富的物质和精神财富。

关键词：法拉第、电磁感应定律、应用、学习、感应电流

0引言

在21世纪的新时代，法拉第电磁感应定律的运用遍及人类生活的很多方面并使我们的生活越来越便捷，享受着这个时代独有的幸福的同时，我们便更想探索法拉第电磁感应定律具体应用在哪些方面，更想知道到底是什么样的天才发现了这样神奇的定律。本篇论文选择了对近代物理学做出了杰出贡献的英国科学家法拉第的生平进行全面的分析，并综述了电磁感应定律在科技史上的地位。文中有历史、人物和科学的发展过程。

1法拉第简介

1.1法拉第的家庭背景

法拉第，一个自学成才的理工男。1971年9月22日这个未来著名的物理学家呱呱坠地，他是家里的第三个儿子，他的家庭贫困，父亲是一个铁匠，靠着自己勤劳的双手养家糊口，收入甚微，入不敷出。所以，“富二代”、官二代“这样的身份注定与他无缘，要想以后出人头地，只能靠他自己的天赋和努力。贫困的家庭连温饱都难以解决，上学接受教育对他来说那只能是梦想。由于穷困，法拉第在人生最灿烂的时候辍学了，那一年他才13岁，是求知欲最强烈的年华。退学后，为生活所迫，他在街上卖报、在书店当学徒挣钱以贴补家用。是金子就一定会发光，是锤子就一定会受伤，法拉第无疑就是一块金子，就算是出生卑微，无学可上也不会阻碍他这块金子熠熠生辉。

1.2法拉第的求学及工作经历

法拉第酷爱学习， 任何一个学习机会对于他都是极其珍贵的，他的哥哥注意到了他的天赋，所以愿意资助他学习，他非常幸运地参加了很多科学活动。通过这些活动他开始接触到了科学的神秘世界并且深深地被科学所吸引，这一切为他未来成为科学家铺好了道路。如果你足够好上帝一定不会埋没你，而且总会为你开上一扇窗，法拉第就是被上帝宠爱的那个人才，上帝为他开了一扇窗从而结识了著名的化学家戴维，他被戴维的才华所征服，随即他大胆地写信给戴维讲述了他对一些科学的见解，并表明自己热爱科学、愿意为科学献身。机会总是垂青于有准备的人，法拉第的能力才华深受戴维的赏识，22岁的他就被戴维任命为自己的实验助理。名师出高徒，法拉第以戴维为师，这为他后来的成就铺就了一条康庄大道。而且法拉第聪明、刻苦，很受戴维的器重，所以每次戴维外出考察时总会让法拉第相伴，而每一次外出考察对他来说都是弥足珍贵的学习机会，都会是他增长知识、开拓视野。

316-法拉第电磁感应定律

1 选择题

1. 英国物理学家法拉弟发现[ ]

（A）电流通过导体，导体会发热； （B）通电导线周围存在磁场；

（C）电磁感应现象； （D）通电导体在磁场里会受到力的作用。

答：（C）。

2. 如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P和Q平行放在导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时

（A）P和Q将互相靠近； （B）P和Q均向左运动；

（C）P和Q将互相远离； （D）P和Q均向右运动。

答：（A）。

3. 如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放在导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时[ ]

（A）磁铁的加速度大于g； （B）磁铁的加速度小于g；

（C）磁铁的加速度开始时小于g，后来大于g；

（D）磁铁的加速度开始时大于g，后来小于g。

答：（B）。

4. 关于感应电动势的正确说法是：[ ]

（A）导体回路中的感应电动势的大小与穿过回路的磁感应通量成正比；

（B）当导体回路所构成的平面与磁场垂直时，平移导体回路不会产生感应电动势；

（C）只要导体回路所在处的磁场发生变化，回路中一定产生感应电动势；

（D）将导体回路改为绝缘体环，通过环的磁通量发生变化时，环中有可能产生感应电动势。

答：（D）。

5. 交流发电机是根据下列哪个原理制成的? [ ]

（A）电磁感应； （B）通电线圈在磁场中受力转动；

（C）奥斯特实验； （D）磁极之间的相互作用。

答：（A）。

6. 关于产生感应电流的条件，下面说法正确的是[ ]

（A）任何导体在磁场中运动都产生感应电流；

（B）只要导体在磁场中做切割磁力线运动时，导体中都能产生感应电流；

（C）闭合电路的一部分导体，在磁场里做切割磁力线运动时，导体中就会产生感应电流；

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清华园教育网 法拉第电磁感应定律应用(2)·典型例题解析

【例1】如图17－84所示，MN、PQ为足够长的水平导电轨道，其电阻可以忽略不计，轨道宽度为L，ab，cd为垂直放置在轨道上的金属杆，它们的质量均为m，电阻均为R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感强度为B．现用水平力拉cd杆以恒定的速率v向右匀速滑动，设两杆与轨道间的动摩擦系数为μ，求ab杆可以达到的最大速度和此时作用在cd杆上水平拉力做功的瞬时功率．

解析：由楞次定律可知，当cd向右匀速运动时，ab也向右运动．

当ab有最大速度vm时，μmg＝BIL

①

I＝＝/()/tRRBLvtvtRRmt

②

联立①②有：＝－vvm222mgRBL

此时作用在cd杆上水平拉力F做功的瞬时功率为P＝Fv＝(F安＋f)v＝(BIL＋μmg)v

∴＝ P2mgv

点拨：要明确最大速度的条件，分析电路中的电流、安培力和金属棒的运动之间相互影响、相互制约的关系．

【例2】如图17－85所示，两根很长的光滑平行的金属导轨，相距L，放在一水平面内，其左端接有电容C、电阻为R1、R2的电阻，金属棒ab与导轨垂直放置且接触良好，整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，现用大小为F的水平恒力拉棒ab，使它沿垂直于棒的方向向右运动，若棒与导轨的电阻均不计．试求：(1)棒ab的最大速度；(2)若棒达到最大速度以后突然静止，则棒在此瞬间受到的安培力的大小和方向． 清华园教育网

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解析：(1)当ab所受安培力f与外力F相等时，ab速度最大，设为

vIImmm，此时最大电流为：＝BLvRm1

①

BImL＝F

②

对有：＝－cdFtm2u0(2)

③

(2)CUBLvm棒达到最大速度时，两端电势差为：＝＝FRBL1

④

棒突然静止时，电容器通过棒放电，瞬间电流为：＝＝abIURFRBLR212

第二章 电磁感应

第2节 法拉第电磁感应定律

一、电磁感应定律

1．感应电动势

(1)感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于电源．

(2)在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有感应电动势；回路断开时，虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在．

2．法拉第电磁感应定律

(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．

(2)公式：E＝ΔΦΔt.若闭合导体回路是一个匝数为n的线圈，则E＝nΔΦΔt.

①若ΔΦ仅由磁场变化引起，则表达式可写为E＝nΔBΔtS.

②若ΔΦ仅由回路的面积变化引起，则表达式可写为E＝nBΔSΔt.

3、Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的比较

磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率ΔΦΔt

物理

意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 在某一过程中穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢

大小

计算 Φ＝BS⊥ ΔΦ＝ Φ2－Φ1B·ΔSS·ΔB ΔΦΔt＝ |Φ2－Φ1|ΔtB·ΔSΔtΔBΔt·S

注意 穿过某个面有方向相反的磁场时，则不能直接应用Φ＝B·S.应考虑相反方向的磁通量抵消以后所开始和转过180°时，平面都与磁场垂直，但穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2B·S而不既不表示磁通量的大小也不表示变化的多少．在Φt图象中，可用图线的斜率表示 剩余的磁通量

是零

4、磁通量的变化率ΔΦΔt是Φ-t图像上某点切线的斜率大小．如图中A点磁通量变化率大于B点的磁通量变化率．

二、导体切割磁感线时的感应电动势

1．垂直切割

导体棒垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲，E＝Blv.

2．不垂直切割

导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为 θ时，如图乙，则E＝Blv1＝Blvsin_θ.

3、对公式E＝Blvsin θ的理解

(1)对 θ的理解：当B、l、v三个量方向互相垂直时， θ＝90°，感应电动势最大；当有任意两个量的方向互相平行时， θ＝0°，感应电动势为零．