自感现象与日光灯【学习内容】电磁感应规律的综合应用、自感现象、日光灯原理【重点和难点】电磁感应规律的综合应用、自感现象【内容简介】一、电磁感应规律的综合应用（1）电磁感应与运动学的结合1、如图所示，金属框架与水平面成30°角，匀强磁场的磁感应强度B=0.4T，方向垂直框架平面向上，框架宽度L=0.5m，金属棒重为0.1N，可以在框架上无摩擦地滑动，棒与框架的总电阻为2Ω，运动时可认为不变。问：⑴要棒以2m/s的速度沿斜面向上滑行，应在棒上加多大沿框架平面方向的外力？⑵当棒运动到某一位置时，外力突然消失，棒将如何运动？⑶棒匀速运动时的速度多大？⑷棒达到最大速度时，电路的电功率多大？重力的功率多大？【解析】(1)外力F外=mg×sinα＋F安……①F安=BIL………………②I=…………………③E=BLV……④将④、③、②式带入①式可得:F外=0.09N(2)金属杆向上滑动的过程中，受到安培力与重力而减速，由于速度减少，安培力也减小，所以金属棒做加速度逐渐减小的变减速直线运动(3)金属棒达到最大速度时:mg×sinα=F安，……⑤F安，=BI，L……⑥I，=……⑦E，=BLVm……⑧,将⑧、⑦、⑥式带入⑤式可得:Vm=2.5m/s.(4)金属棒达到最大速度时,电路的电功率为P=I，×E，……⑨将⑧、⑦式带入⑨式,可得P=0.125W,重力的功率为PG=mg×V×cosα=0.125W（2）电磁感应与能量的结合2、如图所示，两根正对的平行金属直轨道MN、M′N′位于同一水平面上，两轨道之间的距离=0.50m。轨道的MM′端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻，NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接，两半圆轨道的半径均为R0=0.50m。直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T的匀强磁场中，磁场区域的宽度d=0.80m，且其右边界与NN′重合。现有一质量m=0.20kg、电阻r=0.10Ω的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处。在与杆垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab杆开始运动，当运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP′。已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好，且始终与轨道垂直，导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数μ=0.10，轨道的电阻可忽略不计，取g=10m/s2，求：（1）导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向；（2）导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量；（3）导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热。【解析】（1）设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1，根据动能定理则有：（F-μmg）s=mv12导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势E=Blv1，此时通过导体杆上的电流大小I=E/（R+r）=3.84A根据右手定则可知，电流方向为由b向a（2）设导体杆在磁场中运动的时间为t，产生的感应电动势的平均值为E平均，则由法拉第电磁感应定律有E平均=△φ/t=Bd/t通过电阻R的感应电流的平均值I平均=E平均/（R+r）通过电阻R的电荷量q=I平均t=0.512C（3）设导体杆离开磁场时的速度大小为v2，运动到圆轨道最高点的速度为v3，因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高点，根据牛顿第二定律对导体杆在轨道最高点时有mg=mv32/R0对于导体杆从NN′运动至PP′的过程，根据机械能守恒定律有mv22=mv32+mg2R0解得v2=5.0m/s导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能△E=mv12-mv22=1.1J此过程中电路中产生的焦耳热为Q=△E-μmgd=0.94J二、自感现象（1）自感现象⑴由于通电导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫自感现象，在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。⑵自感电动势的作用总是阻碍导体中电流的变化（增反减同）。自感电动势的作用是阻碍电流变化，即电流增大时，自感电动势阻碍电流增大；当电流减小时，阻碍电流减小，因此自感电动势总是起着延缓电流变化的作用．⑶自感现象同样遵循楞次定律。⑷自感电动势的大小决定于线圈本身的构造和穿过线圈磁通量变化的快慢。（2）自感系数（L）⑴L的物理意义：在线圈中电流强度的变化率相同的情况下，L越大，则自感电动势越大，自感现象越明显，说明L是表示线圈自感能力的物理量⑵L的大小决定因素：线圈长度、横截面积、单位长度上的匝数、有无铁芯⑶L的单位：享利（H）1享=1伏·秒/安三、日光灯原...
