法拉第电磁感应定律教学课件.ppt

1、法拉第电磁感法拉第电磁感应定律应定律 1K K实验回顾实验回顾NSNSNSt?2磁通量磁通量 磁通量变化磁通量变化 磁通量变化率与电磁通量变化率与电磁感应的关系磁感应的关系物理意义物理意义与电磁感应的关与电磁感应的关系系磁通量磁通量穿过回路的穿过回路的磁感磁感线的条数线的条数无关无关磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量的量的变化量变化量感应电动势感应电动势产生产生的条件的条件磁通量变化率磁通量变化率穿过回路的磁通穿过回路的磁通量的量的变化快慢变化快慢决定感应电动势决定感应电动势的的大小大小t3一、感应电动势一、感应电动势（E E）3.3.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 感应

2、电动势的大小感应电动势的大小1.1.定义定义:在电磁感应现象中产生的电动势。在电磁感应现象中产生的电动势。2 2磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势越大。，感应电动势越大。磁通量变化磁通量变化磁通量变化快慢磁通量变化快慢磁通量磁通量 t 12 1212tt 4一、感应电动势一、感应电动势（E E）3.3.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小感应电动势的大小1.1.定义定义:在电磁感应现象中产生的电动势。在电磁感应现象中产生的电动势。2 2磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势越大。，感应电动势越大。电路中电路中感应电动势感应电动势的大小，跟穿过这一的大小，跟穿过这一电路

3、的电路的磁通量的变化率磁通量的变化率成成正正比。比。二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 1.1.内容内容:tE tKE (K(K是一个常数是一个常数)tnE (n(n为线圈的匝数为线圈的匝数)5一、感应电动势一、感应电动势（E E）16.2 16.2 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小感应电动势的大小 电路中电路中感应电动势感应电动势的大小，跟穿过这一的大小，跟穿过这一电路的电路的磁通量的变化率磁通量的变化率成成正正比。比。二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 1.1.内容内容:tnE (n(n为线圈的匝数为线圈的匝数)2.2.数学表达式数学表达式:t 1

4、212tt 平均磁通平均磁通变化率变化率 E平均感应电动势平均感应电动势 6 例：如图所示，一个例：如图所示，一个50匝的线圈的两端跟匝的线圈的两端跟R99的电阻相连接，置于竖直向下的匀强的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是磁场中，线圈的横截面积是202，电阻为，电阻为1，磁感应强度以，磁感应强度以100Ts的变化率均匀减的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？的电流为多大？线圈某一横截面内通过的电荷量是多少？线圈某一横截面内通过的电荷量是多少？BEnnStt450 100 20 1010V100.199 1EIARr解析：解析：7巩固

5、练习：巩固练习：1 1穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟均匀地增加均匀地增加2 Wb2 Wb，则：，则：A A线圈中的感应电动势每秒钟增加线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V2 V B B线圈中的感应电动势每秒钟减少线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V2 V C C线圈中的感应电动势始终是线圈中的感应电动势始终是2 V2 V D D线圈中不产生感应电动势线圈中不产生感应电动势8三、重要的推论三、重要的推论 如图所示闭合线圈一部分导体如图所示闭合线圈一部分导体abab处于匀强磁处于匀强磁场中，磁感应强度是场中，磁感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速切

6、割磁感匀速切割磁感线，求产生的感应电动势。线，求产生的感应电动势。回路在时间回路在时间t t内增大的面积内增大的面积为：为：S=LvS=Lvtt解：解：产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化穿过回路的磁通量的变化为：为：=BS=BStE =BLv=BLvttttBLv BLv G G9v vB BV V2 2V V1 1=Vsin=Vsin 若导体斜切磁感线若导体斜切磁感线当速度当速度v与磁感应强度与磁感应强度B不垂直时，可不垂直时，可将将B分解为平行于速度分量分解为平行于速度分量B|（对感应电（对感应电动势无贡献），垂直于速度分量动势无贡献），垂直于速度分量B，则，则

7、感应电动势：感应电动势：IB|BBvsinBlvlvBE为为B、v之间的夹角之间的夹角10感应电动势LvB公式公式BLv中的中的L指的是切割磁感线的有指的是切割磁感线的有效长度。在上图中效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁是圆弧切割磁感线的有效长度。感线的有效长度。11如图，设匀强磁场的磁感应强度为如图，设匀强磁场的磁感应强度为B，导，导体棒体棒ab的长度为的长度为L,以速度以速度v在导轨上向右匀在导轨上向右匀速运动。求此时速运动。求此时a、b两点间的电势差。已两点间的电势差。已知导轨的总电阻为知导轨的总电阻为R,导体棒导体棒ab的电阻为的电阻为r。abvR12在上题中，导体棒在上题中，

8、导体棒ab的质量为的质量为m。若开始若开始导体棒导体棒ab在导轨上静止，用一水平向右的在导轨上静止，用一水平向右的恒力恒力F拉导体棒，使它向右运动，试分析拉导体棒，使它向右运动，试分析导体棒的受力情况、运动情况。求出导体导体棒的受力情况、运动情况。求出导体棒运动的最大速度。棒运动的最大速度。abFV13abF运动分析：运动分析：FF安安水平方向水平方向受力分析：受力分析：F合=F F安安vEIF合a a=0?NYVm22)LBrRFvm（当当F=F安安时，时，a=0,此时导体棒最大速度为此时导体棒最大速度为:14BGF安安N当当mgsin=F安安时，时，a=0,此时导体棒最大速度为此时导体棒最

9、大速度为:22sinLBmgRvm15 如图所示，长为如图所示，长为 的金属杆的金属杆OA绕过绕过O点垂直点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为度为。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为强度为B，磁场范围足够大。求，磁场范围足够大。求OA杆产生感应杆产生感应电动势的大小。电动势的大小。解析：解析：由于由于OA杆是匀速转动，故杆是匀速转动，故OA产生的感应电动势是恒定的，产生的感应电动势是恒定的，其平均值与瞬时值相同，求感其平均值与瞬时值相同，求感应电动势的两个公式均可以用。应电动势的两个公式均可以用。Ol1

10、6ABCRO 例例4：如图所示，在磁感应强度为如图所示，在磁感应强度为B的匀强的匀强磁场中，有半径为磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，点在框架上滑动的导体棒，OA之之间连一个阻值为间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），的电阻（其余电阻都不计），若使若使OC以角速度以角速度匀速转动。试求：匀速转动。试求：（1）图中哪部分相当于电源？）图中哪部分相当于电源？（2）感应电动势）感应电动势E为多少？为多少？（3）流过电阻）流过电阻R的电流的电流I为多少？为多少？17如图所示，边长为如图所示，边长为a的正方形金属线圈绕通的正方

11、形金属线圈绕通过过OO轴，以角速度轴，以角速度做匀速转动，匀强磁做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为场的磁感应强度为B，求下列情况的平均感求下列情况的平均感应电动势应电动势1 1）线框从图示位置转过）线框从图示位置转过90900 02 2）线框从图示位置转过）线框从图示位置转过1801800 03 3）线框从图示位置转过）线框从图示位置转过30300 0oO18四四.反电动势反电动势1.1.既然线圈在磁场中转动，线圈中就会产生感应电动势。既然线圈在磁场中转动，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源了产生的电流感应电动势加强了电源了产生的电流,还是削弱了它？还是削弱了它？是有得于线圈的转动

12、是有得于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动？还是阻碍了线圈的转动？电动机转动是时电动机转动是时,线圈线圈中产生的感应电动势中产生的感应电动势总要削弱电源电动势总要削弱电源电动势的作用的作用,阻碍线圈的转阻碍线圈的转动动.反电动势反电动势2.2.电动机由于机械故电动机由于机械故障停转障停转,要立即切断要立即切断电源。电源。192 2一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的：匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的：A.A.磁通量最大磁通量最大,磁通量变化率最大磁通量变化率最大,感应电动势最大感应电动势最大B.B.磁通量

13、最小磁通量最小,磁通量变化率最大磁通量变化率最大,感应电动势最大感应电动势最大C.C.磁通量最大磁通量最大,磁通量变化率最小磁通量变化率最小,感应电动势最大感应电动势最大D.D.磁通量最小磁通量最小,磁通量变化率最小磁通量变化率最小,感应电动势最大感应电动势最大20 如图所示，导线全部为裸导线，半径为如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆导线的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图。一根长度大于方向如图。一根长度大于2r的直导线的直导线MN，以速率，以速率V在圆上自左端匀速滑到右端，电路中定值电阻为在圆上自左端匀速滑到右端，电路

14、中定值电阻为R，其余电阻忽略不计。在滑动过程中，通过电阻其余电阻忽略不计。在滑动过程中，通过电阻R的电的电流的平均值为流的平均值为_;当当MN从圆环左端滑到右从圆环左端滑到右端的过程中，通过端的过程中，通过R的电荷量为的电荷量为_,当当MN通通过圆环中心过圆环中心O时，通过时，通过R的电流为的电流为_.(Brv/2R,Br(Brv/2R,Br2 2/R,2Brv/R)/R,2Brv/R)21应用举例应用举例例例1 1、如图所示为穿过某线路的磁通量、如图所示为穿过某线路的磁通量随随时间时间t t变化的关系图，试根据图说明：变化的关系图，试根据图说明：（1 1）穿过某线路的磁通量）穿过某线路的磁通

15、量何时最大？何时最大？何时最小？何时最小？（2 2）/t/t何时最大？何时最小？何时最大？何时最小？（3 3）感应电动势）感应电动势E E何时最大？何时最小？何时最大？何时最小？tOt1t2t3t4注意区分几个物理量：注意区分几个物理量：、/t/tE E只与只与/t/t有关，有关，而与而与、无关。无关。22思考与讨论：如图所示，长度都是L、质量都为m的两金属杆ab、cd放在水平放置的足够长的金属导轨MN、EF上，磁感应强度为B的匀强磁场强度竖直向上，若ab以速度v向右运动，试回答下列问题：（不计一切摩擦且导轨足够长）（1）cd杆将向哪儿动？（2）两金属杆各做什么性质的运动？（3）从开始运动直到

16、最后，在金属框架上消耗掉的能量有多少abdcNFEMB23如图，质量为如图，质量为m,电阻为电阻为R,边边长为长为l的正方形线圈从一匀的正方形线圈从一匀强场区域上方高强场区域上方高h处自由下处自由下落。设磁场的磁感应强度落。设磁场的磁感应强度为为B，方向如图，试分析：，方向如图，试分析：在线圈下边刚进入磁场到在线圈下边刚进入磁场到上边尚未进入磁场的过程上边尚未进入磁场的过程中，线圈有可能做什么运中，线圈有可能做什么运动，并讨论其条件。动，并讨论其条件。hlB24下落下落h高度，线框速度为：高度，线框速度为：ghv2若此时线框恰匀速进入磁若此时线框恰匀速进入磁场，应满足：场，应满足：F安安=mg

17、4422022LBgRmgvh而而F安安RvLBBLv22线框下落的高度应为：线框下落的高度应为：h0lBvF安mg25mgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg线框作减速运动，线框作减速运动，且加速度不断减小且加速度不断减小26mgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg线框作加速运动，线框作加速运动，且加速度不断减小且加速度不断减小27讨论加速运动）若（匀速运动）若（减速运动）若（,442220442220442220223222221LBgRmgvhhLBgRmgvhhLBgRmgvhhvt(1)(2)(3)028引起磁通量变化的原因

18、引起磁通量变化的原因1）稳恒磁场中的导体运动）稳恒磁场中的导体运动,或者回路面积或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等动生电动势动生电动势2）导体不动，磁场变化）导体不动，磁场变化感生电动势感生电动势电动势电动势+-kEIkE:非静电的电场强度非静电的电场强度29+vBOP一一动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源洛伦兹力洛伦兹力-mF-+eF30感应电动势感应电动势磁通量磁通量m变变动生电动势动生电动势磁场不变，回路面积磁场不变，回路面积 S 变变感生电动势感生电动势回路不动，磁感应强度变回路不动，磁感应强度变Lf 在磁场中，导体棒在磁场中，导体棒AB

19、AB以以 v v 沿金属导轨向右沿金属导轨向右运动，导体切割磁力线运动，导体切割磁力线,回路面积发生变化，导回路面积发生变化，导体内产生动生电动势。体内产生动生电动势。)(BvefL自由电子所受的洛仑兹力自由电子所受的洛仑兹力 产生动生电动势的实质产生动生电动势的实质是由于运动导体中的电荷是由于运动导体中的电荷在磁场中受洛仑兹力在磁场中受洛仑兹力 f fL 的结果。的结果。BvBA31电子感应加速器：电子感应加速器：在涡旋电场作用下，在涡旋电场作用下，电子可以被加速到电子可以被加速到 10 100 MeV。铁铁芯芯线圈线圈电电束束子子B磁场磁场32基本原理基本原理 应用感生电场加速电子的电子感应加速器电子感应加速器(betatron)，是感生电场存在的最重要的例证之一。实验装置及原理：实验装置及原理：在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流励磁电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场。用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下，沿圆形轨道运动。直流电激励电磁铁：直流电激励电磁铁：此时环行真空室中只有恒定的磁场，电子在室内只做匀速圆周运动。33交流电激励电磁铁：交流电激励电磁铁：当激励电流增加时，真空室中既有磁场又有有旋电场，电子在其中得到加速。磁场变化越快，电子的加速越明显。34