教科版高中物理选修3-2课件：1.3 法拉第电磁感应定律.ppt

1、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 （1）闭合电路 利用磁场产生电流的现象 问题1：什么叫电磁感应现象？ 问题2：产生感应电流的条件是什么？ （2）磁通量变化 思考: 问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电 动势。 甲 N S G 乙 产生电动势的那部分导体相当于电源 1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电 动势（E）. 闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有 感应电动势. 一、感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 2、产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电 路中就产生感应电动势。 3、感应电动势与感应电流： 只要

2、磁通量变化,电 路中就产生感应电动势; 若电路又闭合,电路中就有感 应电流. 磁通量变化是电磁感应的根本原因; 产生感应电动 势是电磁感应现象的本质. 观察实验,分析思考: 问题1:在实验中,电流表指针偏 转原因是什么? 问题2:电流表指针偏转程度跟 感应电动势的大小有什么关系? 问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中 同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同? 实验探究3:感应电动势1 实验探究2:感应电动势3 变化 产生E 产生I 问题1：在实验中，电流表指针 偏转原因是什么？ 总电阻一定时,E越大 ,I越大,指针偏转越大 . 问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小 有什么

3、关系？ 变化的快慢不同 都发生了变化 都产生了E(I) 产生的E(I)大小不等 磁通量变化越快，感应电动势越大。 磁通量的变化快慢 越大? 从条件上看从结果上看 相同 不同 问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同 一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同? 磁通量的变化率 二、法拉第电磁感应定律 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。 1.内容: 注意：公式中取绝对值，不涉及正负，感 应电流的方向另行判断。 2.公式: n为线圈的匝数 问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗? 问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗? (可以类比速度、速度的变化和加速度.

4、) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直 接关系:磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定 大(小,零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不 一定大(小). 思考与讨论 物理意义 与电磁感应关系 磁通量穿过回路的磁感 线的条数多少 无直接关系 磁通量变化穿过回路的磁通 量变化了多少 产生感应电动 势的条件 磁通量变化率 /t 穿过回路的磁通 量变化的快慢 决定感应电动 势的大小 3、理解:、/t的意义 1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路 面积S发生变化,SS2-S1,此时： 2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应 强度B发生变化,BB2-B1,此时： 4、应用:用公式 求E的二种

5、常见情况： （感生电动势） （动生电动势） 有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁 通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动 势。 25V 例与练1 一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它 的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。 求线圈中的感应电动势。 16V 例与练2 一个匝数为100、面积为10cm2的线 圈垂直磁场放置, 在0.5s内穿过它的 磁场从1T增加到9T。求线圈中的感 应电动势。 1.6V 例与练3 如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00以角 速度作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从 金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 金属环 转过900角的过程中，环中产生的电动势

6、的 平均值是多大? 0 0 B 例与练4 在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2 线框绕中心轴00以角速度由图示位置逆时针方向转动。求: (1)线圈转过1/4周的过程 中的平均感 应电动势 例与练5 B 0 0 a d c b 在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长 ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00以角速度由图示位 置逆时针方向转动。求: (2)线圈转过1/2周的过程 中的平均感应电动势 例与练5 B 0 0 a d c b /10-2Wb t/s A BD 0 1 2 0.1 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线 圈所围面积里

7、磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( ) A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内 平 均感应电动势为0.4V ABD 例与练6 斜率表示的 变化率 a b G a b v 回路在时间t内增大的面积为： S=Lvt 产生的感应电动势为： 穿过回路的磁通量的变化为： =BS=BLvt （V是相对于磁场的速度） 三、导体切割磁感线时的感应电动势 如图所示闭合线框一部分导体ab长l,处于匀强磁场中 ，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的 感应电动势 v B V1 V2 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角

8、(导体斜切磁 感线) 注意： 2、导线的长度L应为有效长度 1、导线运动方向和磁感线平行时, E=0 3、速度v为平均值(瞬时值), E就为平均值(瞬时值) L v 为v与B夹角 三、导体切割磁感线时的感应电动势 匀强磁场 v 、B、L 两两垂直 如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L 的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速 度v与L成角，求金属棒ab产生的感应电 动势。 a b v E=BLVsin 例与练7 在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长 ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴OO以角速度由图示位置逆时针方向 转动。求: (1)转过1/4周时ab边产生的瞬时感应电

9、动势 (2)转过1/2周时ab边产生的瞬时感应电动势 转动1周的过程中ab边产生的感应电 动势哪个时刻最大?哪个时刻最小? 思考: 例与练8 B 0 0 a d c b 问题：公式 与公式 的区别和联系？ (1) 求出的是平均感应电动势, E和某段时间 或某个过程对应； 求出的是瞬时感应电动势 ，E和某个时刻或某个位置对应. (2)求出的是整个回路的感应电动势 ；求出的是某部分导体的电动势。回路 中感应电动势为零时，回路中某段导体的 感应电动势不一定为零。 v a bc d L 1、区别： (1)公式中的时间趋近于0时，则E为瞬 时感应电动势 (2)公式中v若代表平均速度，则E为平 均感应电动

10、势。 2、联系： 问题：公式 与公式 的区别和联系？ 公式和公式是统一的. 如图,长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀 强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁场 的磁感应强度为B,求杆OA两端的电势差. A O A 例与练9 如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金 属导轨MN和PQ,它们的电阻不计,在M和P之间接有 R=3.0的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为 r=1.0,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向 下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10ms的速度 向右做匀速运动. (1)ab中的电流多大? ab两点间的电压多大? (2)维持ab做匀速运动的外力多大? (3

11、)ab向右运动1m的过程中, 外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少? RB r P M N a Q b v WF=0.1J I=0.5A F=0.1N Q=0.1J U=1.5V 例与练10 问题1：在P16图4.4-3中, 电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样? AB边、CD边受力方向怎样? 线圈的运动方向怎样? 直流电动机的原理: 通电 导线在磁场中 受安培力而运动. 问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势 吗?方向怎样? 问题3：感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削 弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈 的转动? 四、反电动势 1、定义：电动机转动时产生的感应电

12、动势总要削弱电 源产生的电流,这个电动势叫反电动势. 2、作用：阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能.电能转 化为其它形式的能. 问题4：如果电动机因机械阻力过大而 停止转动,会发生什么情况?这时应采取 什么措施? 四、反电动势 3、应用：电动机停止转动, 就没有反电动势,线圈中电流 会很大,电动机会烧毁,要立即 切断电源,进行检查. 关于电磁感应，下述说法中正确的是( ) A、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 B、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定 为零 C、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动 势越大 D、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势 越大 D 注意:感

13、应电动势E与、 /t的关系 例与练11 如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻 R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T, 方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框 滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右 匀速滑动时，试求： (1)导体ab上的感应电动势的大小 (2)回路上感应电流的大小 E=BLv=0.80V 例与练12 小结：由于导体运动过程中感应电动 势不变，瞬时值等于平均值，所以也可 用下式求E. 如果这时跨接在电阻两端有一个电压 表，测得的就是外电路上的电压，即 如图,有一匀强磁场B=1.010-

14、3T，在垂直磁场的 平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时 针转动,已知棒长L=0.20m，角速度=20rad/s， 求：棒产生的感应电动势有多大？ 例与练13 小结：也可用 进行计算,因为从OA,各点的线速度 是均匀变化的,故取棒中点的速度代表 棒的平均速度，由 仍得到上面的结果. 如图，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁 场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时 刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过t时间转过 1200角，求： （1）线框内感应电动 势在时间t内的平均值. （2）转过1200角时感 应电动势的瞬时值. 3Ba2/(2t) 例与练14 如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次 用0.05s，第二次用0.1s。试求： (1)两次线圈中的平均感应电动势之比? (2)两次线圈中 电流之比? (3)两次通过线圈 电荷量之比? (4)两次在R中产生 热量之比? 例与练15 我们 收获一 收获二 收获三