1、2023-1-30第四节第四节 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律2023-1-30课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.理解感应电动势的概念理解感应电动势的概念2.理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律法拉第电磁感应定律并能够运用法拉第电磁感应法拉第电磁感应定律并能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小定律定量计算感应电动势的大小3.能够运用能够运用EBLv或或EBLvsin计算导体切割磁计算导体切割磁感线时的感应电动势感线时的感应电动势2023-1-30重点难点：重点难点：2023-1-30第第四四节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练
2、课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位2023-1-30课前自主学案课前自主学案一、感应电动势一、感应电动势在在_现象中产生的电动势叫做感应电动势、现象中产生的电动势叫做感应电动势、产生感应电动势的那部分导体就相当于产生感应电动势的那部分导体就相当于_电磁感应电磁感应电源电源2023-1-30思考感悟思考感悟1在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流，这句话对吗？为什么？应电流，这句话对吗？为什么？提示：提示：不对，不管电路是否闭合，只要穿过电路的不对，不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中
3、就会产生感应电动势有磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势有感应电动势不一定存在感应电流感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合要看电路是否闭合)，有感应电流一定存在感应电动势有感应电流一定存在感应电动势2023-1-30二、影响感应电动势大小的因素二、影响感应电动势大小的因素1实验探究实验探究(1)猜想与假设：猜想与假设：由于感应电流的产生与磁通量的变化有关，因此猜由于感应电流的产生与磁通量的变化有关，因此猜想感应电动势可能与想感应电动势可能与_有关，同时还有关，同时还可能与完成磁通量变化所用可能与完成磁通量变化所用_有关有关磁通量的变化磁通量的变化时间时间图图1412023-1-3
4、0(2)方案设计：方案设计：由于感应电动势可能与多个因素有关，因此应利用由于感应电动势可能与多个因素有关，因此应利用_法分别改变磁通量的大小和磁通量变法分别改变磁通量的大小和磁通量变化所用的时间化所用的时间控制变量控制变量2023-1-30(3)实验探究：实验探究：保证磁通量变化所用时间相同，分别将一根条形磁保证磁通量变化所用时间相同，分别将一根条形磁铁和两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，铁和两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度比较灵敏电流计的指针偏转的角度保证磁通量的变化相同，将一根条形磁铁快速或慢保证磁通量的变化相同，将一根条形磁铁快速或慢速插入螺线
5、管，比较灵敏电流计的指针偏转的角速插入螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度度2023-1-30(4)实验现象：实验现象：用两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比用两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比用一根时灵敏电流计的指针偏转的角度用一根时灵敏电流计的指针偏转的角度_；将条；将条形磁铁快速插入螺线管比慢速插入螺线管，灵敏电形磁铁快速插入螺线管比慢速插入螺线管，灵敏电流计的指针偏转的角度流计的指针偏转的角度_(5)实验结论：实验结论：感应电动势的大小与磁通量变化的感应电动势的大小与磁通量变化的_(磁通量磁通量的变化率的变化率)有关有关大大大大快慢快慢2023-1-302磁通量的变化率
6、磁通量的变化率(1)定义：磁通量的定义：磁通量的_跟产生这个变化所用跟产生这个变化所用时间的比值时间的比值(2)表达式：磁通量的变化率表示为表达式：磁通量的变化率表示为_ ，单，单位：位：_.(3)物理意义：表示磁通量变化物理意义：表示磁通量变化_的物理量的物理量变化量变化量Wb/s快慢快慢2023-1-302023-1-30三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律1内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的电路的磁通量的_成正比成正比2表达式：表达式：(1)在国际单位制中，感应电动势在国际单位制中，感应电动势E的单的单位是伏特位是伏特(
7、V)，的单位是韦伯的单位是韦伯(Wb)，t的单位是秒的单位是秒(s)，公式为，公式为E_.变化率变化率2023-1-30(2)若闭合电路有若闭合电路有n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都量变化率都_，由于，由于n匝线圈可以看做是由匝线圈可以看做是由n个单匝线圈串联而成，因此，整个线圈中的感应电个单匝线圈串联而成，因此，整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的动势是单匝线圈的n倍，即倍，即E_.相同相同2023-1-30思考感悟思考感悟3闭合电路置于磁场中，电路所在平面与磁场方闭合电路置于磁场中，电路所在平面与磁场方向垂直，那么，当磁感应强度很大时，感应电动势向垂直，那
8、么，当磁感应强度很大时，感应电动势可能为零吗？当磁感应强度为零时，感应电动势可可能为零吗？当磁感应强度为零时，感应电动势可能很大吗？能很大吗？提示：提示：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小所小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小所以，以上两种情况均有可能以，以上两种情况均有可能2023-1-30四、感应电动势的另一种表述四、感应电动势的另一种表述1磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时，如图垂直时，如图142所示，所示，E_.BLv图图1422023-1-302导
9、体棒与磁场方向垂直，导体棒运动方向与导导体棒与磁场方向垂直，导体棒运动方向与导体本身垂直，但与磁场方向夹角为体本身垂直，但与磁场方向夹角为时，如图时，如图143所示，所示，E_.BLvsin图图1432023-1-30核心要点突破核心要点突破一、一、的比较的比较2023-1-302023-1-302023-1-302023-1-30即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(单选单选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大动势一定越大B线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势线圈中磁通量
10、越大，线圈中产生的感应电动势一定越大一定越大C线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大电动势一定越大D线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大电动势越大2023-1-302023-1-302023-1-302023-1-302023-1-30图图1442023-1-302023-1-30即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图145所示，半径为所示，半径为r的金属圆环，其电阻的金属圆环，其电阻为为R，绕通过某直径的轴，绕通过某直径的轴OO以角速度以角速度匀速转动，
11、匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B.从金属环的平面与磁场从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，求金属圆环由图示位置分别方向重合时开始计时，求金属圆环由图示位置分别转过转过30角和由角和由30角转到角转到330角的过程中，金角的过程中，金属圆环中产生的感应电动势分别是多大？属圆环中产生的感应电动势分别是多大？图图1452023-1-302023-1-302023-1-30三、公式三、公式En 与与EBLvsin的对比理解的对比理解EnEBLvsin区区别别求的是瞬时感应电动势，求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对与某个时刻或某个位置相对应应求的是求的是t时间内
12、的平均感时间内的平均感应电动势，应电动势，E与某段时间与某段时间或某个过程相对应或某个过程相对应求的是整个回路的感应电动求的是整个回路的感应电动势整个回路的感应电动势势整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体为零时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零的感应电动势不一定为零求的是回路中一部分导体求的是回路中一部分导体切割磁感线时产生的感应切割磁感线时产生的感应电动势电动势2023-1-30EnEBLvsin区区别别由于是整个回路的感应电由于是整个回路的感应电动势，因此电源部分不容动势，因此电源部分不容易确定易确定由于是一部分导体切割磁由于是一部分导体切割磁感线的运动产生的感应电感线的运动
13、产生的感应电动势，该部分就相当于电动势，该部分就相当于电源源联联系系公式公式En和和EBLvsin是统一的，当是统一的，当t0时，时，E为瞬为瞬时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，现在还时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，现在还不能这样求瞬时感应电动势，而公式不能这样求瞬时感应电动势，而公式EBLvsin中的中的v若代入，则求出的若代入，则求出的E为平均感应电动势为平均感应电动势2023-1-30即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.(单选单选)如图如图146所示，空间内存在一竖直向上所示，空间内存在一竖直向上的匀强磁场，一金属棒的匀强磁场，一金属棒ab垂直于磁场
14、方向水平抛出，垂直于磁场方向水平抛出，有关其感应电动势的大小和两端电势的高低，以下有关其感应电动势的大小和两端电势的高低，以下说法中正确的是说法中正确的是()图图1462023-1-30A运动过程中感应电动势的大小不变，运动过程中感应电动势的大小不变，abB运动过程中感应电动势的大小不变，运动过程中感应电动势的大小不变，abD由于速率不断增大，所以感应电动势变大，由于速率不断增大，所以感应电动势变大，ab解析：解析：选选A.因为水平方向的速度没有改变，竖直方因为水平方向的速度没有改变，竖直方向的速度虽然在增大，但只有水平方向的速度能产向的速度虽然在增大，但只有水平方向的速度能产生感应电动势，故
15、运动过程中感应电动势的大小不生感应电动势，故运动过程中感应电动势的大小不变，又由右手定则可判断变，又由右手定则可判断a端电势高，故端电势高，故A正确正确2023-1-30四、电磁感应现象中的电路问题四、电磁感应现象中的电路问题1分析思路分析思路在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势若回路闭合，则生变化的回路将产生感应电动势若回路闭合，则产生感应电流，感应电流引起热效应等，所以电磁产生感应电流，感应电流引起热效应等，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查解决与电路相联感应问题常与电路知识综合考查解决与电路相联系的电磁感应
16、问题的基本方法是：系的电磁感应问题的基本方法是：2023-1-30(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路或电路就是电源，其他部分是外电路(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次定律确定感应电动势的方向用楞次定律确定感应电动势的方向(3)画等效电路图分清内外电路，画出等效电路图画等效电路图分清内外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键是解决此类问题的关键(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式
17、联立求解率、电热等公式联立求解2023-1-302023-1-30特别提醒：特别提醒：(1)求解电路问题首先要找出电源，确定内电路和外求解电路问题首先要找出电源，确定内电路和外电路，解题时不能忽略内阻电路，解题时不能忽略内阻(2)求解电路中通过的电荷量，一定要用平均电动势求解电路中通过的电荷量，一定要用平均电动势和平均电流计算和平均电流计算2023-1-30即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4如图如图147甲所示，一个电阻值为甲所示，一个电阻值为R，匝数为，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻的电阻R1连接成闭合回连接成闭合回路线圈的半径为路线圈
18、的半径为r1.在线圈中半径为在线圈中半径为r2的圆形区域内的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间随时间t变化的关系图线如图乙所示图线与横、纵变化的关系图线如图乙所示图线与横、纵轴的截距分别为轴的截距分别为t0和和B0.导线的电阻不计求导线的电阻不计求0至至t1时时间内间内(1)通过电阻通过电阻R1上的电流大小和方向；上的电流大小和方向；(2)通过电阻通过电阻R1上的电量上的电量q及电阻及电阻R1上产生的热量上产生的热量2023-1-30图图1472023-1-302023-1-302023-1-30课堂互动讲练课堂互动讲练法
19、拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律的应用 (单选单选)如图如图148所示，圆环所示，圆环a和和b的半径之的半径之比比R1 R22 1，且粗细相同，由同样材料的导线，且粗细相同，由同样材料的导线构成，连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感构成，连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a环环置于磁场中与只有置于磁场中与只有b环置于磁场中两种情况下，环置于磁场中两种情况下，A、B两点的电势差之比为两点的电势差之比为()2023-1-30A11B21C31 D41【思路点拨思路点拨】解决本题应确定圆环解决本题应确定
20、圆环a和和b谁在磁场谁在磁场中，谁产生了感应电动势而作为电源，分清内外电中，谁产生了感应电动势而作为电源，分清内外电路，以便利用闭合电路欧姆定律解决问题路，以便利用闭合电路欧姆定律解决问题图图1482023-1-30【精讲精析精讲精析】要求要求A、B两点的电势差之比，实际两点的电势差之比，实际是求题述两种情况下外电路电压之比，即：是求题述两种情况下外电路电压之比，即：设设b环的面积为环的面积为S，由题可知，由题可知a环的面积为环的面积为4S，若，若b环环的电阻为的电阻为R，则，则a环的电阻为环的电阻为2R.当当a环置于磁场中时，环置于磁场中时，a环等效为内电路，环等效为内电路，b环等效为环等效
21、为外电路，外电路，A、B两端的电压为路端电压，根据法拉第两端的电压为路端电压，根据法拉第电磁感应定律电磁感应定律2023-1-30【答案答案】B2023-1-30【方法总结【方法总结】(1)感应电动势的方向：在内电路感应电动势的方向：在内电路中，电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极，中，电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极，跟内电路的电流方向一致产生感应电动势的那部跟内电路的电流方向一致产生感应电动势的那部分电路就是电源，用右手定则或楞次定律所判定的分电路就是电源，用右手定则或楞次定律所判定的感应电流方向，就是电源内部的电流方向，所以此感应电流方向，就是电源内部的电流方向，所以此电流方
22、向就是感应电动势的方向判断出感应电动电流方向就是感应电动势的方向判断出感应电动势方向后，进而可判定电路中各点电势的高低势方向后，进而可判定电路中各点电势的高低2023-1-30(2)感应电流的大小与感应电流的大小与E和回路总电阻和回路总电阻(Rr)有有关对于这一部分内容，要善于把它们和前面关对于这一部分内容，要善于把它们和前面“恒定电流恒定电流”的知识联系起来，找出相当于电源的知识联系起来，找出相当于电源的内电路，画出含有内电路、外电路的等效电路的内电路，画出含有内电路、外电路的等效电路图，把电磁感应问题转化为电路问题图，把电磁感应问题转化为电路问题2023-1-30导体切割磁感线产生的感应电
23、动势导体切割磁感线产生的感应电动势 如图如图149所示，有一半径为所示，有一半径为R的圆形匀强的圆形匀强磁场区域，磁感应强度为磁场区域，磁感应强度为B，一条足够长的直导线，一条足够长的直导线以速度以速度v进入磁场，则从直导线进入磁场至离开磁场进入磁场，则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中，求区域的过程中，求(1)感应电动势的最大值为多少？感应电动势的最大值为多少？(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何？在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何？(3)从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感应电动势为多少？应电动势为多少？2023-1-
24、30图图149【精讲精析精讲精析】(1)由由EBlv可知，当导体切割磁感可知，当导体切割磁感线的有效长度线的有效长度l最大时，最大时，E最大，又最大，又l最大为最大为2R，所以，所以感应电动势的最大值感应电动势的最大值E2BRv.2023-1-302023-1-30电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 把总电阻为把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下、磁感应强度为的圆环，水平固定在竖直向下、磁感应强度为B的的匀强磁场中，如图匀强磁场中，如图1410所示一长度为所示一长度为2a、电、电阻等于阻等于R、粗细均匀的金属棒、粗细均匀的金属棒M
25、N放在圆环上，它与放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当棒以恒定速度圆环始终保持良好的接触，当棒以恒定速度v向右向右移动，经过圆心移动，经过圆心O时，求：金属棒上电流的大小及时，求：金属棒上电流的大小及棒两端的电压棒两端的电压2023-1-30图图1410【思路点拨思路点拨】首先要明确其等效电路，可知棒两首先要明确其等效电路，可知棒两端的电压为闭合回路的外电压求出感应电动势后，端的电压为闭合回路的外电压求出感应电动势后，由闭合电路欧姆定律即可求棒上的电流和棒两端的由闭合电路欧姆定律即可求棒上的电流和棒两端的电压电压2023-1-302023-1-30变式训练变式训练(单选单选)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行现使线框以同样大其边界与正方形线框的边平行现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图1411所示，则在移出过程中线框的一边所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电两点间电势差绝对值最大的是势差绝对值最大的是()图图14112023-1-302023-1-30本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用
