44《法拉第电磁感应定律》yzf.ppt

4.3法拉第电磁感应定律（1 1）闭合电路）闭合电路利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象问题问题1 1：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？问题问题2 2：产生感应电流的条件是什么？：产生感应电流的条件是什么？（2 2）磁通量变化）磁通量变化思考思考: :问题问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这个电路中就，这个电路中就一定有电一定有电动势动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源1、定义：、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电感应电动势（动势（E）. . 闭合电路闭合电路中中有感应电流有感应电流，这个电路中，这个电路中就就一定有一定有感应电动势感应电动势. .一、感应电动势一、感应电动势产生感应电动势的那部分导体产生感应电动势的那部分导体相当于相当于电源电源. .2、产生条件：、产生条件：只要只要穿过电路的穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化，电路中电路中就就产生感应电动势。产生感应电动势。3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流： 只要磁通量变化只要磁通量变化,电电路中就产生感应电动势路中就产生感应电动势; 若电路若电路又又闭合闭合,电路中就有感电路中就有感应电流应电流.磁通量变化是电磁感应的根本原因磁通量变化是电磁感应的根本原因; ; 产生感应电动产生感应电动势是电磁感应现象的本质势是电磁感应现象的本质. .实验探究一v若闭合电路中有感应电流若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势电路中就一定有电动势.v演示实验并播放动画演示实验并播放动画v画出等效电路图画出等效电路图实验探究二v若电路断开时，虽然没有感应电流，电若电路断开时，虽然没有感应电流，电动势依然存在。动势依然存在。v演示实验并播放动画演示实验并播放动画v画出等效电路图画出等效电路图实验2：在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。v实验:电磁感应插磁铁变化的快慢不同变化的快慢不同 都发生了变化都发生了变化都产生了都产生了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等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。 磁通量的变化快慢磁通量的变化快慢t越大越大?从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同不同不同问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同在实验中，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? 磁通量的变化率磁通量的变化率v实验探究实验探究3:感应电动势感应电动势1v实验探究实验探究2:感应电动势感应电动势3说明：说明： 磁通量变化的快慢，可用单磁通量变化的快慢，可用单位时间内的磁通量的变化，即磁位时间内的磁通量的变化，即磁通量的变化率来表示。通量的变化率来表示。 可见感应电动势的大小由磁可见感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。通量的变化率来决定。t二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的电路的磁通量磁通量的的变化率变化率成成正正比。比。 1 1.内容内容: :tEtnE注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及正负，感，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。应电流的方向另行判断。2 2.公式公式: :n为线圈的匝数为线圈的匝数问题问题1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定大吗磁通量变化一定大吗?问题问题2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗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可以类比速度、速度的变化和加速度.) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无无直接关系直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量的变化率不一，磁通量的变化率不一定大定大(小小,零零);磁通量的变化大磁通量的变化大(小小)，磁通量的变化，磁通量的变化率不一定大率不一定大(小小).思考与讨论思考与讨论 物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系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量变化变化了多少了多少产生产生感应电动感应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢 决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义 1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路垂直于磁场的回路面积面积S发生变化发生变化,SS2-S1,此时：此时： 2.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S不变不变,磁感应磁感应强度强度B发生变化发生变化,BB2-B1,此时：此时：4、应用、应用:用公式用公式 求求E的二种的二种常见情况：常见情况：tnEtSBnEtBSnE（感生电动势）（感生电动势）（动生电动势）（动生电动势）【典例典例1 1】 一个一个200200匝、面积为匝、面积为20 cm20 cm2 2的线圈放在磁场中，的线圈放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成磁场的方向与线圈平面成3030角，若磁感应强度在角，若磁感应强度在0.05 0.05 s s内由内由 0.1 T 0.1 T 增加到增加到0.5 T,0.5 T,在此过程中磁通量变化了多在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？大小是多少伏？【自主解答自主解答】磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式应该用公式=BSsin=BSsin来计算，所以来计算，所以=BSsin=BSsin=(0.5-0.1)=(0.5-0.1)20201010-4-40.5 Wb0.5 Wb=4=41010-4-4 Wb. Wb.磁通量的变化率磁通量的变化率-4-34 10= Wb/s=8 10 Wb/s.t0.05【自主解答自主解答】磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式应该用公式=BSsin=BSsin来计算，所以来计算，所以=BSsin=BSsin=(0.5-0.1)=(0.5-0.1)20201010-4-40.5 Wb0.5 Wb=4=41010-4-4 Wb. Wb.磁通量的变化率磁通量的变化率-4-34 10= Wb/s=8 10 Wb/s.t0.05感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律E=n =200E=n =2008 81010-3-3 V=1.6 V. V=1.6 V.答案：答案：4 41010-4-4 Wb 8 Wb 81010-3-3 Wb/s 1.6 V Wb/s 1.6 Vt三导线切割磁感线时的感应电动势 （1）垂直切割时：如图所示，导体由ab匀速移动到a1b1 ，这一过程中穿过闭合回路的磁通量变化 =BLvt ，由法拉第电磁感应定律得： EBLvt （2 2）切割方向与磁场方向成）切割方向与磁场方向成角时：角时：如图所示，将如图所示，将v分解为垂直分解为垂直B和平行和平行B的两个分量，其中：的两个分量，其中：sinvv 对切割有贡献 cos/vv 对切割无贡献 EBLv 所以：s:inEBLV 即即问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？ (1) 求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势, E和某段时间和某段时间或某个过程对应；或某个过程对应； 求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或某个位置对应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。应电动势不一定为零。vabcdL1、区别：区别：(1)公式中的时间趋近于公式中的时间趋近于0时，则时，则E为瞬为瞬时感应电动势时感应电动势(2)公式中公式中v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E为平为平均感应电动势。均感应电动势。2、联系：、联系：问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？公式公式和公式和公式是统一的是统一的.三、反电动势v思考：思考：v 如图所示如图所示,电源在电动机线圈中产生的电流的方向以电源在电动机线圈中产生的电流的方向以及及AB.CD两个边受力的方向都可判断出两个边受力的方向都可判断出.v 三三. .反电动势反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。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？是有利于线圈的转动是有利于线圈的转动, ,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. .反电动势反电动势问题问题3：感应电动势是加强了电源产生的电流感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削还是削弱了电源的电流弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动的转动?四、反电动势四、反电动势 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电动势电动机转动时产生的感应电动势总要总要削弱削弱电电源产生的电流源产生的电流,这个电动势叫这个电动势叫反电动势反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动线圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转电能转化为其它形式的能化为其它形式的能. .问题问题4：如果电动机因机械阻力过大而如果电动机因机械阻力过大而停止转动停止转动,会发生什么情况会发生什么情况?这时应采取这时应采取什么措施什么措施?四、反电动势四、反电动势 3、应用：、应用：电动机停止转动电动机停止转动, 就没有反电动势就没有反电动势,线圈中电流线圈中电流会很大会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立即要立即切断电源切断电源,进行检查进行检查.讨论与归纳讨论与归纳v 电动机转动时电动机转动时,线圈中也会产生感应线圈中也会产生感应电动势电动势,这个感应电动势总要削弱电源这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用电动势的作用,将这个感应电动势称为将这个感应电动势称为反电动势反电动势.它的作用是阻碍线圈的转动它的作用是阻碍线圈的转动.v 如果要使线圈维持原来的转动如果要使线圈维持原来的转动,电源电源就要向电动机提供能量就要向电动机提供能量.这正是电能转这正是电能转化为其他形式能的过程化为其他形式能的过程.讨论讨论:电动机工作中要注意的问题电动机工作中要注意的问题v 如果电动机工作中由于机械阻力如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动过大而停止转动,这时没有了反电动这时没有了反电动势势,电阻很小的线圈直接连在电源的电阻很小的线圈直接连在电源的两端两端,电流会很大电流会很大,时间长了很可能把时间长了很可能把电动机烧毁电动机烧毁.所以所以,如果电动机由于机如果电动机由于机械故障停转械故障停转.要立即切断电源要立即切断电源,进行检进行检查查.小结：v法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟磁感强度磁感强度B、导线长度、导线长度L、运动速度、运动速度v以及运动以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦方向与磁感线方向的夹角的正弦sin 成正比成正比Et s:inEBLV 即即反电动势：电动机转动时，线圈中会产生感反电动势：电动机转动时，线圈中会产生感应电动势，这个电动势总要削弱电源电动势应电动势，这个电动势总要削弱电源电动势的作用，这个电动势称为反电动势的作用，这个电动势称为反电动势1.(51.(5分分) )一根直导线长一根直导线长0.1 m,0.1 m,在磁感应强度为在磁感应强度为0.1 T0.1 T的匀的匀强磁场中以强磁场中以10 m/s10 m/s的速度匀速运动，则关于导线中产生的速度匀速运动，则关于导线中产生的感应电动势说法错误的是的感应电动势说法错误的是( )( )A.A.一定为一定为0.1 V B.0.1 V B.可能为零可能为零C.C.可能为可能为0.01 V D.0.01 V D.最大值为最大值为0.1 V0.1 V【解析解析】选选A.A.当当B B、L L、v v互相垂直时，导体切割磁感线互相垂直时，导体切割磁感线运动产生的感应电动势最大：运动产生的感应电动势最大：E=BLv=0.1E=BLv=0.10.10.110 V10 V=0.1 V,=0.1 V,考虑到它们的空间位置关系考虑到它们的空间位置关系B B、C C、D D都有可能，都有可能，A A错错. .课下训练2.2.（5 5分）如图所示，在匀强磁场分）如图所示，在匀强磁场中，中，MNMN、PQPQ是两条平行金属导轨，是两条平行金属导轨，而而abab、cdcd为串有电压表和电流表为串有电压表和电流表的两根金属棒，两只电表可看成的两根金属棒，两只电表可看成理想电表理想电表. .当两棒以相同速度向右匀速运动时（运动过程当两棒以相同速度向右匀速运动时（运动过程中两棒始终与导轨接触）中两棒始终与导轨接触）( )( )A.A.电压表有读数，电流表有读数电压表有读数，电流表有读数B.B.电压表无读数，电流表无读数电压表无读数，电流表无读数C.C.电压表有读数，电流表无读数电压表有读数，电流表无读数D.D.电压表无读数，电流表有读数电压表无读数，电流表有读数【解析解析】选选B.B.在两棒以相同速度向右匀速运动的过程中，在两棒以相同速度向右匀速运动的过程中，磁通量不变，无电流产生，因无电流产生，根据电压表磁通量不变，无电流产生，因无电流产生，根据电压表和电流表的测量原理知，两表均无读数和电流表的测量原理知，两表均无读数. .