人教版高中物理 1.4 法拉第电磁感应定律 课件 粤教选修32.ppt

第四节第四节 法拉第法拉第电磁感磁感应定律定律2021/8/9 星期一1课标定位定位学学习目目标：1.理解感理解感应电动势的概念的概念2.理理解解和和掌掌握握确确定定感感应电动势大大小小的的一一般般规律律法法拉拉第第电磁磁感感应定定律律并并能能够运运用用法法拉拉第第电磁磁感感应定律定量定律定量计算感算感应电动势的大小的大小3.能能够运用运用EBLv或或EBLvsin计算算导体切割磁体切割磁感感线时的感的感应电动势2021/8/9 星期一2重点重点难点：点：2021/8/9 星期一3课前自主学案课前自主学案一、感一、感应电动势在在_现象中象中产生的生的电动势叫做感叫做感应电动势、产生感生感应电动势的那部分的那部分导体就相当于体就相当于_电磁感磁感应电源源2021/8/9 星期一4思考感悟思考感悟1在在电磁磁感感应现象象中中，有有感感应电动势，就就一一定定有有感感应电流，流，这句句话对吗？为什么？什么？提示：提示：不不对，不管，不管电路是否路是否闭合，只要穿合，只要穿过电路的路的磁通量磁通量发生生变化，化，电路中就会路中就会产生感生感应电动势有有感感应电动势不一定存在感不一定存在感应电流流(要看要看电路是否路是否闭合合)，有感，有感应电流一定存在感流一定存在感应电动势2021/8/9 星期一5二、影响感二、影响感应电动势大小的因素大小的因素1实验探究探究(1)猜想与假猜想与假设：由于感由于感应电流的流的产生与磁通量的生与磁通量的变化有关，因此化有关，因此猜想感猜想感应电动势可能与可能与_有关，同有关，同时还可能与完成磁通量可能与完成磁通量变化所用化所用_有关有关磁通量的磁通量的变化化时间图1412021/8/9 星期一6(2)方案方案设计：由于感由于感应电动势可能与多个因素有关，因此可能与多个因素有关，因此应利利用用_法分法分别改改变磁通量的大小和磁通磁通量的大小和磁通量量变化所用的化所用的时间控制控制变量量2021/8/9 星期一7(3)实验探究：探究：保保证磁磁通通量量变化化所所用用时间相相同同，分分别将将一一根根条条形形磁磁铁和和两两根根条条形形磁磁铁快快速速插插入入螺螺线管管或或拔拔出出螺螺线管，比管，比较灵敏灵敏电流流计的指的指针偏偏转的角度的角度保保证磁通量的磁通量的变化相同，将一根条形磁化相同，将一根条形磁铁快速或快速或慢速插入螺慢速插入螺线管，比管，比较灵敏灵敏电流流计的指的指针偏偏转的的角度角度2021/8/9 星期一8(4)实验现象：象：用用两两根根条条形形磁磁铁快快速速插插入入螺螺线管管或或拔拔出出螺螺线管管，比比用用一一根根时灵灵敏敏电流流计的的指指针偏偏转的的角角度度_；将将条条形形磁磁铁快快速速插插入入螺螺线管管比比慢慢速速插插入入螺螺线管管，灵敏灵敏电流流计的指的指针偏偏转的角度的角度_(5)实验结论：感感应电动势的大小与磁通量的大小与磁通量变化的化的_(磁通磁通量的量的变化率化率)有关有关大大大大快慢快慢2021/8/9 星期一92磁通量的磁通量的变化率化率(1)定定义：磁磁通通量量的的_跟跟产生生这个个变化化所所用用时间的比的比值(2)表达式：磁通量的表达式：磁通量的变化率表示化率表示为_ ，单位：位：_.(3)物理意物理意义：表示磁通量：表示磁通量变化化_的物理量的物理量变化量化量Wb/s快慢快慢2021/8/9 星期一102021/8/9 星期一11三、法拉第三、法拉第电磁感磁感应定律定律1内内容容：电路路中中感感应电动势的的大大小小，跟跟穿穿过这一一电路的磁通量的路的磁通量的_成正比成正比2表达式：表达式：(1)在国在国际单位制中，感位制中，感应电动势E的的单位是伏特位是伏特(V)，的的单位是位是韦伯伯(Wb)，t的的单位是位是秒秒(s)，公式，公式为E_.变化率化率2021/8/9 星期一12(2)若若闭合合电路有路有n匝匝线圈，且穿圈，且穿过每匝每匝线圈的磁通圈的磁通量量变化率都化率都_，由于，由于n匝匝线圈可以看做是由圈可以看做是由n个个单匝匝线圈串圈串联而成，因此，整个而成，因此，整个线圈中的感圈中的感应电动势是是单匝匝线圈的圈的n倍，即倍，即E_.相同相同2021/8/9 星期一13思考感悟思考感悟3闭合合电路路置置于于磁磁场中中，电路路所所在在平平面面与与磁磁场方方向向垂垂直直，那那么么，当当磁磁感感应强强度度很很大大时，感感应电动势可可能能为零零吗？当当磁磁感感应强强度度为零零时，感感应电动势可能很大可能很大吗？提示：提示：根据法拉第根据法拉第电磁感磁感应定律，感定律，感应电动势的的大小取决于磁通量的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小化率而不是磁通量的大小所以，以上两种情况均有可能所以，以上两种情况均有可能2021/8/9 星期一14四、感四、感应电动势的另一种表述的另一种表述1磁磁场方向、方向、导体棒与体棒与导体棒运体棒运动方向三者两两方向三者两两垂直垂直时，如，如图142所示，所示，E_.BLv图1422021/8/9 星期一152导体体棒棒与与磁磁场方方向向垂垂直直，导体体棒棒运运动方方向向与与导体体本本身身垂垂直直，但但与与磁磁场方方向向夹角角为时，如如图143所示，所示，E_.BLvsin图1432021/8/9 星期一16核心要点突破核心要点突破一、一、的比的比较2021/8/9 星期一172021/8/9 星期一182021/8/9 星期一192021/8/9 星期一20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)下列下列说法正确的是法正确的是()A线圈圈中中磁磁通通量量变化化越越大大，线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大B线圈圈中中磁磁通通量量越越大大，线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大C线圈圈处在在磁磁场越越强强的的位位置置，线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大D线圈中磁通量圈中磁通量变化得越快，化得越快，线圈中圈中产生的感生的感应电动势越大越大2021/8/9 星期一212021/8/9 星期一222021/8/9 星期一232021/8/9 星期一242021/8/9 星期一25图1442021/8/9 星期一262021/8/9 星期一27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.如如图145所示，半径所示，半径为r的金属的金属圆环，其，其电阻阻为R，绕通通过某直径的某直径的轴OO以角速度以角速度匀速匀速转动，匀匀强强磁磁场的磁感的磁感应强强度度为B.从金属从金属环的平面与磁的平面与磁场方向重合方向重合时开始开始计时，求金属，求金属圆环由由图示位置示位置分分别转过30角和由角和由30角角转到到330角的角的过程中，金程中，金属属圆环中中产生的感生的感应电动势分分别是多大？是多大？图1452021/8/9 星期一282021/8/9 星期一292021/8/9 星期一30三、公式三、公式En 与与EBLvsin的的对比理解比理解EnEBLvsin区区别求的是瞬求的是瞬时感感应电动势，E与某个与某个时刻或某个位置相刻或某个位置相对应求的是求的是t时间内的平均感内的平均感应电动势，E与某段与某段时间或某个或某个过程相程相对应求的是整个回路的感求的是整个回路的感应电动势整个回路的感整个回路的感应电动势为零零时，其回路中某，其回路中某段段导体的感体的感应电动势不一不一定定为零零求的是回路中一部分求的是回路中一部分导体体切割磁感切割磁感线时产生的感生的感应电动势2021/8/9 星期一31EnEBLvsin区区别由于是整个回路的感由于是整个回路的感应电动势，因此，因此电源部分不容源部分不容易确定易确定由于是一部分由于是一部分导体切割磁体切割磁感感线的运的运动产生的感生的感应电动势，该部分就相当于部分就相当于电源源联系系公式公式En和和EBLvsin是是统一的，当一的，当t0时，E为瞬瞬时感感应电动势，只是由于高中数学知，只是由于高中数学知识所限，所限，现在在还不能不能这样求瞬求瞬时感感应电动势，而公式，而公式EBLvsin中的中的v若代入，若代入，则求出的求出的E为平均感平均感应电动势2021/8/9 星期一32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)如如图146所示，空所示，空间内存在一内存在一竖直向直向上的匀上的匀强强磁磁场，一金属棒，一金属棒ab垂直于磁垂直于磁场方向水平方向水平抛出，有关其感抛出，有关其感应电动势的大小和两端的大小和两端电势的高的高低，以下低，以下说法中正确的是法中正确的是()图1462021/8/9 星期一33A运运动过程中感程中感应电动势的大小不的大小不变，abB运运动过程中感程中感应电动势的大小不的大小不变，abD由由于于速速率率不不断断增增大大，所所以以感感应电动势变大大，ab解析：解析：选A.因因为水平方向的速度没有改水平方向的速度没有改变，竖直直方向的速度方向的速度虽然在增大，但只有水平方向的速度然在增大，但只有水平方向的速度能能产生感生感应电动势，故运，故运动过程中感程中感应电动势的的大小不大小不变，又由右手定，又由右手定则可判断可判断a端端电势高，故高，故A正确正确2021/8/9 星期一34四、四、电磁感磁感应现象中的象中的电路路问题1分析思路分析思路在在电磁感磁感应现象中，切割磁感象中，切割磁感线的的导体或磁通量体或磁通量发生生变化的回路将化的回路将产生感生感应电动势若回路若回路闭合，合，则产生感生感应电流，感流，感应电流引起流引起热效效应等，所以等，所以电磁感磁感应问题常与常与电路知路知识综合考合考查解决与解决与电路相路相联系的系的电磁感磁感应问题的基本方法是：的基本方法是：2021/8/9 星期一35(1)明明确确哪哪部部分分导体体或或电路路产生生感感应电动势，该导体或体或电路就是路就是电源，其他部分是外源，其他部分是外电路路(2)用用法法拉拉第第电磁磁感感应定定律律确确定定感感应电动势的的大大小小，用楞次定律确定感用楞次定律确定感应电动势的方向的方向(3)画画等等效效电路路图分分清清内内外外电路路，画画出出等等效效电路路图是解决此是解决此类问题的关的关键(4)运用运用闭合合电路欧姆定律、串并路欧姆定律、串并联电路特点、路特点、电功率、功率、电热等公式等公式联立求解立求解2021/8/9 星期一362021/8/9 星期一37特特别提醒：提醒：(1)求求解解电路路问题首首先先要要找找出出电源源，确确定定内内电路路和和外外电路，解路，解题时不能忽略内阻不能忽略内阻(2)求解求解电路中通路中通过的的电荷量，一定要用平均荷量，一定要用平均电动势和平均和平均电流流计算算2021/8/9 星期一38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如如图147甲所示，一个甲所示，一个电阻阻值为R，匝数，匝数为n的的圆形金属形金属线圈与阻圈与阻值为2R的的电阻阻R1连接成接成闭合合回路回路线圈的半径圈的半径为r1.在在线圈中半径圈中半径为r2的的圆形区形区域内存在垂直于域内存在垂直于线圈平面向里的匀圈平面向里的匀强强磁磁场，磁感，磁感应强强度度B随随时间t变化的关系化的关系图线如如图乙所示乙所示图线与与横、横、纵轴的截距分的截距分别为t0和和B0.导线的的电阻不阻不计求求0至至t1时间内内(1)通通过电阻阻R1上的上的电流大小和方向；流大小和方向；(2)通通过电阻阻R1上的上的电量量q及及电阻阻R1上上产生的生的热量量2021/8/9 星期一39图1472021/8/9 星期一402021/8/9 星期一412021/8/9 星期一42课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一法拉第法拉第电磁感磁感应定律的定律的应用用 (单选)如如图148所所示示，圆环a和和b的的半半径径之之比比R1 R22 1，且且粗粗细相相同同，由由同同样材材料料的的导线构构成成，连接接两两环的的导线电阻阻不不计，匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度始始终以以恒恒定定的的变化化率率变化化，那那么么，当当只只有有a环置置于于磁磁场中中与与只只有有b环置置于于磁磁场中中两两种种情情况况下下，A、B两点的两点的电势差之比差之比为()例例例例1 12021/8/9 星期一43A11B21C31 D41【思路点思路点拨】解决本解决本题应确定确定圆环a和和b谁在磁在磁场中，中，谁产生了感生了感应电动势而作而作为电源，分清内源，分清内外外电路，以便利用路，以便利用闭合合电路欧姆定律解决路欧姆定律解决问题图1482021/8/9 星期一44【精精讲精精析析】要要求求A、B两两点点的的电势差差之之比比，实际是求是求题述两种情况下外述两种情况下外电路路电压之比，即：之比，即：设b环的的面面积为S，由由题可可知知a环的的面面积为4S，若若b环的的电阻阻为R，则a环的的电阻阻为2R.当当a环置于磁置于磁场中中时，a环等效等效为内内电路，路，b环等效等效为外外电路，路，A、B两端的两端的电压为路端路端电压，根据法，根据法拉第拉第电磁感磁感应定律定律2021/8/9 星期一45【答案答案】B2021/8/9 星期一46【方法方法总结】(1)感感应电动势的方向：在内的方向：在内电路路中，中，电动势的方向是由的方向是由电源的源的负极指向极指向电源的正源的正极，跟内极，跟内电路的路的电流方向一致流方向一致产生感生感应电动势的那部分的那部分电路就是路就是电源，用右手定源，用右手定则或楞次定律或楞次定律所判定的感所判定的感应电流方向，就是流方向，就是电源内部的源内部的电流方流方向，所以此向，所以此电流方向就是感流方向就是感应电动势的方向判的方向判断出感断出感应电动势方向后，方向后，进而可判定而可判定电路中各点路中各点电势的高低的高低2021/8/9 星期一47(2)感感应电流流的的大大小小与与E和和回回路路总电阻阻(Rr)有有关关对于于这一一部部分分内内容容，要要善善于于把把它它们和和前前面面“恒恒定定电流流”的的知知识联系系起起来来，找找出出相相当当于于电源源的的内内电路路，画画出出含含有有内内电路路、外外电路路的的等等效效电路路图，把把电磁感磁感应问题转化化为电路路问题2021/8/9 星期一48类型二类型二导体切割磁感体切割磁感线产生的感生的感应电动势 如如图149所所示示，有有一一半半径径为R的的圆形形匀匀强强磁磁场区区域域，磁磁感感应强强度度为B，一一条条足足够长的的直直导线以以速速度度v进入入磁磁场，则从从直直导线进入入磁磁场至至离离开开磁磁场区域的区域的过程中，求程中，求(1)感感应电动势的最大的最大值为多少？多少？(2)在在这一一过程程中中感感应电动势随随时间变化化的的规律律如如何？何？(3)从开始运从开始运动至至经过圆心的心的过程中程中导线中的平均中的平均感感应电动势为多少？多少？例例例例2 22021/8/9 星期一49图149【精精讲精精析析】(1)由由EBlv可可知知，当当导体体切切割割磁磁感感线的的有有效效长度度l最最大大时，E最最大大，又又l最最大大为2R，所以感所以感应电动势的最大的最大值E2BRv.2021/8/9 星期一502021/8/9 星期一51类型三类型三电磁感磁感应中的中的电路路问题 把把总电阻阻为2R的的均均匀匀电阻阻丝焊接接成成一一半半径径为a的的圆环，水水平平固固定定在在竖直直向向下下、磁磁感感应强强度度为B的的匀匀强强磁磁场中中，如如图1410所所示示一一长度度为2a、电阻阻等等于于R、粗粗细均均匀匀的的金金属属棒棒MN放放在在圆环上上，它它与与圆环始始终保保持持良良好好的的接接触触，当当棒棒以以恒恒定定速速度度v向向右右移移动，经过圆心心O时，求求：金金属属棒棒上上电流流的的大大小及棒两端的小及棒两端的电压例例例例3 32021/8/9 星期一52图1410【思思路路点点拨】首首先先要要明明确确其其等等效效电路路，可可知知棒棒两两端端的的电压为闭合合回回路路的的外外电压求求出出感感应电动势后后，由由闭合合电路路欧欧姆姆定定律律即即可可求求棒棒上上的的电流流和和棒两端的棒两端的电压2021/8/9 星期一532021/8/9 星期一54变式式训练(单选)粗粗细均均匀匀的的电阻阻丝围成成的的正正方方形形线框框置置于于有有界界匀匀强强磁磁场中中，磁磁场方方向向垂垂直直于于线框框平平面面，其其边界界与与正正方方形形线框框的的边平平行行现使使线框框以以同同样大大小小的的速速度度沿沿四四个个不不同同方方向向平平移移出出磁磁场，如如图1411所所示示，则在在移移出出过程程中中线框框的的一一边a、b两点两点间电势差差绝对值最大的是最大的是()图14112021/8/9 星期一552021/8/9 星期一562021/8/9 星期一57