第四节法拉第电磁感应定律.ppt

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1、问题问题1 1：据前面所学，电路中存在持续：据前面所学，电路中存在持续电流的条件是什么？电流的条件是什么？问题问题2 2：什么叫电磁感应现象？产生感：什么叫电磁感应现象？产生感应电流的条件是什么？应电流的条件是什么？（1 1）闭合电路；）闭合电路；（2 2）有电源）有电源 产生感应电流的条件是：产生感应电流的条件是：（1 1）闭合电路；（）闭合电路；（2 2）磁通量变化。）磁通量变化。利用利用磁场产生电流磁场产生电流的现象的现象实验探究一 若闭合电路中有感应电流若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电电路中就一定有电动势动势. 演示实验并播放动画演示实验并播放动画 画出等效电路图画出等效电路图

2、实验探究二 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。 演示实验并播放动画演示实验并播放动画 画出等效电路图画出等效电路图实验探究三 有感应电流，有电动势存在。有感应电流，有电动势存在。 演示实验并播放动画演示实验并播放动画 画出等效电路图画出等效电路图 试试从本质上从本质上比较甲、乙两比较甲、乙两电路的异同电路的异同乙乙甲甲相同点：相同点：两电路都是闭合的，有电流两电路都是闭合的，有电流不同点：不同点：甲中有电池（甲中有电池（电源电源）乙中有螺线管乙中有螺线管 （相当于电源相当于电源） 在电磁感应现象中产生在电磁感应现象中产生的电动势叫感

3、应电动势的电动势叫感应电动势。 产生感应电动势的那部产生感应电动势的那部分导体就相当于电源分导体就相当于电源一、感应电动势一、感应电动势 1 1感应电动势：在电磁感应现象中产生的感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源的那部分导体相当于电源2 2感应电动势与感应电流：感应电动势是感应电动势与感应电流：感应电动势是形成感应电流的必要条件，有感应电动势形成感应电流的必要条件，有感应电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭不一定存在感应电流（要看电路是否闭合），有感应电流一定存在感应电动势合），有感应电流一定存在

4、感应电动势探究感应电动势大小与磁通量变化的关系探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题提出问题既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么感应电动势与磁通量的变化有关呢？势，那么感应电动势与磁通量的变化有关呢？猜想或假设猜想或假设感应电动势感应电动势E的大小与磁通量的变化量的大小与磁通量的变化量有关。此有关。此外，电磁感应现象只在磁场发生变化的过程中被观察外，电磁感应现象只在磁场发生变化的过程中被观察到，而在恒定的磁场中却不能发生，那么，感应电动到，而在恒定的磁场中却不能发生，那么，感应电动势的大小是否也与完成磁通量变化所用的时间。势的大

5、小是否也与完成磁通量变化所用的时间。思考与讨论感应电动势的大小跟哪些因素有关？感应电动势的大小跟哪些因素有关？对猜想假设进行设计实验探究猜想：感应电动势很可能与猜想：感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用磁磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示）通量的变化率表示）实验1：用导线切割磁感线，产生感应电流的实验中，导线运动的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流越大 实验探究1:感应电动势2.swf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。 实验:电磁感应插磁铁.swf 实验探究实验探究2:感

6、应电动势感应电动势31、当时间相同时、当时间相同时,磁通量变化越大磁通量变化越大,感应电感应电流就越大流就越大,表明感应电动势越大。表明感应电动势越大。2、当磁通量变化相同时、当磁通量变化相同时,所用时间越短所用时间越短,感感应电流就越大应电流就越大,表明感应电动势越大表明感应电动势越大感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关.分析与论证分析与论证结论结论精确实验表明：精确实验表明： 电路中感应电动势的大小，跟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穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是正比。这就是tkEtE得出 若闭合电路是

7、一个若闭合电路是一个n匝线圈，且匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，则整个线圈的感应电动势为同，则整个线圈的感应电动势为tnE 法拉第法拉第（17911876）是英国著名的物理学家、化学家。他发现了电磁感应现象，提出电场和磁场的概念。场的概念对近代物理的发展的重大意义。 他家境贫寒，出身于铁匠家庭，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。1磁通量的变化率 /t ：表示磁通量变化的快慢 （1）磁通量的变化率跟磁通量、磁通量的变化不同磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零，磁通量变

8、化大不等于磁通量的变化率大二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 2法拉第电磁感应定律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 Et t （2） /t 是指在时间t 内磁通量变化快慢的平均值； t0， /t表示在某瞬时磁通量变化的快慢，式中物理量都取国际单位 若线圈有n匝，则相当于n个相同的电源串联，所以整个线圈中的电动势为Ent EVWbts 三导线切割磁感线时的感应电三导线切割磁感线时的感应电动势动势 （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： EBLv

9、t （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的的两个分量，其中：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 导线切割磁感线时产生的电动势导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟磁感强度的大小，跟磁感强度B、导线长度、导线长度L、运动速度运动速度v以及运动方向与磁感线方以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦向的夹角的正弦sin 成正比成正比s:inE BLV 即即问题：问题：公式公式 tnEsinBLvE与公式与公式 的区别和联系？的区别和联系？ 1

10、 1、一般来说，、一般来说， 求出的是平均感应电动求出的是平均感应电动势，和势，和某段时间某段时间或者或者某个过程某个过程对应，对应， 求出的是求出的是瞬时瞬时感应电动势，感应电动势，E E和和某个时某个时刻刻或者或者某个位置某个位置对应。对应。区别：区别： 2 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vabcdL区别：区别： 回路中感应电动势为零时，但是回路中某回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。段导体的感应电动势不一定为零。1 1、公式、公式中的时间趋近于中的时间趋近于0 0时，时， E E就为瞬时感应电动势就为瞬时感应电动势2 2、公式、

11、公式中中v v若代表平均速度，若代表平均速度， 则求出的则求出的E E就为平均感应电动势。就为平均感应电动势。联系：联系：问题：问题：公式公式 tnEsinBLvE与公式与公式 的区别和联系？的区别和联系？1、一个、一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0. 5s内穿过它的磁内穿过它的磁通量从通量从0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求线圈中的感。求线圈中的感应电动势。应电动势。2、一个匝数为、一个匝数为100、面积为、面积为10cm2的线圈垂直的线圈垂直磁场放置，在磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从内穿过它的磁场从1T增加增加到到9T。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。16V1.

12、6V/10-2Wbt/sA BD0120.13、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0.4VABD4 4、长为L的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁感应强度为B，如图所示，求ab两端的电势差解析：解析：ab两端电势差等于金属棒切割磁感线产两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动势（因为没有外电路），所以只生的电动势（因为没有外电路），所以只要求出电动势即可要求出电动势即

13、可棒上各处速率不等，不能直接用棒上各处速率不等，不能直接用E=BLv来求，来求，但棒上各点的速度但棒上各点的速度v= r与半径成正比，因此与半径成正比，因此可用棒的中点速度作为平均切割速度代入公可用棒的中点速度作为平均切割速度代入公式计算：式计算：21,22LVEBLVB L 5 5、如下图所示，长为、如下图所示，长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁匀速转动，磁场的磁感应强度为场的磁感应强度为B，求杆，求杆OA两端的电势差。两端的电势差。AOA 6、如图，匀强磁场的磁感应电动势为、如图，匀强磁场的磁感应电动势为B，长为

14、，长为L的的金属棒金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面内运动，速度的平面内运动，速度v与与L成成角，角，求金属棒求金属棒abab产生的感应电动势。产生的感应电动势。abvE=BLVsinE=BLVsin7、半径为、半径为R R的半圆形导线在匀强磁场的半圆形导线在匀强磁场B B中，中，以速度以速度V V向右匀速运动时，向右匀速运动时，E=E=？。？。 RE = 2 B R VE = 2 B R V 例例1 1、在磁感应强度为、在磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,有一有一个匝数为个匝数为n n的矩形线圈的矩形线圈, ,边长边长ab=Lab=L1 1,bc=L,bc=L2 2线圈绕线圈绕

15、中心轴中心轴OOOO以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转由图示位置逆时针方向转动。试求动。试求:(1):(1)线圈中产生感应电动势的最大值线圈中产生感应电动势的最大值; ; (2) (2) 线圈转过线圈转过1/41/4周的过程中的周的过程中的平均感应电动势。平均感应电动势。(3) (3) 设线圈的总电阻为设线圈的总电阻为R R，线圈，线圈转过转过1/41/4周的过程中通过某一截面的电量。周的过程中通过某一截面的电量。cBdOOab21LLBE212112122LLBLLBVBLE(1)(1)21212241LLnBLBLntnE（2 2）tIqtREtRtnRnRLBLn21（3 3） 例例

16、2 2：如图，水平面上有两根相距：如图，水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行的足够长的平行金属导轨金属导轨MNMN和和PQPQ，它们的电阻可忽略不计，在，它们的电阻可忽略不计，在MM和和 P P之间接有阻值为之间接有阻值为R R 3.03.0的定值电阻，导体棒的定值电阻，导体棒abab长长0.5m0.5m，其电阻为，其电阻为r r 1.01.0 ，与导轨接触良好，与导轨接触良好. .整个装置整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，处于方向竖直向上的匀强磁场中，B B0.4T0.4T。现使。现使abab以以v v10m10ms s的速度向右做匀速运动。的速度向右做匀速运动。（1 1）a

17、 ba b中的电流大中的电流大? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？（3 3）a ba b向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是多少？电路的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？中产生的热量是多少？ RBrPMNaQbv（1） 0.5A 1.5V（2）0.1N（3）0.1J 0.1J四、反电动势四、反电动势V V 此电动势阻碍电路中原此电动势阻碍电路中原来的电流来的电流. 故称之为反电动势故称之为反电动势NS电动机电动机安 培 力 方 向安 培 力 方 向 转 动 速 度 方 向转

18、 动 速 度 方 向 电动机转动时产生的感应电动电动机转动时产生的感应电动势势削弱削弱了电源的电流，这个电了电源的电流，这个电动势称为动势称为反电动势反电动势。 反电动势的作用是反电动势的作用是阻碍线圈阻碍线圈的转动的转动。 线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为机械能。 正因为反电动势 的存在,所以对电动机,欧姆定律不成立. 如果电动机因机械阻力过大而停止转如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？措施？ 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，这，这时就没有了时就没有了反电动势反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈电阻一般都很小，线圈中线圈中电流会很大电流会很大，电动机会烧毁。这时，电动机会烧毁。这时，应应立即切断电源立即切断电源，进行检查。，进行检查。