图解--法拉第电磁感应定律讲课教案.ppt

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1、第四章第四章 电磁感应电磁感应(dinc-gnyng)(dinc-gnyng)第一页，共40页。（1 1）闭合电路）闭合电路(bhdinl)(bhdinl)利用磁场产生电流利用磁场产生电流(dinli)(dinli)的现象的现象问题问题1 1：什么：什么(shn me)(shn me)叫电磁感应现象叫电磁感应现象？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:第二页，共40页。问题问题(wnt)3：试从本质上比较甲、乙：试从本质上比较甲、乙两电路的异同两电路的异同 既然既然(jrn)(jrn)闭合电路中有感应电闭合电路中有感应电

2、流，这个电路中就一定有电动势。流，这个电路中就一定有电动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分产生电动势的那部分(b fen)导体相当于电导体相当于电源源第三页，共40页。1、定义：在电磁感应现象、定义：在电磁感应现象(xinxing)中产生的电动势叫中产生的电动势叫感应电动势（感应电动势（E）.闭合电路闭合电路(dinl)(dinl)中有感应电流，中有感应电流，这个电路这个电路(dinl)(dinl)中就一定有感应电动中就一定有感应电动势势.一、感应一、感应(gnyng)(gnyng)电动势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.第四页，共40页。2、产

3、生条件、产生条件(tiojin)：只要穿：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。中就产生感应电动势。3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流：只只要要(zhyo)磁通量变化磁通量变化,电路中就产电路中就产生感应电动势生感应电动势;若电路又闭合若电路又闭合,电路电路中就有感应电流中就有感应电流.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;产生感应电动势是电磁感应现象产生感应电动势是电磁感应现象(xinxing)(xinxing)的本质的本质.第五页，共40页。观察实验观察实验(shyn),分分析思考析思考:问题问题1:在实验中

4、在实验中,电流表电流表指针偏转原因指针偏转原因(yunyn)是什么是什么?问题问题2:电流表指针偏转电流表指针偏转程度跟感应电动势的大程度跟感应电动势的大小有什么小有什么(shnme)关系关系?问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高在实验中，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入有什么相同和不同?第六页，共40页。第七页，共40页。变化变化(binhu)产生产生(chnshng)E产生产生(chnshng)I问题问题1 1：在实验中，电流表指针偏：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？转原因是什么？第八页，共40页。总电阻一定

5、总电阻一定(ydng)时时,E越大越大,I越大越大,指针偏转越大指针偏转越大.问题问题(wnt)2(wnt)2：电流表指针偏转程：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系度跟感应电动势的大小有什么关系？第九页，共40页。变化变化(binhu)(binhu)的的快慢不同快慢不同 都发生都发生(fshng)(fshng)了变化了变化都产生都产生(chnshng)了了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

6、条形磁铁从同一高在实验中，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入有什么相同和不同?磁通量的变化率磁通量的变化率第十页，共40页。二、法拉第电磁感应二、法拉第电磁感应(dinc-gnyng)(dinc-gnyng)定律定律电路中感应电路中感应(gnyng)(gnyng)电动势的电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。的变化率成正比。1.1.内容内容(nir(nirng):ng):注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。正负，感应电流的方向另行判

7、断。2 2.公式公式:n为线圈的匝数为线圈的匝数第十一页，共40页。问题问题(wnt)1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定磁通量变化一定大吗大吗?问题问题(wnt)2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的磁通量的变化率一定大吗变化率一定大吗?(可以类比速度可以类比速度(sd)、速度、速度(sd)的变化的变化和加速度和加速度(sd).)磁通量的变化率和磁通量、磁通量的磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化变化无直接关系无直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量，磁通量的变化率不一定大的变化率不一定大(小小,零零);磁通量的变化大磁通量的变化大(小小)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化

8、率不一定大(小小).思考与讨论思考与讨论第十二页，共40页。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(lji):、/t的意义的意义第十三页，共40页。1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积(minj)S发生变化发生变化,SS

9、2-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,磁感应强磁感应强度度(qingd)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的二的二种常见种常见(chnjin)情况：情况：（感生电动势）（感生电动势）（感生电动势）（感生电动势）第十四页，共40页。有一个有一个50匝的线圈，如果匝的线圈，如果(rgu)穿过穿过它的磁通量的变化率为它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感，求感应电动势。应电动势。25V例与练例与练1第十五页，共40页。一个一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s内穿过内穿过(chunu)它的磁通量从它的磁通量从

10、0.01Wb增加增加到到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。16V例与练例与练2第十六页，共40页。一个匝数为一个匝数为100、面积为、面积为10cm2的线圈的线圈垂直磁场放置垂直磁场放置,在在0.5s内穿过它的磁场内穿过它的磁场从从1T增加增加(zngji)到到9T。求线圈中的。求线圈中的感应电动势。感应电动势。1.6V例与练例与练3第十七页，共40页。如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直径的的金属环绕通过某直径的轴轴00以角速度以角速度作匀速转动作匀速转动,匀强磁场的匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B，从金属环面与磁场方，从金属环面与磁场方向重合向重合(ch

11、ngh)时开始计时时开始计时,则在则在金属金属环转过环转过900角的过程中，环中产生的电动角的过程中，环中产生的电动势的势的平均值是多大平均值是多大?00B例与练例与练4第十八页，共40页。在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩有一矩形线框形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心线框绕中心轴轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方向由图示位置逆时针方向转动。求转动。求:(1)线圈线圈(xinqun)转过转过1/4周的过程周的过程中的平均感应电动势中的平均感应电动势例与练例与练5B00adcb第十九页，共40页。在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场

12、中,有一矩有一矩形线框形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心线框绕中心轴轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方向由图示位置逆时针方向转动转动(zhundng)。求。求:(2)线圈转过线圈转过1/2周的过程周的过程中的平均感应电动势中的平均感应电动势例与练例与练5B00adcb第二十页，共40页。/10-2Wbt/sA B D0120.1单匝矩形线圈在匀强磁场单匝矩形线圈在匀强磁场(cchng)中匀速转动，中匀速转动，转轴垂直于磁场转轴垂直于磁场(cchng)。若线圈所围面积里磁。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：通量随时间变化的规律如图所示，则：()A、线圈中、线

13、圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D、线圈中、线圈中0到到D时间时间(shjin)内内平均感应电动势为平均感应电动势为0.4VABD例与练例与练6斜率斜率(xi(xi l)l)表示表示的变的变化率化率第二十一页，共40页。ab Gabv回路在时间回路在时间t内增大内增大(znd)的面积为：的面积为：S=Lvt产生产生(chnshng)的感的感应电动势为：应电动势为：穿过穿过(chunu)回路的磁回路的磁通量的变化为：通量的变化为：=BS=BLvt（V是相对于磁场的速度）是相对

14、于磁场的速度）三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图所示闭合线框一部分导体如图所示闭合线框一部分导体ab长长l,处于匀处于匀强磁场中，磁感应强度是强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度以速度v匀速匀速切割磁感线，求产生的感应电动势切割磁感线，求产生的感应电动势第二十二页，共40页。vB BV1V2若导体运动若导体运动(yndng)(yndng)方向跟磁感应强度方方向跟磁感应强度方向有夹角向有夹角(导体斜切磁感线导体斜切磁感线)注意注意(zh y)：2、导线的长度、导线的长度(chngd)L应为有效长度应为有效长度(chngd)1、导线运动方向和磁感线、导线运动方向和

15、磁感线平行平行时时,E=03、速度、速度v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值),E就为平均值就为平均值(瞬时值瞬时值)Lv为为v与与B夹角夹角三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势第二十三页，共40页。匀强磁场匀强磁场v、B、L两两两垂直两垂直(chuzh)三、导体三、导体(dot)(dot)切割磁感线时的感应切割磁感线时的感应电动势电动势第二十四页，共40页。如图，匀强磁场的磁感应强度为如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为，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(sd)v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感应电产生的感

16、应电动势。动势。abvE=BLVsin例与练例与练7第二十五页，共40页。在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一个有一个(y)匝数为匝数为n的矩形线圈的矩形线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中线圈绕中心轴心轴OO以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。由图示位置逆时针方向转动。求求:(1)转过转过1/4周时周时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(2)转过转过1/2周时周时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势转动转动1周的过程中周的过程中ab边产生边产生的感应的感应(gnyng)电动势哪电动势哪个时刻最大个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最

17、小?思考思考(sko):(sko):例与练例与练8B00adcb第二十六页，共40页。问题：问题：公式公式 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和某和某段时间或某个过程对应；段时间或某个过程对应；求出的是瞬求出的是瞬时感应电动势，时感应电动势，E和某个时刻和某个时刻(shk)或某个位置或某个位置对应对应.(2)(2)求出的是整个回路的感应求出的是整个回路的感应(gnyng)(gnyng)电动势；电动势；求出的是某部分导体求出的是某部分导体的电动势。回路中感应的电动势。回路中感应(gnyng)(gnyng)电动势为电动势为零时，回路中某段

18、导体的感应零时，回路中某段导体的感应(gnyng)(gnyng)电电动势不一定为零。动势不一定为零。vabcdL1、区别、区别(qbi)：第二十七页，共40页。(1)公式公式中的时间中的时间(shjin)趋近于趋近于0时，则时，则E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度若代表平均速度(pnjnsd)，则，则E为平均感应电动势。为平均感应电动势。2、联系、联系(linx)：问题：问题：公式公式 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.第二十八页，共40页。如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀强为轴在垂直于匀强磁

19、场磁场(cchng)的平面内以角速度的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场(cchng)的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端两端的电势差的电势差.AOA例与练例与练9第二十九页，共40页。如图如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属的足够长的平行金属导轨导轨MN和和PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M和和P之间接有之间接有R=3.0的定值电阻的定值电阻,导体棒长导体棒长ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直整个装置处于方向竖直(shzh)向下的匀强磁场中向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使

20、现使ab以以v=10ms的速度向右做匀速运动的速度向右做匀速运动.(1)ab中的电流多大中的电流多大?ab两点间的电压多大两点间的电压多大?(2)维持维持ab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动向右运动1m的过程中的过程中,外力做的功是多少外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少电路中产生的热量是多少?RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与练例与练10第三十页，共40页。问题问题1：在：在P16图图4.4-3中中,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样(znyng)?AB边、边、CD边受力

21、方向怎样边受力方向怎样(znyng)?线圈的运动方向怎样线圈的运动方向怎样(znyng)?直流电动机的原理直流电动机的原理:通电导线在磁场通电导线在磁场(cchng)中中受安受安培力而运动培力而运动.问题问题2：电动机线圈在磁场：电动机线圈在磁场(cchng)中转中转动会产生感应电动势吗动会产生感应电动势吗?方向怎样方向怎样?第三十一页，共40页。问题问题3：感应电动势是加强了电源产生的：感应电动势是加强了电源产生的电流电流(dinli),还是削弱了电源的电流还是削弱了电源的电流(dinli)?是有利于线圈转动还是阻碍了是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动线圈的转动?四、反电动势四、反电动势(

22、fndindnsh)1、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流削弱电源产生的电流,这个这个(zh ge)电动势叫反电动势叫反电动势电动势.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.电能转化为其它形式的能电能转化为其它形式的能.第三十二页，共40页。问题问题4：如果电动机因机械阻力：如果电动机因机械阻力(zl)过过大而停止转动大而停止转动,会发生什么情况会发生什么情况?这时应采这时应采取什么措施取什么措施?四、反电动势四、反电动势(fndindnsh)3

23、、应用：电动机停止转动、应用：电动机停止转动,就没有反电动势就没有反电动势,线圈中电流会很大线圈中电流会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立即切要立即切断断(qi dun)电源电源,进行检查进行检查.第三十三页，共40页。关于电磁感应关于电磁感应(gnyng)，下述说法中正确的，下述说法中正确的是是()A、穿过线圈的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应感应(gnyng)电电动势越大动势越大B、穿过线圈的磁通量为零、穿过线圈的磁通量为零,感应感应(gnyng)电电动势一定为零动势一定为零C、穿过线圈的磁通量的变化越大、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应感应(gnyng)电动势越大电动势越大D、穿

24、过线圈的磁通量变化越快、穿过线圈的磁通量变化越快,感应感应(gnyng)电动势越大电动势越大D注意注意:感应感应(gnyng)电动势电动势E与与、/t的关系的关系例与练例与练11第三十四页，共40页。如图如图,一个水平一个水平(shupng)放置的导体框架放置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面设匀强磁场和框架平面垂直垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方向如图方向如图.今有一导体棒今有一导体棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动并能无摩擦地沿框滑动,框架及导框架及导体体ab电阻均不计电阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s

25、的速度向右匀速滑的速度向右匀速滑动时，试求：动时，试求：(1)导体导体ab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小回路上感应电流的大小E=BLv=0.80V例与练例与练12第三十五页，共40页。小结：小结：由于导体由于导体(dot)运动过程中感运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可用下式求也可用下式求E.如果这时跨接在电阻两端有一个电压如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是表，测得的就是(jish)外电路上的电外电路上的电压，即压，即第三十六页，共40页。如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.010-3T，

26、在垂直磁，在垂直磁场的平面内场的平面内,有一金属棒有一金属棒AO,绕平行于磁场的绕平行于磁场的O轴顺时针转动轴顺时针转动(zhundng),已知棒长已知棒长L=0.20m，角速度，角速度=20rad/s，求：棒产生，求：棒产生的感应电动势有多大？的感应电动势有多大？例与练例与练13第三十七页，共40页。小结小结(xioji)：也可用：也可用进行计算进行计算,因为从因为从OA,各点的线速度各点的线速度是均匀变化的是均匀变化的,故取棒中点的速度代故取棒中点的速度代表表(dibio)棒的平均速度，由棒的平均速度，由仍得到仍得到(ddo)上面的结果上面的结果.第三十八页，共40页。如图，边长为如图，边

27、长为a的正方形闭合线框的正方形闭合线框ABCD在在匀强磁场中绕匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度边匀速转动，磁感应强度为为B，初始时刻线框所在，初始时刻线框所在(suzi)的平面与的平面与磁感线垂直，经过磁感线垂直，经过t时间转过时间转过1200角，求：角，求：（1）线框内感应电动）线框内感应电动势在时间势在时间t内的平均值内的平均值.（2）转过）转过1200角时感角时感应电动势的瞬时值应电动势的瞬时值.3Ba2/(2t)例与练例与练14第三十九页，共40页。如图，将一条形磁铁插入某一闭合如图，将一条形磁铁插入某一闭合(bh)线圈，线圈，第一次用第一次用0.05s，第二次用，第二次用0.1s。试求：。试求：(1)两次线圈中的平均感应电动势之比两次线圈中的平均感应电动势之比?(2)两次线圈中两次线圈中电流之比电流之比?(3)两次通过线圈两次通过线圈电荷量之比电荷量之比?(4)两次在两次在R中产生中产生热量之比热量之比?例与练例与练15第四十页，共40页。