高中物理 9.2法拉第电磁感应定律及其应用基础课件.ppt

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1、考点考点1 1 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律及其应用法拉第电磁感应定律及其应用 1.对法拉第电磁感应定律的理解对法拉第电磁感应定律的理解 (1)感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变化率感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变化率 /t，而与，而与磁通量磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量 的大小没有必然联系。的大小没有必然联系。(2)磁通量的变化常由磁通量的变化常由B的变化或的变化或S的变化两种情况引起的变化两种情况引起 当当 仅由仅由B的变化引起时，的变化引起时，E=nS(B/t)。当当 仅由仅由S的变化引起时，的变化引起时，E=nB(S/t)。(3)由由

2、E=n /t计算出的是计算出的是 t时间内的平均感应电动势。时间内的平均感应电动势。(4)通过回路截面的电荷量通过回路截面的电荷量q仅与仅与n、和回路电阻和回路电阻R有关，与时间长有关，与时间长短无关。推导如下：短无关。推导如下：2021/8/11 星期三1 (1)很大，很大，/t可能很小，可能很小，很小，很小，/t可能很大，感应电动势的可能很大，感应电动势的大小与大小与 /t有关，与有关，与、无直接关系。无直接关系。(2)用公式用公式E=nS B/t求感应电动势时，求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内有效面为线圈在磁场范围内有效面积。积。2021/8/11 星期三2 (2)平均性平均性 导体

3、平动切割磁感线时，若导体平动切割磁感线时，若v为平均速度，则为平均速度，则E为平均感为平均感应电动势，即应电动势，即 。(3)瞬时性瞬时性 若若v为瞬时速度，则为瞬时速度，则E亦为相应的瞬时感应电动势。亦为相应的瞬时感应电动势。(4)有效性有效性 导体平动切割磁感线，导体平动切割磁感线，l为导体两端点的有效长度，若为导体两端点的有效长度，若lB，lv，则，则E=Blv。如。如图所示的导线切割磁感线的运动中，虚线的长度图所示的导线切割磁感线的运动中，虚线的长度l就是各自的有效长度，即感应电动就是各自的有效长度，即感应电动势都为势都为E=Blv。2.对对E=BLv的理解的理解 3.如图所示，当导体

4、绕一端点在垂如图所示，当导体绕一端点在垂直于磁场的平面内以角速度直于磁场的平面内以角速度 转动时，则其转动时，则其产生的感应电动势产生的感应电动势E=(1/2)BL2。(5)相对性相对性 E=Blv中的速度中的速度v是相对于磁场是相对于磁场B的速度，的速度，若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系。若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系。(1)正交性正交性 本公式是在定一条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需本公式是在定一条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需B、L、v三者相互三者相互垂直。实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算。垂直。实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分

5、量进行计算。如一个与水平面成如一个与水平面成 角的宽度为角的宽度为l的的U型框架中，一金属棒型框架中，一金属棒MN自导轨上滑下，当自导轨上滑下，当速度为速度为v时，由于时，由于B与与v不垂直，可把不垂直，可把v分解为垂直分解为垂直B与与v不垂直，可把不垂直，可把v分解为垂直分解为垂直B的的v1和平行于和平行于B的的v2，则，则E=Blv1=Blvcos。(如图如图)2021/8/11 星期三3典例一对对E=n /t的理解的理解【例【例1】如图】如图(a)所示，一个电阻值为所示，一个电阻值为R，匝数为，匝数为n的圆形金属线的圆形金属线圈圈 与阻值为与阻值为2R的电阻的电阻R1连接成闭合回路，线圈

6、的半径为连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在，在 线圈中半径为线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀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变化的关系图线如图(b)所示，所示，图线与横、纵轴的截距分别为图线与横、纵轴的截距分别为t0和和B0。导线的电阻不计，求。导线的电阻不计，求 0至至t1时间内时间内 (1)通过电阻通过电阻R1上的电流大小和上的电流大小和 方向；方向；(2)通过电阻通过电阻R1上的电荷量上的电荷量q及电及电 阻阻R1上产生的热量。上产生的热量。2021/8/11 星期三4 闭合电路中因磁通

7、量发生变化而产生感应电流时闭合电路中因磁通量发生变化而产生感应电流时,通过导线横截面的通过导线横截面的电荷量电荷量 ,其中其中n为线圈的匝数。为线圈的匝数。【解析解析】本题将电磁感应与电路知识相结合，既考查了电磁感应定律，本题将电磁感应与电路知识相结合，既考查了电磁感应定律，又考查了电流、电量、电功率的求法，要解答本题既要牢固掌握相关知识又考查了电流、电量、电功率的求法，要解答本题既要牢固掌握相关知识又要具备综合分析能力。又要具备综合分析能力。(1)由图象分析可知，由图象分析可知，0至至t1时间内时间内 B/t=B0/t0 由法拉第电磁感应定律有由法拉第电磁感应定律有 E=n /t=n(B/t

8、)S而而S=r22 由闭合电路欧姆定律有由闭合电路欧姆定律有I1=E/(R1+R)联立以上各式解得联立以上各式解得 通过电阻通过电阻R1上的电流大小为上的电流大小为I1=nB0 r22/(3Rt0)由楞次定律可判断通过电阻由楞次定律可判断通过电阻R1上的电流方向为从上的电流方向为从b到到a (2)通过电阻通过电阻R1上的电荷量上的电荷量q=I1t1=nB0 r22t1/(3Rt0)通过电阻通过电阻R1上产生的热量上产生的热量Q=I12R1t1=2n2B02 2r24t1/(9Rt02)。2021/8/11 星期三5一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面

9、与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变，将磁感应强度在直。先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变，在应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中，线框中感应电动小到原来的一半。先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为势的比值为()A.1/2 B.1 C.2 D.4B2021/8/11 星期三6典例二公式公式E=BLvsin 的应用的应用【例【例2】如图所示，一导线弯成半径为】如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路

10、。的半圆形闭合回路。虚线虚线MN右侧有磁感应强度为右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回的匀强磁场，方向垂直于回 路所在的平面。回路以速度路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径向右匀速进入磁场，直径CD 始终与始终与MN垂直。从垂直。从D点到达边界开始到点到达边界开始到C点进入磁场为止，点进入磁场为止，下列结论正确的是下列结论正确的是()A.感应电流方向不变感应电流方向不变 B.CD段直导线始终不受安培力段直导线始终不受安培力 C.感应电动势最大值感应电动势最大值Em=Bav D.感应电动势平均值感应电动势平均值 =(1/4)Bav2021/8/11 星期三7 【解析】【解析】

11、本题涉及了法拉第电磁感应定律、楞次定律、安培力的知识，本题涉及了法拉第电磁感应定律、楞次定律、安培力的知识，考查学生应用规律分析问题的能力，中等难度。由楞次定律可判感应电流考查学生应用规律分析问题的能力，中等难度。由楞次定律可判感应电流方向始终沿逆时针，故选项方向始终沿逆时针，故选项A正确。由右手定则知正确。由右手定则知CD段直导线始终受安培段直导线始终受安培力，故选项力，故选项B错误。当有一半进入磁场时，切割磁感线的有效长度最大，最错误。当有一半进入磁场时，切割磁感线的有效长度最大，最大感应电动势为大感应电动势为Em=Bav，故选项，故选项C正确。根据法拉第电磁感应定律正确。根据法拉第电磁感

12、应定律可得感应电动势的平均值可得感应电动势的平均值 ，故选项，故选项D正确。正确。E=BLvsin 中的中的L指切割的有效长度，因此本题中，指切割的有效长度，因此本题中，在半圆形闭合回路进入磁场的过程中，其切割的有效在半圆形闭合回路进入磁场的过程中，其切割的有效长度是从零先增加到长度是从零先增加到a然后又减小到零的过程。然后又减小到零的过程。2021/8/11 星期三8如图所示，平行导轨间有一矩形的如图所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨沿导轨从从MN处匀速运动到处匀速运动到M N 的过程中，的过程中，棒上感应电动势棒上感应电动势E随时间随时间t变化

13、的图变化的图示，以下可能正确的是示，以下可能正确的是()A2021/8/11 星期三9通电自感通电自感断电自感断电自感电路图电路图器材要求器材要求A1、A2同规格：同规格：R=RL；L较大较大L很大很大(有铁芯有铁芯)；RLRA现象现象在在S闭合瞬间，闭合瞬间，A2灯立即亮起来，灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮灯逐渐变亮，最终一样亮在在S断开瞬间，断开瞬间，A灯突然闪亮一下后再灯突然闪亮一下后再渐渐熄灭渐渐熄灭原因原因由于开关闭合时，流过自感线圈由于开关闭合时，流过自感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，感电动势，阻碍了电流的增大，使流过使流过A1灯的电流比流过灯的电流比流过A2灯的灯的电流增加得慢电流增加得慢断开开关断开开关S时，流过线圈时，流过线圈L的电流迅速的电流迅速减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，在减小，使电流继续存在一段时间，在S断开时，通过断开时，通过L的电流反向通过的电流反向通过A灯，灯，且由于且由于RLRD，故断开，故断开S前电流前电流IRID，所以发生断电自感时，灯，所以发生断电自感时，灯D中的中的电位是从电位是从IR减小。减小。2021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14