教育精品:44法拉第电磁感应定律.ppt
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1、4.44.4法拉第电磁法拉第电磁感应定律感应定律 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,电路中就一定有电动势电路中就一定有电动势.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实验探究二若若电路断开时,虽然没有感应电流,电电路断开时,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 在电磁感应现象中产生的在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势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分导体就相当于相当于电源电源一、感应电动势一、感应电动势 1 1感感应应电电动动势势:
2、在在电电磁磁感感应应现现象象中中产产生生的的电电动动势势叫叫做做感感应应电电动动势势,产产生生感感应应电电动动势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感感应应电电动动势势与与感感应应电电流流:感感应应电电动动势势是是形形成成感感应应电电流流的的必必要要条条件件,有有感感应应电电动动势势不不一一定定存存在在感感应应电电流流(要要看看电电路路是是否否闭闭合合),有感应电流一定存在感应电动势,有感应电流一定存在感应电动势 猜想:感应电动势很可猜想:感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关能与磁通量变化的快慢有关(而磁通量变化的快慢可以(而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示)用磁通量
3、的变化率表示)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?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、磁体的磁场超强,产生的感应电流越大实验探究1:感应电动势2实验探究实验探究3:感应电动势感应电动势1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:电磁感应插磁铁实验探究实验探究2:感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,感应感应电流就越大电流就越大,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
4、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。概念的类比概念的类比 磁通量磁通量速度速度磁通量的变化磁通量的变化速度的变化速度的变化磁通量的变化率磁通量的变化率 速度的变化率速度的变化率精确实验表明:精确实验表明:
5、电路中感应电动势的大小,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跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是率成正比。这就是法拉第电磁感法拉第电磁感应定律。应定律。得出 若闭合电路是一个若闭合电路是一个n匝线圈,且穿匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,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则整个线圈的感应电动势为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,磁通量变化大不等于磁通量的变化率大二、法拉第电磁感应定律的理解二、法拉第电磁感应定律的理解(2)/t 是指在时间 t 内
6、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,(3)式中物理量都取国际单位 【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?【思路点拨思路点拨】解答本题时
7、可按以下思路分析:解答本题时可按以下思路分析:【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=BSsinBSsin来计算,所以来计算,所以=BSsinBSsin=(0.5-0.1)=(0.5-0.1)20201010-4-40.5 0.5 WbWb=4=41010-4-4 WbWb.磁通量的变化率磁通量的变化率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 8
8、1010-3-3 Wb/s 1.6 V Wb/s 1.6 V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:(2 2)切切割割方方向向与与磁磁场场方方向向成成角角时时:如如图图所所示示,将将v分分解解为为垂垂直直B和和平平行行B的的两个分量,其中:两个分量,其中:对切割有贡献 对切割无贡献 所以:导线切割磁感线时产生的导线切割磁感线时产生的电动势的大小,跟磁感强度电动势的大小,跟磁感强度B、导线长度导线长度L、运动速度运动速度v以及以及运动方向与磁感线方向的夹运动方向与磁感线方向的夹角
9、的正弦角的正弦sin 成正比成正比【典例典例2 2】(20092009山东高考)如图所示,一导线弯成山东高考)如图所示,一导线弯成半径为半径为a a的半圆形闭合回路的半圆形闭合回路.虚线虚线MNMN右侧有磁感应强度为右侧有磁感应强度为B B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面,回路以速的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面,回路以速度度v v向右匀速进入磁场,直径向右匀速进入磁场,直径CDCD始终与始终与MNMN垂直垂直.从从D D点到点到达边界开始到达边界开始到C C点进入磁场为止,下列结论正确的是点进入磁场为止,下列结论正确的是A.A.感应电流方向不变感应电流方向不变B.CDB.CD段直导线
10、始终不受安培力段直导线始终不受安培力C.C.感应电动势最大值感应电动势最大值E Em m=BavBavD.D.感应电动势平均值感应电动势平均值 BavBav【思路点拨思路点拨】求解此题应注意以下三点:求解此题应注意以下三点:【标准解答标准解答】选选A A、C C、D.D.导体切割磁感线产生感应电动导体切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可知,感应电流方向不变,势,由右手定则可知,感应电流方向不变,A A正确正确.感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势,故势,故E Em m=Bav,CBav,C正确正确.=B=B a a2 2 tt=由
11、由得得 Bav,DBav,D正确正确.例题例题3: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两两端端电电势势差差等等于于金金属属棒棒切切割割磁磁感感线线产产生生的的电电动动势势(因因为为没没有有外外电电路路),所所以以只只要求出电动势即可要求出电动势即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:公式公式E=/t
12、,E=n/t一般适用于求解一般适用于求解平均电动势的大小;而公式平均电动势的大小;而公式E=BLV一般适一般适用于切割磁感线运动导体的瞬时电动势的大用于切割磁感线运动导体的瞬时电动势的大小。小。讨论:产生感应电流与产生感应电动势的条讨论:产生感应电流与产生感应电动势的条件一样吗?件一样吗?(导体在磁场中做切割线运动或者是穿过某(导体在磁场中做切割线运动或者是穿过某一回路的磁通量发生变化,就一定产生感应一回路的磁通量发生变化,就一定产生感应电动势)电动势)【典例典例4 4】(20102010长春高二检测)一长春高二检测)一根导体棒根导体棒abab在垂直于纸面方向的匀强磁在垂直于纸面方向的匀强磁场
13、中自由下落场中自由下落,并始终保持水平方向且并始终保持水平方向且与磁场方向垂直与磁场方向垂直.如图所示如图所示,则有则有A.UA.Uabab=0=0B.UB.Ua a U Ub b,U,Uabab保持不变保持不变C.UC.Ua aUUb b,U,Uabab越来越大越来越大D.UD.Ua a U Ua a,由由U Uabab=E=E=BlvBlv及棒自及棒自由下落时由下落时v v越来越大越来越大,可知可知U Uabab越来越大越来越大,D,D项正确项正确.三、反电动势思考:思考: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
14、向都可判断出两个边受力的方向都可判断出.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?是还是削弱了它?是有利于线圈的转动有利于线圈的转动,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.反电动势反电动势讨论与归纳讨论与归纳 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
15、,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.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电动机工作中要注意的问题题 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
16、端两端,电流会很大电流会很大,时间长了很可能时间长了很可能把电动机烧毁把电动机烧毁.所以所以,如果电动机由如果电动机由于机械故障停转于机械故障停转.要立即切断电源要立即切断电源,进行检查进行检查.小结: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
17、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【典例典例4 4】(20102010巢湖高二巢湖高二检测)如图所示,检测)如图所示,MNMN、PQPQ为光为光滑金属导轨(金属导轨电阻忽滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),略不计),MNMN、PQPQ相距相距L=L=50 cm,50 cm,导体棒导体棒ABAB在两轨道间在两轨道间的电阻为的电阻为r=1,r=1,且可以在且可以在MNMN、PQPQ上滑动,定值电阻上滑动,定值电阻R R1 1=3,R=3,R2 2=6,=6,整个装置放在磁感应强度为整个装置放在磁感应强度为B=1.0 TB=1.0 T的的匀强磁场中,磁场方向
18、垂直于整个导轨平面,现用外力匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F F拉着拉着ABAB棒向右以棒向右以v=5 v=5 m/sm/s速度做匀速运动速度做匀速运动.求:(求:(1 1)导体棒)导体棒ABAB产生的感应电动势产生的感应电动势E E和和ABAB棒上的感应棒上的感应电流方向电流方向.(2 2)导体棒)导体棒ABAB两端的电压两端的电压U UABAB=?【思路点拨思路点拨】解答本题时应把握以下三点:解答本题时应把握以下三点:【标准解答标准解答】(1)(1)导体棒导体棒ABAB产生的感应电动势产生的感应电动势E=E=BLvBLv=2.5 V2.5 V由右手定则,由右手定则,ABA
19、B棒上的感应电流方向向上,即沿棒上的感应电流方向向上,即沿BABA方方向向(2)R(2)R并并=2=2,U UABAB=I=IR R并并=V1.7 V=V1.7 V答案:答案:(1 1)2.5 V BA2.5 V BA方向方向 (2 2)1.7 V1.7 V1.1.下列几种说法正确的是下列几种说法正确的是()()A.A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大一定越大B.B.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大C.C.线圈放在磁场越强的位置,产生的感应电动势一定线圈放在磁场越强的位置,产生的
20、感应电动势一定越大越大D.D.线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大越大课堂训练【解析解析】选选D.D.依据法拉第电磁感应定律可知,感应电依据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关,与匝数动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关,与匝数和磁通量的变化率成正比和磁通量的变化率成正比.因此,选项因此,选项A A、B B都是错误的都是错误的.磁场的强弱与感应电动势也无关,所以选项磁场的强弱与感应电动势也无关,所以选项C C也是不对也是不对的的.线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化线圈中磁通量变化越快意味着线圈的
21、磁通量的变化率越大,依据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势率越大,依据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,在此条件下线圈中产生的与磁通量的变化率成正比,在此条件下线圈中产生的感应电动势越大,故选项感应电动势越大,故选项D D是正确的是正确的.2.2.(20102010银川高二检测)闭合电路中的一段导体,银川高二检测)闭合电路中的一段导体,在匀强磁场中以在匀强磁场中以v v所示方向运动时,导体内通过的感应所示方向运动时,导体内通过的感应电流方向为电流方向为I,I,图中正确表示了以上三个量的方向关系图中正确表示了以上三个量的方向关系的是的是()()【解析解析】选选B B、D.
22、D.根据右手定则,可知根据右手定则,可知B B、D D图正确,图正确,A A、C C图错误图错误.3.3.如图所示,在竖直向下的匀如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金强磁场中,将一水平放置的金属棒属棒abab以水平初速度以水平初速度v v0 0抛出,抛出,设在整个过程中棒的取向不变,设在整个过程中棒的取向不变,且不计空气阻力,则金属棒在且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况是的大小变化情况是()()A.A.越来越大越来越大 B.B.越来越小越来越小C.C.保持不变保持不变 D.D.无法判断无法判断【解析解析】选选C.C.金属棒
23、被水平抛出后做平抛运动,切割金属棒被水平抛出后做平抛运动,切割速度保持速度保持v v0 0不变,故感应电动势不变,故感应电动势E=BLvE=BLv0 0保持不变,故保持不变,故C C对,对,A A、B B、D D都错都错.4.4.如图所示,将玩具电动机通过开关、电流表接到电如图所示,将玩具电动机通过开关、电流表接到电池上,闭合开关池上,闭合开关S S,观察电动机启动过程中电流表读数,观察电动机启动过程中电流表读数会有什么变化?怎样解释这种电流的变化?会有什么变化?怎样解释这种电流的变化?【解析解析】刚闭合开关刚闭合开关S S时,电流表读数比较大,后来减时,电流表读数比较大,后来减小小.随电动机
24、的转速逐渐增大的过程中,电动机线圈中随电动机的转速逐渐增大的过程中,电动机线圈中产生反电动势,削弱电源产生的电流,所以电流表示产生反电动势,削弱电源产生的电流,所以电流表示数减小数减小.答案:答案:见解析见解析 5.(20105.(2010新课标全国卷新课标全国卷)在电磁学发展过程中,许多科在电磁学发展过程中,许多科学家做出了贡献学家做出了贡献.下列说法正确的是下列说法正确的是()()A.A.奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象象B.B.麦克斯韦预言了电磁波;楞次用实验证实了电磁波的麦克斯韦预言了电磁波;楞次用实验证实了电磁波的存在存在
25、C.C.库仑发现了点电荷的相互作用规律;密立根通过油滴库仑发现了点电荷的相互作用规律;密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值实验测定了元电荷的数值D.D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;洛伦兹发现安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律了磁场对电流的作用规律【解析解析】选选A A、C.C.赫兹用实验证实了电磁波的存在,选项赫兹用实验证实了电磁波的存在,选项B B错误,洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律,安培错误,洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律,安培发现了磁场对电流的作用规律,选项发现了磁场对电流的作用规律,选项D D错误错误.6.6.(20102010全国
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