人教版高二物理选修3-2------4.4法拉第电磁感应定律课件.ppt

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1、4.4 4.4 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律（1 1）闭合电路）闭合电路利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象问题问题1 1：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？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:问题问题3 3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同：试从本质上比较甲、乙两电路的异同甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这个电路中就，这个电路中就一定有电动势一定有电动势。1.1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫

2、感应电动势（定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E E）.闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势.一、感应电动势一、感应电动势产生感应电动势的那部分导体相当于电源产生感应电动势的那部分导体相当于电源.2 2、产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，、产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。电路中就产生感应电动势。3 3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流：只要磁通量变化只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势电路中就产生感应电动势;若电若电 路又闭路又闭合合,电路中就有感应电流电路中就有感

3、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的本质产生感应电动势是电磁感应现象的本质.观察实验观察实验,分析思考分析思考:问题问题1:1:在实验中在实验中,电流表指针电流表指针偏转原因是什么偏转原因是什么?问题问题3:3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?问题问题2:2:电流表指针偏转程度跟电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系感应电动势的大小有什么关系?v实验探究实验探究2:感应电动势感应电动势变化变化产

4、生产生E E产生产生I I 问题问题1 1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？问题问题2 2：电流表指针偏转程度跟：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？感应电动势的大小有什么关系？总电阻一定时总电阻一定时,E E越大越大,I I越大越大,指针偏转越大指针偏转越大.变化的快慢不同变化的快慢不同 都发生了变化都发生了变化都产生了都产生了E(I)E(I)产生的产生的E(I)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

5、题问题3:3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?磁通量的变化率磁通量的变化率v实验探究实验探究3:感应电动势感应电动势精确实验表明：精确实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的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。这就是磁通量的变化率成正比。这就是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。法拉第电磁感应定律。得出二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的电路中感应电动势的大

6、小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。磁通量的变化率成正比。1.1.内容内容:1)1)公式中公式中取绝对值，不涉及正负，感应电流方向另行判断。取绝对值，不涉及正负，感应电流方向另行判断。2.2.公式公式:n n为线圈的匝数为线圈的匝数2)2)磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系无直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化率不一定大(小小,零零););磁磁通量的变化大通量的变化大(小小)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化率不一定大(小小).).注意：注意：是指在时间是指在时间 t t 内磁通量变化快慢的平均

7、值；内磁通量变化快慢的平均值；t t0 0，表示在某瞬时磁通量变化的快慢表示在某瞬时磁通量变化的快慢感生电动势的大小跟哪些因素有关感生电动势的大小跟哪些因素有关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穿过回路的磁感线的条数感线的条数多多少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 3、理解、理解:、/t/t的意义的意义1.1.磁感应强度磁感应强度B B

8、不变不变,垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S S发生变化发生变化,S SS S2 2-S S1 1,此时：此时：2.2.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S S不变不变,磁感应强度磁感应强度B B发生变化发生变化,B BB B2 2-B B1 1,此时：此时：4 4、应用、应用:用公式用公式 求求E E的二种常见情况：的二种常见情况：（感生（感生电动势电动势）（动动生生电动势电动势）1 1、有一个、有一个5050匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s0.5Wb/s，求感应电动势。，求感应电动势。25V25V例与练例与练2 2、一

9、个、一个100100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s0.5s内穿过它的磁通量从内穿过它的磁通量从0.01Wb0.01Wb增加到增加到0.09Wb0.09Wb。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。16V16V3 3、一个匝数为、一个匝数为100100、面积为、面积为10cm10cm2 2的线圈垂直磁场放置的线圈垂直磁场放置,在在0.5s0.5s内穿过它的磁场从内穿过它的磁场从1T1T增加到增加到9T9T。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。1.6V1.6Vv4 4、穿过一个电阻为、穿过一个电阻为11的单匝闭合线圈的磁通量的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少始终是每秒均匀减少2

10、Wb2Wb，则，则 （）（）vA A、线圈中的感应电动势一定是每秒减少、线圈中的感应电动势一定是每秒减少2v2vvB B、线圈中的感应电动势一定是、线圈中的感应电动势一定是2v2vvC C、线圈中的感应电流一定是每秒减少、线圈中的感应电流一定是每秒减少2A2AvDD、线圈中的感应电流一定是、线圈中的感应电流一定是2A2A不变！不变！不变！不变！BD/10-2Wbt/sA BD0120.15 5、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于、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：图所示，

11、则：()()A A、线圈中、线圈中0 0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 B B、线圈中、线圈中D D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零 C C、线圈中、线圈中D D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 D D、线圈中、线圈中0 0到到D D时间内平均感应电动势为时间内平均感应电动势为0.4V0.4VABDABD斜率表示斜率表示的的变化率变化率动生电动势的大小跟哪些因素有关动生电动势的大小跟哪些因素有关2ab Gabv回路在时间回路在时间t t内增大的面积为：内增大的面积为：S=LvtS=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：穿过回路的磁通量的变化为：=

12、BS=BS=BLvt=BLvt（V V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）三、导体切割磁感线时的感应电动势三、导体切割磁感线时的感应电动势1 1、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abab长长l l,处于匀强磁场中，处于匀强磁场中，磁感应强度是磁感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速垂直切割磁感线，求产生匀速垂直切割磁感线，求产生的感应电动势的感应电动势vB BV1V22 2、若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角、若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线导体斜切磁感线)注意：注意：2 2、导线的长度、导线的长度L L应为有效长度应为有效长度1 1、

13、导线运动方向和磁感线平行时、导线运动方向和磁感线平行时,E E=0=03 3、速度、速度v v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值),),E E就为平均值就为平均值(瞬时值瞬时值)L Lv v为为v与与B夹角夹角匀强磁场匀强磁场v 、B B、L L两两垂直两两垂直导体切割磁感线时的感应电动势小结导体切割磁感线时的感应电动势小结6、如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成角，求金属棒ab产生的感应电动势。abvE=BLVsin问题：公式问题：公式 与公式与公式 的区别和联系？的区别和联系？(1)(1)求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势,E,E和某

14、段时间或某个过程对应；和某段时间或某个过程对应；求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E E和某个时刻或某个位置对应和某个时刻或某个位置对应.(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；求出的是某部分导体的电动势。回求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。导体的感应电动势不一定为零。vabcdL1 1、区别、区别 ：2 2、联系：、联系：公式公式和公式和公式是统一的是统一的.(1)(1)公式公式中的时间趋近于中的时间趋近于0 0时，则时，则E E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动

15、势(2)(2)公式公式中中v v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E E为平均感应电动势。为平均感应电动势。7 7、如图、如图,长为长为L L的铜杆的铜杆OAOA以以O O为轴在垂直于匀强磁场的平为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B B,求杆求杆OAOA两端的电势差两端的电势差.AOA8、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导轨的足够长的平行金属导轨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的定值的定值电阻电阻,导体棒长导体棒长ab=0.5m,其电

16、阻为其电阻为r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好.整整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使现使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,外力做的功外力做的功是多少是多少?电路中产生的热量是多少电路中产生的热量是多少?RBrPMNaQbv问题问题1 1：在：在P16P16图图4.4-34.4-3中中,电源在电动机线圈中产生电流的方电源在电动机

17、线圈中产生电流的方向怎样向怎样?AB?AB边、边、CDCD边受力方向怎样边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样线圈的运动方向怎样?直流电动机的原理直流电动机的原理:通电导线在磁场中受安培力而运动通电导线在磁场中受安培力而运动.问题问题2 2：电动机线圈在磁场中转动会：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗产生感应电动势吗?方向怎样方向怎样?问题问题3 3：感应电动势是加强了电源产生的电流：感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱还是削弱了电源的电流了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动?R R0 0E Er rV V四、反电动势四、反电动势 1

18、1、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电、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源产生的电流,这个电动势叫反电动势这个电动势叫反电动势.2 2、作用：阻碍线圈的转动、作用：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.电能转化电能转化为其它形式的能为其它形式的能.问题问题4 4：如果电动机因机械阻力过大而停止转动如果电动机因机械阻力过大而停止转动,会发生会发生什么情况什么情况?这时应采取什么措施这时应采取什么措施?3 3、应用：、应用：电动机停止转动电动机停止转动,就没有反电动势就没有反电动势,线圈中线圈中电流会很大电

19、流会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立即切断电源要立即切断电源,进行检查进行检查.练习、如图所示的电路中练习、如图所示的电路中,电源的电动势电源的电动势E=10V,E=10V,内阻内阻r=0.5r=0.5,电动机的电阻电动机的电阻R R0 0=1.0=1.0,电动机正常工作时电动机正常工作时,电压表的示数电压表的示数U=U=9 9.0V,.0V,求求:(1)(1)电源释放的总电功率电源释放的总电功率.(.(2 2)电源的输出功率电源的输出功率(3 3)电动机消耗的电功率电动机消耗的电功率?将电能转化为机械能的功率将电能转化为机械能的功率?(4)(4)电机卡死时电流是多少？电机消耗的热功率是多

20、少电机卡死时电流是多少？电机消耗的热功率是多少R R0 0E Er rV V9 9、关于电磁感应，下述说法中正确的是、关于电磁感应，下述说法中正确的是()()A A、穿过线圈的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大感应电动势越大B B、穿过线圈的磁通量为零、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零感应电动势一定为零C 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,感应电动势越大感应电动势越大D D、穿过线圈的磁通量变化越快、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大感应电动势越大D注意注意:感感应电动势应电动势E E与与、/t/t的关系的关系1010、如图、如图,一个水平

21、放置的导体框架一个水平放置的导体框架,宽度宽度L L=1.50m=1.50m,接有电阻接有电阻R R=0.20=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度磁感应强度B B=0.40T=0.40T,方方向如图向如图.今有一导体棒今有一导体棒abab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,框架及导体框架及导体abab电阻均不计电阻均不计,当当abab以以v v=4.0m/s=4.0m/s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)(1)导体导体abab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)(2)回路上感应电流的大小回

22、路上感应电流的大小E=BLv=0.80V小结：小结：由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可用下式求等于平均值，所以也可用下式求E E.如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即外电路上的电压，即11、如图、如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.010-3T，在垂直磁场的平，在垂直磁场的平面内面内,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,已已知棒长知棒长L=0.20m，角速度，角速度=20rad/s，求：棒产生的感应，求：棒产

23、生的感应电动势有多大？电动势有多大？小小结结：也可用也可用进进行行计计算算,因因为为从从OAOA,各点的各点的线线速度是均匀速度是均匀变变化的化的,故故取棒中点的速度代表棒的平均速度取棒中点的速度代表棒的平均速度，由，由1212、如、如图图，边长为边长为a a的正方形的正方形闭闭合合线线框框ABCDABCD在匀在匀强强磁磁场场中中绕绕ABAB边边匀速匀速转动转动，磁感，磁感应应强强度度为为B B，初始，初始时时刻刻线线框所框所在的平面与磁感在的平面与磁感线线垂直，垂直，经过经过t t时间转过时间转过1201200 0角，求：角，求：（1 1）线线框内感框内感应电动势应电动势在在时间时间t t内

24、的内的平均平均值值.（2 2）转过转过1201200 0角角时时感感应电动势应电动势的的瞬瞬时值时值.3Ba2/(2t)1313、如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次、如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用用0.05s0.05s，第二次用，第二次用0.1s0.1s。试求：。试求：(1)(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)(2)两次线圈中两次线圈中电流之比电流之比?(3)(3)两次通过线圈两次通过线圈电荷量之比电荷量之比?(4)(4)两次在两次在R R中产生中产生热量之比热量之比?1414、如图，半径为、如图，半径为r r的金属环绕通过某直径的轴

25、的金属环绕通过某直径的轴0000以角速以角速度度作匀速转动作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B B，从金属环面，从金属环面与磁场方向与磁场方向重合重合时开始计时时开始计时,则在则在 金属环转过金属环转过90900 0角的过角的过程中，环中产生的电动势的程中，环中产生的电动势的 平均值是多大平均值是多大?00B15、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,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针由图示位置逆时针方向转动。求方向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程中的平均

26、感应电动势的过程中的平均感应电动势B00adcb(2)线圈转过线圈转过1/2周周的过程的过程 均感应电动势均感应电动势16、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,有一个匝数为有一个匝数为n的矩形的矩形线圈线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OO以角速度以角速度由图示由图示位置逆时针方向转动。求位置逆时针方向转动。求:(1)转过转过1/4周周时时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周周时时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边产生的感应电边产生的感应电动势哪个时刻最大动势哪个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最小?思考思考:B00adcb