4、法拉第电磁感应定律.ppt

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1、隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物（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：隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物 问题问题3：若甲、乙两电路都是闭合的，它们有无若甲、乙两电路都是闭合的，它们有无电流？电流？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

2、电路中就一定有一定有电动势电动势。甲甲NSG乙乙线圈相当于电源线圈相当于电源 图乙中有电流时，哪一部分相当于电源？图乙中有电流时，哪一部分相当于电源？隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物1、定义：、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫在电磁感应现象中产生的电动势叫感感应电动势（应电动势（E）。闭合电路闭合电路中中有感应电流有感应电流，这个电路中，这个电路中就就一一定有感应电动势定有感应电动势。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产生感应电动势的那部分导体相当于相当于电源电源。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物2、产生条件：、产生条件：只要

3、穿过电路的只要穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。电路中就产生感应电动势。3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流：在电磁感应现象中，在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量变只要穿过电路的磁通量变化化,电路中就产生感应电动势电路中就产生感应电动势;若电路又闭合若电路又闭合,电电路中就有感应电流。路中就有感应电流。猜想：猜想：感应电动势的大小与什么因素有关？感应电动势的大小与什么因素有关？隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物观察实验，分析思考观察实验，分析思考:问题问题1:如何比较感应电动势如何比较感应电动

4、势的大小的大小?问题问题3:在实验中，条形磁铁插在实验中，条形磁铁插入快慢有什么相同和不同入快慢有什么相同和不同?用电流大小用电流大小进行比较进行比较问题问题2:在实验中，如何控制在实验中，如何控制磁通量变化的大小磁通量变化的大小?将条形磁铁从同将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一高度插入线圈中同一位置一位置 磁通量的变化量相同，磁通量的变化量相同，但变化快慢不同但变化快慢不同猜想猜想:感应电动势的大小与磁通量变化的什么有关系感应电动势的大小与磁通量变化的什么有关系?隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物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

5、）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。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，将条形磁铁从同一高度插入线圈在实验中，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中同一位置，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隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物二、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，跟穿过这一电电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的路的磁通量磁通量的的变化率变化率成成正正比。比。1 1.内容内容:

6、注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及正负，感应电，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。流的方向另行判断。2 2.公式公式:n为线圈的匝数为线圈的匝数隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物问题问题1：磁通量大，磁通量变化一定大吗磁通量大，磁通量变化一定大吗?问题问题2：磁通量变化大磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗磁通量的变化率一定大吗?磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系接关系:磁通量大（小，零），磁通量的变化率不一磁通量大（小，零），磁通量的变化率不一定大（小，零）；磁通量的变化大（小），磁通量定大（小，零）；磁

7、通量的变化大（小），磁通量的变化率不一定大（小）。的变化率不一定大（小）。思考与讨论思考与讨论隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物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磁通量变化磁通量变化磁通量变化率磁通量变化率/tt3 3、理解、理解:、/tt的意义的意义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穿过回路的磁通穿过回路的磁通量变化量变化了多少了多少产生产生感应电动势感应电动势的条件的条件穿过回路的穿过回路的磁通磁通量变化的快慢量变化的快慢决定感应电动势决定感应电动势的大小的大小隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版

8、理物例题例题1、有一个有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。，求感应电动势。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题2 2：一个一个100100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s0.5s内穿过它的磁通内穿过它的磁通量从量从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。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题3：一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磁场放置,在在0.5s内穿过

9、它的磁场从内穿过它的磁场从1T增加到增加到9T。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题4 4：如图，半径为如图，半径为r r的金属环绕通过某直径的轴的金属环绕通过某直径的轴0000 以角速度以角速度作匀速转动作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度为为B B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，从金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在则在 金属环转过金属环转过90900 0角的过程中，环中产生的电动势的角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大平均值是多大?00B隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版

10、理物例题例题5 5：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,有一矩形线有一矩形线框框,边长边长abab=L=L1 1,bc=L,bc=L2 2线框绕中心轴线框绕中心轴0000以角速度以角速度由由图示位置逆时针方向转动。求图示位置逆时针方向转动。求:（1 1）线圈转过）线圈转过1/41/4周的过程中的平均感应电动势？周的过程中的平均感应电动势？（2 2）线圈转过）线圈转过1/21/2周周的过程中的平均感应电动势？的过程中的平均感应电动势？B00adcb隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物/10-2Wbt/sA BD0120.1ABD斜率表示斜率表示的的变化率

11、变化率例题例题6 6：单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴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：的规律如图所示，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时间内时间内 平均感应电动势为平均感应电动势为0.4V0.4V隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物回路在时间回路

12、在时间t t内增大的面积为：内增大的面积为：S=S=LvtLvt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：=BS=BS=BLvtBLvt（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,处于匀强处于匀强磁场中，磁感应强度是磁场中，磁感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速切割磁感匀速切割磁感线，求产生的感应电动势线，求产生的感应电动势?abGabv 隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物v

13、B BV V1 1V V2 2 若导体运动方向跟磁感应强度若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角方向有夹角（导体斜切磁感线）（导体斜切磁感线）注意：注意：2、导线的长度、导线的长度L应为应为有效长度有效长度1、导线运动方向和磁感线、导线运动方向和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感应电动势三、导体切割磁感线时的感应电动势隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物匀强磁场匀强磁场v v 、B B、L L两两垂直两两垂直三、导体切割磁感线时的感应电动势三、导体切割

14、磁感线时的感应电动势隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题7 7：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 B，长为，长为L L的的金属棒金属棒abab在垂直于在垂直于B B的平面内运动，速度的平面内运动，速度v v与与L 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。abv隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题8：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,有一个匝有一个匝数为数为n的矩形线圈的矩形线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OO以角速度以角速度由图示位置

15、逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。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电动势哪个时刻最大的感应电动势哪个时刻最大?哪哪个时刻最小个时刻最小?思考思考:Ba00dcb隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物问题：问题：与与的区别和联系？的区别和联系？1、区别：区别：求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势,E,E和某段时间和某段时间或某个过程对应；或某个过程对应；求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬

16、时感应电动势，E E和某和某个时刻或某个位置对应个时刻或某个位置对应.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。求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的回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。感应电动势不一定为零。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物2 2、联系：、联系：问题：问题：与与的区别和联系？的区别和联系？和和 是统一的。是统一的。(1)(1)中的时间趋近于中的时间趋近于0 0时，则时，则E E为瞬时感应为瞬时感应电动势；电动势；(2)(2)中中v v若代表平均速度，则若代

17、表平均速度，则E E为平为平均感应电动势均感应电动势。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题9：如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场的磁感应磁场的磁感应强度为强度为B,求杆求杆OA两端的电势差两端的电势差.AOA隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物RBrPMNaQbv例题例题1010：如图如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的的足够长的平行金属导轨平行金属导轨MNMN和和PQ,PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M M和

18、和P P之间之间接有接有R=3.0R=3.0的定值电阻的定值电阻,导体棒长导体棒长abab=0.5m,=0.5m,其电阻其电阻为为r=1.0,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向下的匀强磁场中向下的匀强磁场中,B=0.4T.,B=0.4T.现使现使abab以以v=10mv=10ms s的速的速度向右做匀速运动度向右做匀速运动.(1)ab(1)ab中的电流多大中的电流多大?abab两点间的电压多大两点间的电压多大?(2)(2)维持维持abab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大?(3)ab(3)ab向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是

19、多少的过程中，外力做的功是多少?电电路中产生的热量是多少路中产生的热量是多少?隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物问题问题1：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?AB边、边、CD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通电导线在磁场中受安培力而运动而运动.问题问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗动势吗?方向怎样方向怎样?隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物问题问题3 3：感应电动势是加强了电

20、源产生的电流，还是感应电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍了削弱了电源的电流？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1 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要电动机转动时产生的感应电动势总要削弱削弱电源产生的电流，这个电动势叫电源产生的电流，这个电动势叫反电动势反电动势。2 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。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物问题

21、问题4 4：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？发生什么情况？这时应采取什么措施？四、反电动势四、反电动势 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，线圈中电流会很大，电动机会烧毁，线圈中电流会很大，电动机会烧毁，要立即切断电要立即切断电源源，进行检查。，进行检查。隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1111：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

22、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 D注意：注意：感感应电动势应电动势E E与与、/t/t的关系的关系隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1212：如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,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,

23、磁感应强度磁感应强度B=0.40T,B=0.40T,方向如图方向如图.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,框架及导框架及导体体abab电阻均不计电阻均不计,当当abab以以v=4.0m/sv=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路上感应电流的大小隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物小结：小结：由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬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

24、以也可用下式求时值等于平均值，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，即就是外电路上的电压，即隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1313：如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.0B=1.01010-3-3T T，在垂直，在垂直磁场的平面内磁场的平面内,有一金属棒有一金属棒AO,AO,绕平行于磁场的绕平行于磁场的O O轴顺轴顺时针转动时针转动,已知棒长已知棒长L=0.20mL=0.20m，角速度，角速度=20rad/s=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？求：棒产生的

25、感应电动势有多大？隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物小结：小结：也可用也可用 进行计算，因为从进行计算，因为从OAOA，各点的线速度是均匀，各点的线速度是均匀，变化的，故变化的，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，由隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1414：如图，边长为如图，边长为a a的正方形闭合线框的正方形闭合线框ABCDABCD在匀在匀强磁场中绕强磁场中绕ABAB边匀速转动，磁感应强度为边匀速转动，磁感应强度为B B，初始时，初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过t t时

26、间转过时间转过1201200 0角，求：角，求：（1 1）线框内感应电动）线框内感应电动势在时间势在时间t t内的平均值内的平均值.（2 2）转过）转过1201200 0角时感角时感应电动势的瞬时值应电动势的瞬时值.隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1515：如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用第一次用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)两次线圈中电流之比两次线圈中电流之比?(3)(3)两次通过线圈电荷

27、量之比两次通过线圈电荷量之比?(4)(4)两次在两次在R R中产生热量之比中产生热量之比?隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1616：如图如图3 3甲所示甲所示,一矩形线圈位于随时间一矩形线圈位于随时间t t变化变化的匀强磁场中的匀强磁场中,磁感应强度磁感应强度B B随随t t的变化规律如图乙所的变化规律如图乙所示示.以以i i表示线圈中的感应电流表示线圈中的感应电流,以图甲中线圈上箭头以图甲中线圈上箭头所示方向为电流正方向所示方向为电流正方向,以垂直纸面向里的磁场方向以垂直纸面向里的磁场方向为正为正,则以下的则以下的itit图象中正确的是图象中正确的是()()隆德

28、县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物隆德县高级中学隆德县高级中学 辛志雄辛志雄人 教版理物例题例题1717：如图所示如图所示，金属杆金属杆abab可在平行金属导轨上可在平行金属导轨上滑动滑动，金属杆电阻金属杆电阻R0=0.5R0=0.5，长长L=0.3 mL=0.3 m，导轨一端导轨一端串接一电阻串接一电阻R=1R=1，匀强磁场磁感应强度匀强磁场磁感应强度B=2TB=2T，当当abab以以v=5m/sv=5m/s向右匀速运动过向右匀速运动过程中，求：程中，求：(1)ab (1)ab间感应电动势间感应电动势E E和和abab间的电压间的电压U U。(2)(2)所加沿导轨平面的水平外力所加沿导轨平面的水平外力F F的大小。的大小。(3)(3)在在2s2s时间内电阻时间内电阻R R上产生的热量上产生的热量Q Q。