人教版高中物理选修3-2课件：4.4《法拉第电磁感应定律》.ppt

1、问题问题1 1：据前面所学，电路中存在持续电流的条件是什么？：据前面所学，电路中存在持续电流的条件是什么？ （1 1）闭合电路；）闭合电路； （2 2）有电源）有电源 （1 1）闭合电路；）闭合电路； （2 2）磁通量变化。）磁通量变化。 利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象 复习回顾复习回顾 问题问题2 2：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？ 问题问题3 3：产生感应电流的条件是什么？：产生感应电流的条件是什么？ 问题问题4：磁通量发生变化的方式有哪些情况？：磁通量发生变化的方式有哪些情况？ 4.4 法拉第电磁感应定 律 比较甲、乙两电路的异同比较甲、乙两电路的异同 乙乙 甲

2、甲 相同点：两电路都是闭合的，有电流相同点：两电路都是闭合的，有电流 不同点：甲中有电池（电源）不同点：甲中有电池（电源） 乙中有螺线管乙中有螺线管 （相当于电源）（相当于电源） 思思 考考 有电源就有电动势有电源就有电动势 I V 1.1.在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动 势。势。 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源产生感应电动势的那部分导体就相当于电源. . 只要磁通量变化，就产生感应电动势。只要磁通量变化，就产生感应电动势。 一一. .感应电动势感应电动势 2 2感应电动势与感应电流的关系：感应电动势与感应电流的关系： 有感应电动势不一定存

3、在感应电流（要看电路是否闭合）有感应电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭合） 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 I V 引：感应电动势的大小跟哪些因素有关？引：感应电动势的大小跟哪些因素有关？ a: 导线运动的速度越快,产生感应电流越大 b b：磁铁插入的速度越：磁铁插入的速度越快快，感应电流就越，感应电流就越大大 结论结论:感应电动势的大小跟感应电动势的大小跟快慢有关快慢有关 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，跟穿过这一电路的磁通量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。的变化率成正比。 1.1.内容内容

4、: : t E t nE 注意：公式中注意：公式中 取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另 行判断。物理量都取国际单位行判断。物理量都取国际单位 2.2.公式公式: : n n为线圈的匝数为线圈的匝数 表示磁通量变化的快慢表示磁通量变化的快慢 弄清：弄清：1 1、磁通量大，电动势一定大吗？、磁通量大，电动势一定大吗？ 2 2、磁通量变化大，电动势一定大吗？、磁通量变化大，电动势一定大吗？ 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

5、的磁通穿过回路的磁通 量量变化变化了多少了多少 产生产生感应电动势感应电动势 的的条件条件 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 决定决定感应电动势感应电动势 的的大小大小 3 3、理解、理解: :、 / / t t的意义的意义 a.a.磁感应强度磁感应强度B 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S S发生变化发生变化, ,S S S S2 2- -S S1 1, ,此时：此时： b.b.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 B B B2 2

6、- -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： t nE t SB nE t BS nE 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。 2 2、一个、一个100100匝的线圈，在匝的线圈，在0. 5s0. 5s内穿过它的磁通量从内穿过它的磁通量从0.01Wb0.01Wb增增 加到加到0.09Wb0.09Wb。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。 3 3、一个匝数为、一个匝数为100100、面积

7、为、面积为10cm10cm2 2的线圈垂直磁场放置，在的线圈垂直磁场放置，在0. 0. 5s5s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。 25V 16V 1.6V /10-2Wb t/s A B D 0 1 2 0.1 4 4、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。、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图所示，则：若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，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、

8、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时间内平均时间内平均 感应电动势为感应电动势为0.4V0.4V ABD 三、导体作切割磁感线运动三、导体作切割磁感线运动 导体导体abab处于匀强磁场中，磁感应强度处于匀强磁场中，磁感应强度 是是B B，长为，长为L L的导体棒的导体棒abab以速度以速度v v匀速切匀速切 割磁感线，求产生的感应电动势割磁感线，求产生的感应电动势 a a b b G G a a b b v v 分析：回路在时间分析：回路在时间 t t内增大的面积为：内增大的

9、面积为： S=LvS=Lv t t 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： =B=B S S t E =BLv=BLv t t t tBLv BLvE V V是相对于磁场的速度是相对于磁场的速度 1 1、B BV VV VL LL LB B 平均值或瞬时值平均值或瞬时值 L L应为有效长度应为有效长度 -两两垂直两两垂直 v v B B V1V1 =Vsin=Vsin V2V2 =Vcos=Vcos 3 3、若导体斜切磁感线、若导体斜切磁感线 sinBLvBLvE 1 （ 为为v v与与B B夹角）夹角） 若导线运动方向与导线本身垂直，但

10、跟磁感强度方向有夹角若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角 2 2、B BV V，E=0E=0 v v B B 5 5：如图，匀强磁场的磁感应电动势为：如图，匀强磁场的磁感应电动势为B B，长为，长为L L的金属棒的金属棒abab在在 垂直于垂直于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，求金属棒角，求金属棒abab产生的产生的 感应电动势。感应电动势。 a b v E=BLVsinE=BLVsin 6 6、水平面上有两根相距、水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行金属导轨的足够长的平行金属导轨MNMN和和PQPQ， 它们的电阻可忽略不计，在它

11、们的电阻可忽略不计，在M M和和 P P之间接有阻值为之间接有阻值为R R 3.03.0 的定值电阻，导体棒的定值电阻，导体棒abab长长0.5m0.5m，其电阻为，其电阻为r r 1.01.0 ，与，与 导轨接触良好导轨接触良好. .整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，B B 0.4T0.4T。现使。现使abab以以v v10m10ms s的速度向右做匀速运动。的速度向右做匀速运动。 （1 1）a ba b中的电流大中的电流大? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？ （2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力

12、多大？ （3 3）a ba b向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是多少？电路中产的过程中，外力做的功是多少？电路中产 生的热量是多少？生的热量是多少？ R R B B r r P P M M N N a a Q Q b b v v （1 1） 0.5A 1.5V0.5A 1.5V （2 2）0.1N0.1N （3 3）0.1J 0.1J0.1J 0.1J 7 7、如下图所示，长为、如下图所示，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，磁场的磁感应强度为匀速转动，磁场的磁感应强度为B B，求杆，求杆OAO

13、A两端两端 的电势差。的电势差。 A O A 2 2 1 LBE 四、对比两个公式四、对比两个公式 t nE sin BLvE 求平均感应电动势求平均感应电动势 t近于近于0时，时，E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势 求平均感应电动势求平均感应电动势,v是平均速度是平均速度 求瞬时感应电动势，求瞬时感应电动势，v是瞬时速度是瞬时速度 1 1、电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是、电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是 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线圈的转动？有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动

14、？ 电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流， 这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线 圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电 动机提供电能，电能转化为其它形式的能。动机提供电能，电能转化为其它形式的能。 五、反电动势五、反电动势 2、如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？、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？这时应采取什么措施？ 电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般电动机

15、停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般 都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应 立即切断电源，进行检查。立即切断电源，进行检查。 法拉第法拉第（1791179118761876）是）是 英国著名的物理学家、化学家。英国著名的物理学家、化学家。 他发现了电磁感应现象，提出他发现了电磁感应现象，提出 电场和磁场的概念。场的概念电场和磁场的概念。场的概念 对近代物理的发展的重大意义。对近代物理的发展的重大意义。 他家境贫寒，出身于铁匠他家境贫寒，出身于铁匠 家庭，未受过系统的正规教育，家庭，未受过系统的正规教育， 但却在众多领域

16、中作出惊人成但却在众多领域中作出惊人成 就，堪称刻苦勤奋、探索真理、就，堪称刻苦勤奋、探索真理、 不计个人名利的典范，对于青不计个人名利的典范，对于青 少年富有教育意义。少年富有教育意义。 1 1、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始终的单匝闭合线圈的磁通量始终 是每秒均匀减少是每秒均匀减少2Wb2Wb，则，则 （ ） A 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2v2v B 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2v2v C 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2A2A DD、线圈中的感应电流一

17、定是、线圈中的感应电流一定是2A2A 例与练例与练 t E V2 R E I A2 不变！不变！ 不变！不变！ 2 2、匝数为、匝数为n n200200的线圈回路总电阻的线圈回路总电阻R R5050，整个，整个 线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通 量量随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应 电流的大小。电流的大小。 例与练例与练 VV t 5 . 0 1 . 0 10. 015. 0 V t nE100 A R E I2 3 3、如图所示，用绝缘导线绕制的闭合线圈，共、如图所示，用绝缘导线绕

18、制的闭合线圈，共100100 匝，线圈总电阻为匝，线圈总电阻为R=0.5R=0.5，单匝线圈的面积为，单匝线圈的面积为 30cm30cm2 2。整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中，。整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中， 如果匀强磁场以如图所示变化，求线圈中感应电流的如果匀强磁场以如图所示变化，求线圈中感应电流的 大小。大小。 例与练例与练 STsT t B /005. 0/ 4 01. 003. 0 V t BS t 5 105 . 1 V t nE 3 105 . 1 A R E I 3 103 4 4、有一面积为、有一面积为S S100cm100cm2 2的金属环，电阻为的金属环，电阻

19、为R R 0.10.1，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直 环面向里，则在环面向里，则在t t1 1t t2 2时间内通过金属环某一截面的时间内通过金属环某一截面的 电荷量为多少？电荷量为多少？ 例与练例与练 t E R tIq WbBS001. 0 C R q01. 0 RtR E I 5 5、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，若线圈所、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，若线圈所 围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示（正弦图围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示（正弦图 象一部分），则（象一部分），则（ ） A.A.线圈中线圈中0 0时刻感应电动

20、势为时刻感应电动势为0 0 B.B.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 C.C.线圈中线圈中DD时刻感应电动势为时刻感应电动势为0 0 D.D.线圈中线圈中A A时刻感应电动势大于时刻感应电动势大于B B时刻感应电动势时刻感应电动势 例与练例与练 斜率表示斜率表示 的变化率的变化率 6 6、如图所示，电阻不计的裸导体、如图所示，电阻不计的裸导体ABAB与宽为与宽为60cm60cm的的 平行金属导轨良好接触，电阻平行金属导轨良好接触，电阻R R1 133， R R2 266， 整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强 度度B

21、 B0.5T0.5T。当。当ABAB向右以向右以V V5m/s5m/s的速度匀速滑动的速度匀速滑动 时，求流过电阻时，求流过电阻R R1 1、 R R2 2的电流大小。的电流大小。 例与练例与练 A A R2 V B B R1 VBLvE5 . 1 A R E I5 . 0 1 1 A R E I25. 0 2 2 7 7（思考题）如图所示，金属导轨上的导体棒（思考题）如图所示，金属导轨上的导体棒abab在匀在匀 强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，线圈强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，线圈c c中将有感中将有感 应电流产生（应电流产生（ ） A A向右做匀速运动向右做匀速运动 B B向左做匀速运动

22、向左做匀速运动 C C向右做减速运动向右做减速运动 DD向右做加速运动向右做加速运动 例与练例与练 变速变速 感应电动势 L v B 公式公式BLv中的中的L指的是切割磁感线的有指的是切割磁感线的有 效长度。在上图中效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁是圆弧切割磁 感线的有效长度。感线的有效长度。 备用备用 思考题思考题 求下面图示情况下，求下面图示情况下，a a、b b、c c三段三段 导体两端的感应电动势各为多大？导体两端的感应电动势各为多大？ 例：如图所示，一个例：如图所示，一个50匝的线圈的两端跟匝的线圈的两端跟R 99的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，的电阻相连接，置于竖

23、直向下的匀强磁场中， 线圈的横截面积是线圈的横截面积是202，电阻为，电阻为1，磁感应强度，磁感应强度 以以100Ts的变化率均匀减少。在这一过程中通过的变化率均匀减少。在这一过程中通过 电阻电阻R的电流为多大？的电流为多大？ B EnnS tt 4 50 100 20 1010V 10 0.1 99 1 E IA Rr 解析：解析： 两块水平放置的板间距为两块水平放置的板间距为d，用导线与一，用导线与一n 匝线圈连接，线圈置于方向竖直向上的匀强磁匝线圈连接，线圈置于方向竖直向上的匀强磁 场中，如图所示，两板间有一质量为场中，如图所示，两板间有一质量为m、带电、带电 量为量为q的油滴恰好静止，

24、则线圈中的磁通量的油滴恰好静止，则线圈中的磁通量 的变化率是多少？的变化率是多少？ （mgd/nq） 例：如图所示，裸金属线组成滑框，例：如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，可滑动， 其电阻为其电阻为r，长为，长为L，串接电阻，串接电阻R，匀强磁场为，匀强磁场为B，当，当 ab以以V向右匀速运动过程中，求：向右匀速运动过程中，求： （1）ab间感应电动势。间感应电动势。 （2）ab间的电压。间的电压。 （3）保证）保证ab匀速运动，所加外力匀速运动，所加外力F。 （4）在）在2秒的时间内，外力功；秒的时间内，外力功；ab生热生热Q；电阻；电阻 R上生热。上生热。 (1)EBLV (2) B

25、LVR U Rr 22 (3) B LV F Rr 222 2 (4) B LV W Rr 222 2 2 () B LV r Q Rr 222 2 2 () B LV R Q Rr A B C R O 例：如图所示，在磁感应强度为例：如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场 中，有半径为中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。的光滑半圆形导体框架。OC为一端为一端 绕绕O点在框架上滑动的导体棒，点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻之间连一个阻 值为值为R的电阻（其余电阻都不计），若使的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角以角 速度速度匀速转动。试求：匀速转动。试求： （1）图中哪部分相当于电源？）图中哪部分相当于电源？ （2）感应电动势）感应电动势E为多少？为多少？ （3）流过电阻）流过电阻R的电流的电流I为多少？为多少？