2016-2017学年高中物理 第1章 电磁感应 第4节 法拉第电磁感应定律课件 粤教版选修3-2

第四 节 法拉第 电 磁感 应 定律 1如下 图 所示，当磁 铁 突然向 铜环 运 动时 ， 铜环 的运 动 情 况是 ( ) A向右 摆动 B向左 摆动 C静止不 动 D不能判定 【 答案 】 A 课 前 自主学 习 2 闭 合 线 圈 abcd运 动 到如 图 所示的位置 时 ， bc边 所受到的 磁 场 力的方向向下，那么 线 圈的运 动 情况是 ( ) A向左平 动进 入磁 场 B向右平 动 离开磁 场 C向上平 动 D向下平 动 【 答案 】 A 3如下 图 所示， AB为 固定的通 电 直 导线 ， 闭 合 导线 框 P与 AB在同一平面内，当 P远 离 AB运 动时 ， 导 体框中 产 生的感 应 电 流的情况是 ( ) A 电 流的方向是 顺时针 方向 B 电 流的方向是逆 时针 方向 C没有感 应电 流 产 生 D以上 说 法都不 对 【 答案 】 A 【 解析 】 线 圈的磁 场 方向指向 纸 里面，向右 则 运 动 磁通量减少， 由感 应电 流阻碍磁通量的 变 化 (楞次定律 )可知，感 应 磁 场 方向 也指向 纸 里面，再由右手螺旋定 则 可知，感 应电 流 为顺时针 方向 一、感应电动势 1感 应电动势 ：在 _中 产 生的 电动势 产 生感 应电动势 的那部分 导 体相当于 _ 2感 应电动势 和感 应电 流关系 (1)产 生 电 磁感 应现 象 时 ， 闭 合 电 路中有 _，有 _； 电 路断开 时 ，没有 _，有 _ (2)感 应电动势 的 产 生与 电 路是否 闭 合、 电 路如何 组 成 _，感 应电动势 比感 应电 流更能反映 电 磁感 应现 象的本 质 电 磁感 应现 象 电 源 感 应电 流 感 应电动势 感 应电 流 感 应电动势 无关 二、法拉第电磁感应定律 1内容： 电 路中感 应电动势 的大小，跟穿 过这 一 电 路的 _成正比 3 单 位： 的 单 位是 _， t的 单 位是秒 (s)， E的 单 位是 _ 磁通量的 变 化率 线 圈的匝数 磁通量的 变 化量 磁通量的 变 化率 韦 伯 (Wb) 伏特 (V) 4 电 磁感 应现 象的本 质 ：在 电 磁感 应现 象里，一定 产 生 _，不一定 产 生 _是否 产 生 _才是 电 磁感 应现 象的本 质 感 应电动势 感 应电 流 感 应电动势 穿 过 某 电 路的磁通量的 变 化量越大， 产 生的感 应电动势 就越 大 吗 ？ 【 答案 】 不一定，感 应电动势 的大小取决于穿 过电 路的磁通量的 变 化率而不是 变 化量，即感 应电动势 的大小由磁通量的 变 化 量和 发 生 这 个 变 化所用的 时间这 两个因素共同决定 三、导体切割磁感线时的感应电动势 1 导 体棒垂直于磁 场 运 动 ， B、 L、 v两两垂直 时 ，如 图 甲所 示， E _. 甲 乙 BLv 2 导线 的运 动 方向与 导线 本身垂直，但与磁感 线 方向 夹 角 为 时 ，如 图 乙所示， E _.BLvsin 如何根据法拉第 电 磁感 应 定律来解 释 “点燃智慧火花 ”栏 目中 风 速 测 量 仪 的工作原理 【 答案 】 风 速 测 量 仪 内部有一个磁体，磁体内部放置一个和 电 流 表相 连 的 线 圈，当 风 速增大 时 ， 线 圈中磁通量的 变 化率增大 ， 产 生的感 应电 流增大，从而在 仪 表上 显 示出来的数 值 (风 速 值 )增大 课 堂 优 化整合 物理量 单 位 物理意 义 公式 磁通量 Wb 表示某 时 刻或某位置 时 穿 过 某一面 积 的磁感 线 条数的 多少 BS 磁通量的 变 化量 Wb 表示在某一 过 程中穿 过 某一 面 积 的磁通量 变 化的多少 2 1 磁通量的 变 化率 Wb/s 表示穿 过 某一面 积 的磁通量 变 化的快慢 一个 200匝、面 积为 20 cm2的 线 圈，放在磁 场 中，磁 场 的方向与 线 圈平面成 30角，若磁感 应 强 度在 0.05 s 内由 0.1 T增加到 0.5 T，在此 过 程中穿 过线 圈的磁通量的 变 化 量是 _Wb；磁通量的平均 变 化率是 _Wb/s； 线 圈中的感 应电动势 的大小是 _V. 解析： 磁通量的 变 化量是由磁 场 的 变 化引起的， 应该 用公式 BSsin 来 计 算，所以 BSsin (0.5 0.1)2010 40.5 Wb 410 4 Wb. 例 1 答案： 410 4 810 3 1.6 1将 闭 合多匝 线 圈置于 仅 随 时间变 化的磁 场 中， 线 圈平面 与磁 场 方向垂直，关于 线 圈中 产 生的感 应电动势 和感 应电 流 ，下列表述正确的是 ( ) A感 应电动势 的大小与 线 圈的匝数无关 B穿 过线 圈的磁通量越大，感 应电动势 越大 C穿 过线 圈的磁通量 变 化越快，感 应电动势 越大 D感 应电 流 产 生的磁 场 方向与原磁 场 方向始 终 相同 【 答案 】 C 1感 应电动势 (1)定 义 ：在 电 磁感 应现 象中 产 生的 电动势 叫做感 应电动势 产 生感 应电动势 的那部分 导 体相当于 电 源 (2)产 生条件：不管 电 路是否 闭 合，只要穿 过电 路的磁通量 发 生 变 化， 电 路中就会 产 生感 应电动势 (3)方向判断：可用楞次定律或右手定 则 判断感 应电动势 的方 向 正确理解法拉第电磁感应定律 对 于由于磁 场变 化 产 生的 电 磁感 应现 象，可用楞次定律判 断 产 生感 应电动势 的那部分 导 体中感 应电 流的方向 (若 电 路 断开，可假 设 将 电 路 闭 合 )，感 应电 流的方向就是 该 部分 导 体 中感 应电动势 的方向 对 于由于 导 体切割磁感 线产 生的 电 磁感 应现 象，可用右手 定 则 判断做切割运 动 的 导 体中感 应电动势 的方向，四指所指 的方向就是感 应电动势 的方向 例 2 (1)导线 中感 应电 流的大小； (2)磁 场对 方框作用力的大小随 时间 的 变 化率 解析： 根据法拉第 电 磁感 应 定律可求出 线 框中 产 生的感 应电动 势 ，再根据 电 阻定律可求出 线 框的 电 阻，最后根据 闭 合 电 路 欧姆定律即可求出 导线 中 电 流的大小 (1)线 框中 产 生的感 应电动势 2一矩形 线 圈 abcd位于一随 时间变 化的匀 强 磁 场 内，磁 场 方向垂直 线 圈所在的平面向里 (如 图 甲所示 )，磁感 应 强 度 B随 时间 t变 化的 规 律如 图 乙所示以 I表示 线 圈中的感 应电 流 (图 甲中 线 圈上箭 头 方向 为电 流的正方向 )， 则选项 中能正确表示 线 圈中 电 流 I随 时间 t变 化 规 律的是 ( ) A B C D 【 答案 】 C 【 解析 】 0 1 s内磁感 应 强 度均匀增大，根据楞次定律和法拉第 电 磁感 应 定律可判定，感 应电 流 为 逆 时针 (为负值 )、大小 为 定 值 ， A、 B错误 ； 4 5 s内磁感 应 强 度恒定，穿 过线 圈 abcd 的磁通量不 变 化，无感 应电 流， D错误 2式中的 L应 理解 为导线 切割磁感 线时 的有效 长 度，如果 导 线 不和磁 场 垂直， L应 是 导线 在磁 场 垂直方向投影的 长 度， 式中 vsin 表示 导 体切割磁感 线时 ，速度在垂直于磁感 应 强 度方向的分量 3 E BLvsin 适用于匀 强 磁 场 中 导 体切割磁感 线时 感 应电 动势 的 计 算通常用于 计 算某个 时 刻或某个位置感 应电动势 的瞬 时值 4列表 对 比 比 较 E n E BLvsin 区 别 一般求的是 t的 时间 内的平 均感 应电动势 ， E与某段 时间 或某个 过 程相 对应 一般求的是瞬 时电动势 ， E与某个 时 刻或某个 位置相 对应 求的是整个回路的感 应电动 势 ，整个回路的感 应电动 势为 零 时 ，其回路中某段 导 体的感 应电动势 不一定 为 零 求的是回路中一部分 导 体切割磁感 线时产 生 的感 应电动势 比 较 E n E BLvsin 区 别 由于求的是整个 回路的感 应 电动势 ，因 此相当于 电 源的部分不容 易确定 由于是一部分 导 体切割磁感 线 的运 动产 生的， 该 部分 导 体相当于 电 源 联 系 公式 E n和 E BLvsin 是 统 一的，当 t 0时 ， E为 瞬 时 感 应电动势 ，只是 由于高中知 识 有限， 现 在 还 不能 够 用 该 方法求瞬 时 感 应电动势 ，而公式 E BLvsin 中的速度如果是平均速度， 则 求出的感 应电动势为 平均感 应电动 势 . 如下 图 所示， 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， 求 ab两端的 电势 差 例 3 3 (多 选 )(2016浙江 乐 成月考 )如 图 ，一 导线 弯成半径 为 a的 半 圆 形 闭 合回路，虚 线 MN右 侧 有磁感 应 强 度 为 B的匀 强 磁 场 ，方向垂直于回路所在的平面回路以速度 v向右匀速 进 入磁 场 ，直径 CD始 终 与 MN垂直从 D点到达 边 界开始到 C点 进 入 磁 场为 止，下列 结论 正确的是 ( ) 【 答案 】 ACD 【 解析 】 在 闭 合 电 路 进 入磁 场 的 过 程中，通 过闭 合 电 路的磁通量 逐 渐 增大，磁 场 方向向里，根据楞次定律可知感 应电 流的方 向始 终为 逆 时针 方向，保持不 变 ，故 A正确；由于 CD段 导线 与磁 场 垂直，必定受到安培力作用，根据左手定 则 判断得知， CD段受安培力向下，故 B错误 ； 1模型特点 “杆 导轨 ”模型是 电 磁感 应问题 高考命 题 的 “基本道具 ”，也 是高考的 热 点 “杆 导轨 ”模型 问题 的物理情境 变 化空 间 大，涉及的知 识 点 多，如力学 问题 、 电 路 问题 、磁 场问题 及能量 问题 等，常用 的 规 律有法拉第 电 磁感 应 定律、楞次定律、右手定 则 、左手 定 则 、欧姆定律及力学中的运 动规 律、 动 能定理、功能关系 、能的 转 化和守恒定律等 电磁感应中常见的 “杆导轨 ”模型 2模型分 类 模型一 单 杆水平式 物理 模型 匀 强 磁 场 与 导轨 垂直，磁感 应 强 度 为 B，棒 ab长为 L， 质 量 为 m，初速度 为 零，拉力 恒 为 F，水平 导轨 光滑，除 电 阻 R外，其 他 电 阻不 计 模型二 单 杆 倾 斜式 物理 模型 匀 强 磁 场 与 导轨 垂直，磁感 应 强 度 为 B， 导 轨间 距 L， 导 体棒 质 量 m， 电 阻 R， 导轨 光滑， 电 阻不 计 (如 图 ) 如 图 所示，水平的平行光滑 导轨 ， 导轨间 距离 为 L 1 m，左端接有定 值电 阻 R 2 .金属棒 PQ与 导轨 良好 接触， PQ的 电 阻 为 r 0.5 ， 导轨电 阻不 计 ，整个装置 处 于 磁感 应 强 度 为 B 1 T的匀 强 磁 场 中， 现 使 PQ在水平向右的恒 力 F 2 N作用下运 动 ，求： 例 4 (1)棒 PQ中感 应电 流的方向； (2)棒 PQ中哪端 电势 高； (3)棒 PQ所受安培力方向； (4)棒 PQ的最大速度 解析： PQ在恒力 F作用下运 动 ， 产 生感 应电 流，因而受安培力， 随着速度的增大，安培力也增大，当安培力大小与恒力 F相等 时 ， PQ将做匀速运 动 ，速度达到最大 (1)由右手定 则 知感 应电 流方向 为 Q P. (2)PQ运 动产 生感 应电动势 ，相当于 电 源，因 电 源内部 电 流 由低 电势 流向高 电势 ，所以 P端 电势 高于 Q端 电势 (3)因棒中 电 流由 Q P，由左手定 则 知棒所受安培力方向向左 答案： (1)Q P (2)P端 (3)向左 (4)5 m/s 4如 图 所示，两足 够长 的光滑金属