高中物理 第4章 电磁感应 4 法拉第电磁感应定律同步备课课件 新人教版选修

第四章 电磁感应 4 法拉第电磁感应定律 学习目标 1.理解和掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感应定律定 量计算感应电动势的大小. 2.能够运用EBlv或EBlvsin 计算导体切割磁感线时的感应电动势 . 3.知道反电动势的定义和在生产中的应用. 内容索引 知识探究题型探究达标检测 知识探究 1 一、电磁感应定律 导学探究 回顾“探究感应电流的产生条件”中的三个实验 ，并回答下列问题： (1)如图1所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈 的实验中，快速插入和缓慢插入有什么相同和不 同？指针偏转程度相同吗？ 图1 磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同， 快速插入比缓慢插入时指针偏转程度大. 答案 (2)三个实验中哪些情况下指针偏转角度会大一些？ 指针偏转大小取决于什么？ 将条形磁铁插入线圈的实验中，条形磁铁快速插入 (或拔出)比缓慢插入(或拔出)时 的大，I大，E大， 指针偏转程度大. 导体棒切割磁感线运动实验中，导体棒运动越快， 越大，I越大，E越 大，指针偏转程度越大. 模仿法拉第的实验中，开关断开(或闭合)瞬间比开关闭合状态下移动滑 动变阻器的滑片时 大，I大，E大，指针偏转程度大. 指针偏转大小取决于 的大小. 答案 1.法拉第电磁感应定律 (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的 成正比. (2)表达式：E ，其中n是 . 2.对、与 的理解 (1)：可形象地用某时刻穿过某个面的磁感线的条数表示.BS，S是与 B垂直的投影面的面积. n 知识梳理 磁通量的变化率 线圈的匝数 (2)：某段时间内穿过某个面的磁通量的变化量，21，若只 是S变化则BS，若只是B变化，则BS. (3) ：穿过某个面的磁通量变化的快慢，若只是S变化则 B ， 若只是B变化则 S . 判断下列说法的正误. (1)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ) (2)线圈中磁通量的变化量越大，线圈中产生的感应电动势一定 越大.( ) (3)线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ) (4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大.( ) 即学即用 二、导线切割磁感线时的感应电动势 如图2所示，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B， ab的长度为l，ab以速度v匀速切割磁感线，利用法拉第电磁感应定律求 回路中产生的感应电动势. 导学探究 图2 答案 设在t时间内导体ab由原来的位置运动到a1b1，如图所示， 这时闭合电路面积的变化量为Slvt 穿过闭合电路磁通量的变化量为BSBlvt 根据法拉第电磁感应定律得E 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4所示 ，E . 导线切割磁感线时产生的感应电动势的大 小： (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂 直时，如图3所示，E . Blv 知识梳理 Blvsin 图3 图4 如图5所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 _. 即学即用 甲、乙、丁 三、反电动势 (1)电动机的线圈电阻为R，当它正常运转时，两端的电压为U，流过电 动机的电流为I，可以用I 来计算电动机线圈中的电流吗？为什么？ 导学探究 答案 不能.由于电动机正常工作时，线圈转动切割磁感线而产生一个反电动势 ，使线圈两端的电压减小，所以线圈中的电流I . (2)如果电动机机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？应采取什么 措施？ 答案 电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈的电阻一般很小，直接 连在电源的两端，线圈中电流会很大，电动机可能会被烧毁，这时应立 即切断电源，进行检查. 反电动势及作用： (1)电动机转动时，线圈中会产生 ，它的作用是 ， 要维持线圈原来的转动就必须向电动机提供电能. (2)若电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时就没有了 ，线圈中电流会 ，可能会 ，这时应立即 ，进行检查. 反电动势 知识梳理 阻碍线圈的转动 反电动势 很大把电动机烧毁切断电源 判断下列说法的正误. (1)电动机转动时，线圈中会产生反电动势，若断电后，线圈会由于反电 动势的存在而反向转动.( ) (2)当线圈减速转动时，也存在反电动势.( ) (3)随着科技的进步，也会使反电动势的作用变成线圈转动的动力.( ) 即学即用 2 题型探究 一、法拉第电磁感应定律的理解 1.感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率 和线圈的匝数n共 同决定，而与磁通量、磁通量的变化量的大小没有必然联系，和电 路的电阻R无关. 2.在t图象中，磁通量的变化率 是图象上某点切线的斜率. 例1 关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是 A.穿过线圈的磁通量最大时，所产生的感应电动势就一定最大 B.穿过线圈的磁通量的变化量增大时，所产生的感应电动势也增大 C.穿过线圈的磁通量等于0，所产生的感应电动势就一定为0 D.穿过线圈的磁通量的变化率 越大，所产生的感应电动势就越大 答案解析 根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率 成正比，与磁通量及磁通量的变化量没有必然联系.当磁通量 很大时，感应电动势可能很小，甚至为0.当磁通量等于0时，其变化率 可能很大，产生的感应电动势也会很大，而增大时， 可能减小.如 图所示， t1时刻，最大，但E0；0t1时间内增大，但 减小，E减小；t2 时刻，0，但 最大，E最大.故D正确. 二、En 的应用 1.En 一般用来求t时间内感应电动势的平均值，其中n为线圈匝数 ，取绝对值. 2.常见感应电动势的计算式： (1)线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化：En S.( 为Bt图象上 某点切线的斜率) (2)磁感应强度B不变，线圈面积S均匀变化：EnB . (3)磁感应强度B、垂直于磁场的回路面积S均发生变化：En . 例2 如图6甲所示的螺线管，匝数n1 500匝，横截面积S20 cm2，方 向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化. (1)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少？ 图6 答案解析 8103 Wb 磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的，则1B1S， 2B2S，21， 所以BS(62)20104 Wb8103 Wb (2)磁通量的变化率多大？ 答案 解析 4103 Wb/s 磁通量的变化率为 Wb/s4103 Wb/s (3)线圈中感应电动势的大小为多少？ 答案 解析 6 V 根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小 En 1 5004103 V6 V. 针对训练 (多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动， 穿过线圈的磁通量随时间t的关系图象如图7所示，则 答案解析 A.在t0时刻，线圈中磁通量最大，感 应电 动势也最大 B.在t1102 s时刻，感应电动势最大 C.在t2102 s时刻，感应电动势为零 D.在02102 s时间内，线圈中感应电 动 势的平均值为零 图7 由法拉第电磁感应定律知E ，故t0及t2102 s 时刻，E0， A错，C对； t1102 s时E最大，B对； 02102 s时间内，0，E0，D错. 三、EBlv的应用 例3 如图8所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以 MN为边界的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，MN与线框的边成 45角，E、F分别为PS和PQ的中点.关于线框中的感应电流 A.当E点经过边界MN时，感应电流最大 B.当P点经过边界MN时，感应电流最大 C.当F点经过边界MN时，感应电流最大 D.当Q点经过边界MN时，感应电流最大图8 答案解析 当P点经过边界MN时，有效切割长度最长，感应电动势最大，所以感应 电流最大. 导线切割磁感线产生的感应电动势EBlv，公式中l指有效切割长度，即 导线在与v垂直的方向上的投影长度. 规律总结 图9 (1)图9甲中的有效切割长度为：沿v1方向运动时，l sin ；沿v2方向运 动时，l . (2)图乙中的有效切割长度为：沿v1方向运动时，l2R；沿v2方向运动时 ，l0. (3)图丙中的有效切割长度为：沿v1方向运动时，l R；沿v2方向运动 时，lR. 达标检测 3 1.穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb，则 A.线圈中感应电动势每秒增加2 V B.线圈中感应电动势每秒减少2 V C.线圈中感应电动势始终为2 V D.线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小 于2 V 答案解析 1234 由En 知： 恒定，n1，所以E2 V. 2.如图10所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒 与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和 磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感 应电动势大小为，将此棒弯成两段长度相等且 相互垂直的折线，置于与磁感应强度相互垂直 的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向 1234 答案解析 图10 以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为.则 等于 1234 设折弯前金属棒切割磁感线的长度为L，BLv；折弯后，金属棒切割 磁感线的有效长度为l ，故产生的感应电动势为 A.越来越大 B.越来越小 C.保持不变 D.无法确定 3.如图11所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一个水 平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整 个过程中不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生 的感应电动势大小将 答案解析 金属棒做平抛运动，水平速度不变，且水平速