法拉第电磁感应定律-选修.ppt

4.4法拉第电磁感应定律 问题1：据前面所学，电路中存在持续 电流的条件是什么？ 问题2：什么叫电磁感应现象？产生感 应电流的条件是什么？ （1）闭合电路； （2）有电源 产生感应电流的条件是： （1）闭合电路；（2）磁通量变化。 利用磁场产生电流的现象 试从本质上比较甲、乙两 电路的异同 乙 甲 相同点：两电路都是闭合的，有电流 不同点：甲中有电池（电源） 乙中有螺线管 （相当于电源） 思考 有电源就有电动势 1.1.定义：在电磁感应现象中产生定义：在电磁感应现象中产生 的电动势叫感应电动势。的电动势叫感应电动势。 2 2、电源：产生感应电动势的那部、电源：产生感应电动势的那部 分导体或电路就相当于电源分导体或电路就相当于电源. 一一. .感应电动势感应电动势 磁通 量发 生变 化 感应电 动势 电路闭 合 感应 电流 电磁感 应本质 【问题1】感应电动势和感应电流之间存在 什么关系？ 感应 是感应 存在的必要条件 ， 有 不一定有 （要看 电路是否闭合）， 有 一定有 。 电动势电流 感应电动势感应电流 感应电流 感应电动势 2.几点说明： 不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁 通量 ，电路中就产生感应电动势 ，产生感应电动势是电磁感应现象的本质 磁通量 是电磁感应的根本原因。 若磁通量变化了，电路中就会产生感应电 动势，再若电路又是 的，电路中将会 有感应电流。 产生感应电流只不过是一个现象，它表 示电路中在输送着电能；而产生感应电动 势才是电磁感应现象的本质，它表示电路 已经具备了随时输出电能的能力。 发生变化 发生变化 闭合 思考与讨论： 感应电动势的大小跟哪感应电动势的大小跟哪 些因素有关？些因素有关？ 探究感应电动势大小与磁通量变化的关系 提出问题提出问题 既然闭合电路的磁通量发生 改变就能产生感应电动势，那么 感应电动势大小与磁通量的变化 是否有关呢？ P46图3.1-2实验中： 导线切割磁感线，导线 运动的速度越快、产生 的感应电流越大 P47图3.1-3实验中： 向线圈插入条形磁铁 ，插入的速度越快，产生 的感应电流就越大 感应电动势的大小跟磁通量变化 和所用时间t都有关. 也就是与磁通量变 化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用 磁通量的变化率表示/ t ） 结论 法拉第（法拉第（1791179118761876） 是英国著名的物理学家、是英国著名的物理学家、 化学家。他发现了电磁感化学家。他发现了电磁感 应现象，提出电场和磁场应现象，提出电场和磁场 的概念。场的概念对近代的概念。场的概念对近代 物理的发展的重大意义。物理的发展的重大意义。 他家境贫寒，出身于他家境贫寒，出身于 铁匠家庭，未受过系统的铁匠家庭，未受过系统的 正规教育，但却在众多领正规教育，但却在众多领 域中作出惊人成就，堪称域中作出惊人成就，堪称 刻苦勤奋、探索真理、不刻苦勤奋、探索真理、不 计个人名利的典范，对于计个人名利的典范，对于 青少年富有教育意义。青少年富有教育意义。 大量实验表明：大量实验表明： 1.内容：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 是法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律。 二、法拉第电磁感应定律 2.表达式 式中物理量都取国际单位: E伏特（V） 韦伯（Wb） t 秒（） 若闭合电路是一个n匝线圈，则相当于n个相 同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率 都相同，所以整个线圈的感应电动势为 实际工作中,为了获得较大的感应电动势,常 常采用几百匝甚至几千匝的线圈 注意：公式中应应取绝对值绝对值 ，不涉及 正负负。 问题：磁通量大，磁通量变化 一定大吗？磁通量变化大，磁 通量的变化率一定大吗？ 物理意义 与电磁感应关系 磁通量穿过回路的磁感 线的条数多少 无直接关系 磁通量变化穿过回路的磁通 量变化了多少 产生感应电动 势的条件 磁通量变化率 /t 穿过回路的磁通 量变化的快慢 决定感应电动 势的大小 3、理解:、/t的意义 问题：公式中E表示的是平 均感应电动势还是瞬时感 应电动势？ 1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路 面积S发生变化,SS2-S1,此时： 2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应 强度B发生变化,BB2-B1,此时： 4、应用:用公式 求E的二种 常见情况： （感生电动势） （动生电动势） 【课课堂练习练习 】 1、有一个50匝的线线圈，如果穿过过它的 磁通量的变变化率为为0.5Wb/s，求感应电应电 动势动势 。 2、一个100匝的线线圈，在0. 5s内穿过过 它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求 线线圈中的感应电动势应电动势 。 v B V1 V2 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) 注意： 2、导线的长度L应为有效长度 1、导线运动方向和磁感线平行时, E=0 3、速度v为平均值(瞬时值), E就为平均值(瞬时值) L v 为v与B夹角 三、导体切割磁感线时的感应电动势 问题：公式 与公式 的区别和联系？ (1) 求出的是平均感应电动势, E和某段时间或 某个过程对应求出的是瞬时感应电动势，E和某个 时刻或某个位置对应. (2)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。 v a bc d L 1、区别： (1)公式中的时间趋近于0时，则E为瞬 时感应电动势 (2)公式中v若代表平均速度，则E为平 均感应电动势。 2、联系： 问题：公式 与公式 的区别和联系？ 公式和公式是统一的. 四、反电动势 1、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,这个电动势叫反电动势. 2、作用：阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能.电 能转化为其它形式的能. 3、应用：电动机停止转动, 就没有反电动势,线圈 中电流会很大,电动机会烧毁,要立即切断电源,进 行检查. 如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00以角 速度作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从 金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 金属环 转过900角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大? 0 0 B 例与练3 在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2 线框绕中心轴00以角速度由图示位置逆时针方向转动。求: (1)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势 例与练4 B 0 0 a d c b /10-2Wb t/s A BD 0 1 2 0.1 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：( ) A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内 平 均感应电动势为0.4V ABD 例与练6 斜率表示的 变化率 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。 a b v E=BLVsin 例与练7 如图,长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀 强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁场 的磁感应强度为B,求杆OA两端的电势差. A O A 例与练9 关于电磁感应，下述说法中正确的是( ) A、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 B、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定 为零 C、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动 势越大 D、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势 越大 D 注意:感应电动势E与、 /t的关系 例与练11 如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻 R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T, 方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框 滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4