高中物理 第4章 第4节 法拉第电磁感应定律课件 新人教版选修32.ppt

第四章电磁感应 同步导学方案 课后强化演练 第4节法拉第电磁感应定律 1 定义 当闭合电路中磁通量发生变化时 电路中产生感应电流 则必然有电动势 此电动势叫感应电动势 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 产生感应电动势部分的电路特点产生感应电动势的那部分电路相当于电源 属内电路 电流由电势较低处流向电势较高处 一般分两种情况 一种是部分导体在磁场中切割磁感线而成为电源 一种是导体围成的面积上有磁通量的变化 如磁感应强度变化或有效面积变化 而成为电源 4 感应电动势与感应电流的关系 1 电路中有感应电流时 一定有感应电动势 2 电路中有感应电动势时 不一定有感应电流 如图所示 当磁感应强度变化时 穿过线圈的磁通量发生变化 线圈中有感应电动势产生 但由于线圈是不闭合的 线圈中无感应电流 1 公式中各量的单位要用国际制单位 2 公式中 t均取绝对值 该公式只要求出大小就可以 不考虑正负 1 公式推导情景1 把矩形线框abcd放在磁感应强度为b的匀强磁场里 线框平面跟磁感线垂直 线框可动部分ab的长度是l 以速度v向右运动 推导过程 设在 t时间内可动部分由ab运动至a b 由法拉第电磁感应定律得 e t b s s lv t 由上述方程可以推出 e blv情景2 若导体运动方向跟导体本身垂直 但跟磁感线方向有一夹角 导体棒中感应电动势的大小又是多大 推导过程 分解v 平行b的速度分量v2 vcos 没有切割 无感应电动势 垂直b的速度分量v1 vsin 切割产生感应电动势e blvsin 结论 导体切割磁感线时 产生的感应电动势的大小 跟磁感应强度b 导线长度l 运动速度v以及运动方向和磁感应强度方向的夹角 的正弦sin 成正比 2 公式e blvsin 为速度方向和磁感应强度方向的夹角 1 当导体运动方向与磁场方向平行时 即 0时 e 0 不产生感应电动势 2 当导体运动方向与磁场方向垂直时 即 90 时 e blv 3 对e blvsin 的理解 1 该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论 通常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势 若v为平均速度 则e为平均电动势 2 当b l v三个量方向相互垂直时 e blv 当有任意两个量的方向平行时 e 0 3 式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度 如图所示 导体切割磁感线的情况应取与b和v垂直的等效直线长度 即ab的弦长 4 该式适用于导体平动时 即导体上各点的速度相等时 6 公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度 当导线不动而磁场运动时 也有电磁感应现象发生 1 反电动势的定义电动机转动时 线圈中也会产生感应电动势 这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用 我们把这个电动势称为反电动势 2 作用阻碍线圈的转动 3 能量转化过程正是由于反电动势的存在 才使线圈中的电流不会太大 起到保护电动机的作用 反电动势对线圈的阻碍作用 是能量的转化和守恒的具体体现 将电能转化为其他形式的能 1 如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动 这时没有了反电动势 电阻很小的线圈直接接在电源的两端 电流会很大 很容易烧毁电动机 2 当电动机所接电源电压比正常电压低很多时 此时电动机线圈也不转动 无反电动势产生 电动机也容易烧坏 1 分析思路 1 易错点一 不能正确分析感应电动势与感应电流方向的关系及内 外电路中电势的高低关系 在电磁感应现象中 电源内部的电流方向即为感应电动势的方向 内电路中电流由低电势流向高电势 而外电路中电流从高电势流向低电势 2 易错点二 应用欧姆定律分析求解电路时 忘记了等效电源内阻对电路的影响 3 易错点三 对连接在电路中电表的测量不能正确地分析 特别是并联在等效电源两端的电压表 它所测量的是路端电压 而不是等效电源的电动势 也不是电源内阻两端的电压 即u e u ir u ir e ir r为外电路总电阻 r为等效电源的内阻 一个匝数为200匝 面积为20cm2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 05s内由0 1t增加到0 5t 在此过程中磁通量变化了多少 磁通量的平均变化率是多少 线圈中感应电动势的大小是多少伏 答案 4 10 4wb8 10 3wb s1 6v 2013 合肥高二检测 图中a d所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象 关于回路中产生的感应电动势的下列论述 正确的是 a 图a中回路产生的感应电动势恒定不变b 图b中回路产生的感应电动势一直在变大c 图c中回路在0 t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势d 图d中回路产生的感应电动势先变小再变大 答案 d 如图所示 导体棒ab长l 沿倾角为 的斜导轨以速度v下滑 匀强磁场的磁感应强度为b 求 1 若磁感应强度b的方向垂直于斜导轨向上 导体棒ab中产生的感应电动势为多大 2 若磁感应强度b的方向竖直向上 导体棒ab中产生的感应电动势为多大 分析 1 第一种情况下b l v三者两两垂直 直接应用e blv求解 2 第二种情况下注意题目所给 是导轨的倾角 而非v与b之间的夹角 要注意进行转换 解析 将题给的立体图改画成平面图如图所示 1 当磁感应强度b的方向垂直于斜轨时 导体棒ab的速度方向与b是垂直的 即v与b的夹角 90 则可将感应电动势直接写为e1 blv 2 当磁感应强度b竖直向上时 此时v与b的夹角 90 我们可直接套用公式写出此时的感应电动势e2 blvsin 90 blvcos 也可从基本原理出发 将棒的速度v分解为垂直于b和平行于b的两个分量 只有垂直于b的速度分量v vcos 才对产生感应电动势有贡献 所以感应电动势e2 blv blvcos 答案 1 blv 2 blvcos 方法总结 1 导体不是垂直切割磁感线 即v与b有一夹角 时 可将导体的速度沿垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解 其中平行于磁感线的分速度不产生感应电动势 只有垂直于磁感线的分量产生感应电动势 2 公式e blvsin 中的 是v与b之间的夹角 当 90 时e blv 因此导体垂直切割磁感线可以看成是导体不垂直切割磁感线的一种特例 如图所示 mn pq为两条平行的水平放置的金属导轨 左端接有定值电阻r 金属棒ab斜放在两导轨之间 与导轨接触良好 磁感应强度为b的匀强磁场垂直于导轨平面 设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l 金属棒与导轨间夹角为60 以速度v水平向右匀速运动 不计导轨和棒的电阻 则流过金属棒中的电流为 如图所示 两个线圈套在同一个铁芯上 线圈的绕向在图中已经表示 左线圈连着平行导轨m和n 导轨电阻不计 在垂直导轨方向上放着金属棒ab 金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中 下列说法中正确的是 a 当金属棒向右匀速运动时 a点电势高于b点电势 c点电势高于d点电势b 当金属棒向右匀速运动时 b点电势高于a点电势 c点与d点为等电势点c 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点电势 c点电势高于d点电势d 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点电势 d点电势高于c点电势 分析 1 金属棒向右匀速运动时 ab中是否有电流产生 电流是变化的还是恒定的 穿过右线圈的磁通量是否变化 2 金属棒向右加速运动时 ab中产生的电流是否变化 穿过右线圈的磁通量发生怎样的变化 回路中的感应电流方向如何 解析 当金属棒向右匀速运动时 由右手定则判断电流方向为a b ab棒相当于电源 根据电流从电源正极流出沿外电路流回负极的特点 可判断b点电势高于a点电势 棒匀速切割磁感线 回路中产生的电流大小恒定 所以穿过右线圈的磁通量保持不变 右线圈与r组成的回路中无感应电流 c d两点电势相等 故选项b正确 对于电磁感应中电势高低的判断 关键在于能否用等效的观点分析问题 即寻找等效电源 然后结合电路的知识加以判断 答案 bd 方法总结 1 产生电动势的部分电路就是电源 2 用右手定则或楞次定律判定出这个 电源 的正 负极 3 运用直流电路知识判定各点电势的高低 如图所示为地磁场磁感线的示意图 在北半球地磁场的竖直分量向下 飞机在我国上空匀速巡航 机翼保持水平 飞行高度保持不变 由于地磁场的作用 金属机翼上有电势差 设飞行员左方机翼末端处的电势为 1 右方机翼末端处的电势为 2 则 a 若飞机从西往东飞 1比 2高b 若飞机从东往西飞 2比 1低c 若飞机从南往北飞 1比 2高d 若飞机从北往南飞 2比 1低解析 由右手定则可知机翼左端电势比右端电势高即 1 2 a c项正确 答案 ac 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环 水平固定在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 如图所示 一长度为2a 电阻等于r 粗细均匀的金属棒mn放在圆环上 它与圆环始终保持良好的接触 当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心o时 求 1 棒上电流的大小和方向及棒两端的电压umn 2 圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率 2013 桂林高二检测 如图 a 所示 一个电阻值为r 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连接成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图 b 所示 图线与横 纵轴的截距分别为t0和b0 导线的电阻不计 求0至t1时间内 1 通过电阻r1上的电流大小及方向 2 通过电阻r1上的电量q 1 2013 东台市高二检测 下列关于感应电动势大小的说法 正确的是 a 线圈中磁通量变化越大 产生的感应电动势一定越大b 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势一定越大c 线圈放在磁感应强度越强的地方 产生的感应电动势一定越大d 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 解析 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小正比于磁通量的变化率 变化率的意义就是变化的快慢 故选项d正确 答案 d 2 如图所示的情况中 金属导体中产生的感应电动势为blv的是 a 乙 丁b 甲 乙 丁c 甲 乙 丙 丁d 只有乙解析 公式e blv中的l应指导体的有效切割长度 甲 乙 丁中的有效长度均为l 电动势e blv 而丙有效长度为lsin 电动势e blvsin 故b项正确 答案 b 3 关于反电动势 下列说法中正确的是 a 只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势b 只要穿过线圈的磁通量变化 就产生反电动势c 电动机在转动时线圈内产生反电动势d 反电动势就是发电机产生的电动势解析 反电动势是与电源电动势相反的电动势 其作用是削弱电源的电动势 产生反电动势的前提是必须有电源存在 故正确答案为c 答案 c