高中物理 第一章 电磁感应 3 法拉第电磁感应定律课件 教科版选修32.ppt

3法拉第电磁感应定律 第一章电磁感应 1 理解法拉第电磁感应定律的内容 数学表达式 2 会用e blvsin 和e n解决问题 目标定位 二 导体切割磁感线产生的感应电动势 三 e n及e blvsin 的对比应用 栏目索引 一 法拉第电磁感应定律 对点检测自查自纠 一 法拉第电磁感应定律 知识梳理 1 感应电动势由产生的电动势 叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 导体本身的电阻相当于 当电路断开时 填 有 或 无 感应电流 但 填 有 或 无 感应电动势 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的成正比 2 表达式 答案 电源内阻 电磁感应 电源 无 变化率 有 3 对感应电动势的理解 1 磁通量的变化常由b的变化或s的变化引起 当 仅由b的变化引起时 当 仅由s的变化引起时 2 计算的是 t时间内平均感应电动势 当 t 0时 的值才等于瞬时感应电动势 深度思考 1 感应电动势的大小与 或 的大小有没有关系 答案e的大小与 或 的大小没有关系 答案 2 与线圈匝数有关吗 感应电动势e与线圈匝数有关吗 答案 均与某一面积相联系 与线圈匝数无关 n匝线圈时相当于n个单匝线圈的串联 所以感应电动势e与线圈匝数有关 典例精析 例1一闭合圆形线圈放在匀强磁场中 线圈的轴线与磁场方向成30 角 磁感应强度随时间均匀变化 在下列方法中能使线圈中感应电流增加一倍的是 a 把线圈匝数增大一倍b 把线圈面积增大一倍c 把线圈半径增大一倍d 把线圈匝数减少到原来的一半 解析答案 解析设感应电流为i 电阻为r 匝数为n 线圈半径为r 线圈面积为s 导线横截面积为s 答案c 例2如图1甲所示的螺线管 匝数n 1500匝 横截面积s 20cm2 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 图1 解析磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的 则 1 b1s 2 b2s 2 1 所以 bs 6 2 20 10 4wb 8 10 3wb 答案8 10 3wb 1 2s内穿过螺线管的磁通量的变化量是多少 解析答案 2 磁通量的变化率多大 解析磁通量的变化率为 答案4 10 3wb s 3 螺线管中感应电动势的大小为多少 解析根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小 答案6v 解析答案 解题技巧 解题技巧 应用e n时应注意的三个问题 1 此公式适用于求平均感应电动势 2 计算电动势大小时 取绝对值不涉及正 负 3 图像的斜率 图像的斜率 针对训练如图2甲所示 一个圆形线圈的匝数n 1000 线圈面积s 200cm2 线圈的电阻r 1 线圈外接一个阻值r 4 的电阻 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中 磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示 求 1 前4s内的感应电动势 解析前4s内磁通量的变化 2 1 s b2 b1 200 10 4 0 4 0 2 wb 4 10 3wb由法拉第电磁感应定律得 图2 答案1v 解析答案 返回 解析答案 2 前5s内的感应电动势 解析前5s内磁通量的变化 2 1 s b2 b1 200 10 4 0 2 0 2 wb 0由法拉第电磁感应定律得 答案0 2 不垂直切割 导体的运动方向与导体本身垂直 但与磁感线方向夹角为 时 如图乙所示 则e blv1 blvsin 二 导体切割磁感线产生的感应电动势 答案 知识梳理 1 垂直切割 导体棒垂直于磁场运动 b l v两两垂直时 如图3甲所示 e 图3 blv 3 公式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 通常用来求导体做切割磁感线运动时的感应电动势 2 式中l应理解为导体切割磁感线时的有效长度 即导体在与v垂直方向上的投影长度 如图4甲中 感应电动势e blv 2brv b rv 半圆形导线做切割磁感线运动 在图乙中 感应电动势e blvsin blv 3 公式中的v应理解为导体和磁场间的相对速度 当导体不动而磁场运动时 同样有感应电动势产生 图4 答案 深度思考 导体棒的运动速度越大 产生的感应电动势越大吗 答案导体棒切割磁感线时 产生的感应电动势的大小与垂直磁感线的速度有关 而速度大 垂直磁感线方向的速度不一定大 所以 导体棒运动速度越大 产生的感应电动势不一定越大 典例精析 例3如图5所示 一金属弯杆处在磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 已知ab bc l 当它以速度v向右平动时 a c两点间的电势差为 a blvb blvsin c blvcos d blv 1 sin 解析答案 图5 总结提升 解析导体杆切割磁感线的有效长度为lsin 故b正确 b 返回 总结提升 在公式e blv中 l是指导体棒的有效切割长度 即导体棒在垂直于速度v方向上的投影长度 返回 三 e n及e blvsin 的对比应用 典型精析 例4在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 b 0 2t 有一水平放置的光滑框架 宽度为l 0 4m 如图6所示 框架上放置一质量为0 05kg 电阻为1 的金属杆cd 框架电阻不计 若cd杆以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速直线运动 则 1 在5s内平均感应电动势是多少 图6 解析答案 由 得 e 0 4v 故平均感应电动势e blv 0 4v 答案0 4v 2 第5s末 回路中的电流多大 解析第5s末 v at 10m s 此时感应电动势 e blv 答案0 8a 图6 解析答案 总结提升 返回 总结提升 e blv和e n本质上是统一的 前者是后者的一种特殊情况 但是 当导体做切割磁感线运动时 用e blv求e比较方便 当穿过电路的磁通量发生变化时 用e n求e比较方便 返回 1 对法拉第电磁感应定律的理解 关于感应电动势的大小 下列说法正确的是 a 穿过闭合电路的磁通量最大时 其感应电动势一定最大b 穿过闭合电路的磁通量为零时 其感应电动势一定为零c 穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时 其感应电动势一定为零d 穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时 其感应电动势一定不为零 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 解析磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系 故a b错误 d 当磁通量由不为零变为零时 闭合电路的磁通量一定改变 一定有感应电流产生 有感应电流就一定有感应电动势 故c错 d对 2 公式e n的应用 多选 如图7甲所示 线圈的匝数n 100匝 横截面积s 50cm2 线圈总电阻r 10 沿轴向有均匀变化的磁场 设图示磁场方向为正 磁场的磁感应强度随时间做如图乙所示规律变化 则在开始的0 1s内 a 磁通量的变化量为0 25wbb 磁通量的变化率为2 5 10 2wb sc a b间电压为0d 在a b间接一个理想电流表时 电流表的示数为0 25a 1 2 3 4 解析答案 图7 解析通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关 若设 2 b2s为正 则线圈中磁通量的变化量为 b2s b1s 代入数据得 0 1 0 4 50 10 4wb 2 5 10 3wb a错 1 2 3 4 答案bd 磁通量的变化率b正确 根据法拉第电磁感应定律可知 当a b间断开时 其间电压等于线圈产生的感应电动势 感应电动势大小为且恒定 c错 在a b间接一个理想电流表时相当于a b间接通而形成回路 回路总电阻即为线圈的总电阻 故感应电流大小d项正确 1 2 3 4 3 公式e n的应用 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变化的关系图像如图8所示 则 a 在t 0时刻 线圈中磁通量最大 感应电动势也最大b 在t 1 10 2s时刻 感应电动势最大c 在t 2 10 2s时刻 感应电动势为零d 在0 2 10 2s时间内 线圈中感应电动势的平均值为零 图8 解析答案 解析由法拉第电磁感应定律知e 故t 0及t 2 10 2s时刻 e 0 a错 c对 t 1 10 2s时e最大 b对 0 2 10 2s时间内 0 e 0 d错 1 2 3 4 答案bc 4 公式e blv的应用 如图9所示 空间