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32.ppt

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e blv或e blvsin 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 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 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 2 1 若只是s变化则 b s 若只是b变化 则 b s 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 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 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 s lv t穿过闭合电路磁通量的变化量为 b s blv t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 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 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 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 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 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0d 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e 0 0 t1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 e n的应用 1 e n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 e n s 为b t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 e nb 3 磁感应强度b 垂直于磁场的回路面积s均发生变化 e n 例2如图6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 1 2s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少 图6 答案 解析 8 10 3wb 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 2 磁通量的变化率多大 答案 解析 4 10 3wb s 磁通量的变化率为 wb s 4 10 3wb s 3 线圈中感应电动势的大小为多少 答案 解析 6v 根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小e n 1500 4 10 3v 6v 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7 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 三 e blv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e blv 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 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 l 2r 沿v2方向运动时 l 0 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 l r 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2wb 则a 线圈中感应电动势每秒增加2vb 线圈中感应电动势每秒减少2vc 线圈中感应电动势始终为2vd 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2v 答案 解析 1 2 3 4 由e n知 恒定 n 1 所以e 2v 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 1 2 3 4 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 1 2 3 4 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 且水平速度即为金属棒