高中物理 1.4 法拉第电磁感应定律 课件 粤教版选修32.ppt

第四节法拉第电磁感应定律 课标定位 学习目标 1 理解感应电动势的概念 2 理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律 法拉第电磁感应定律 并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 3 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 重点难点 课前自主学案 一 感应电动势在 现象中产生的电动势叫做感应电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于 电磁感应 电源 思考感悟1 在电磁感应现象中 有感应电动势 就一定有感应电流 这句话对吗 为什么 提示 不对 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 有感应电动势不一定存在感应电流 要看电路是否闭合 有感应电流一定存在感应电动势 二 影响感应电动势大小的因素1 实验探究 1 猜想与假设 由于感应电流的产生与磁通量的变化有关 因此猜想感应电动势可能与 有关 同时还可能与完成磁通量变化所用 有关 磁通量的变化 时间 图1 4 1 2 方案设计 由于感应电动势可能与多个因素有关 因此应利用 法分别改变磁通量的大小和磁通量变化所用的时间 控制变量 3 实验探究 保证磁通量变化所用时间相同 分别将一根条形磁铁和两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管 比较灵敏电流计的指针偏转的角度 保证磁通量的变化相同 将一根条形磁铁快速或慢速插入螺线管 比较灵敏电流计的指针偏转的角度 4 实验现象 用两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管 比用一根时灵敏电流计的指针偏转的角度 将条形磁铁快速插入螺线管比慢速插入螺线管 灵敏电流计的指针偏转的角度 5 实验结论 感应电动势的大小与磁通量变化的 磁通量的变化率 有关 大 大 快慢 2 磁通量的变化率 1 定义 磁通量的 跟产生这个变化所用时间的比值 2 表达式 磁通量的变化率表示为 单位 3 物理意义 表示磁通量变化 的物理量 变化量 wb s 快慢 三 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 1 在国际单位制中 感应电动势e的单位是伏特 v 的单位是韦伯 wb t的单位是秒 s 公式为e 变化率 2 若闭合电路有n匝线圈 且穿过每匝线圈的磁通量变化率都 由于n匝线圈可以看做是由n个单匝线圈串联而成 因此 整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍 即e 相同 思考感悟3 闭合电路置于磁场中 电路所在平面与磁场方向垂直 那么 当磁感应强度很大时 感应电动势可能为零吗 当磁感应强度为零时 感应电动势可能很大吗 提示 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小 所以 以上两种情况均有可能 四 感应电动势的另一种表述1 磁场方向 导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时 如图1 4 2所示 e blv 图1 4 2 2 导体棒与磁场方向垂直 导体棒运动方向与导体本身垂直 但与磁场方向夹角为 时 如图1 4 3所示 e blvsin 图1 4 3 核心要点突破 一 的比较 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 下列说法正确的是 a 线圈中磁通量变化越大 线圈中产生的感应电动势一定越大b 线圈中磁通量越大 线圈中产生的感应电动势一定越大c 线圈处在磁场越强的位置 线圈中产生的感应电动势一定越大d 线圈中磁通量变化得越快 线圈中产生的感应电动势越大 图1 4 4 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图1 4 5所示 半径为r的金属圆环 其电阻为r 绕通过某直径的轴oo 以角速度 匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为b 从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时 求金属圆环由图示位置分别转过30 角和由30 角转到330 角的过程中 金属圆环中产生的感应电动势分别是多大 图1 4 5 三 公式e n与e blvsin 的对比理解 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 单选 如图1 4 6所示 空间内存在一竖直向上的匀强磁场 一金属棒ab垂直于磁场方向水平抛出 有关其感应电动势的大小和两端电势的高低 以下说法中正确的是 图1 4 6 a 运动过程中感应电动势的大小不变 a bb 运动过程中感应电动势的大小不变 a bd 由于速率不断增大 所以感应电动势变大 a b解析 选a 因为水平方向的速度没有改变 竖直方向的速度虽然在增大 但只有水平方向的速度能产生感应电动势 故运动过程中感应电动势的大小不变 又由右手定则可判断a端电势高 故a正确 四 电磁感应现象中的电路问题1 分析思路在电磁感应现象中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 若回路闭合 则产生感应电流 感应电流引起热效应等 所以电磁感应问题常与电路知识综合考查 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是 1 明确哪部分导体或电路产生感应电动势 该导体或电路就是电源 其他部分是外电路 2 用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小 用楞次定律确定感应电动势的方向 3 画等效电路图 分清内外电路 画出等效电路图是解决此类问题的关键 4 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路特点 电功率 电热等公式联立求解 特别提醒 1 求解电路问题首先要找出电源 确定内电路和外电路 解题时不能忽略内阻 2 求解电路中通过的电荷量 一定要用平均电动势和平均电流计算 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 如图1 4 7甲所示 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乙所示 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上的电流大小和方向 2 通过电阻r1上的电量q及电阻r1上产生的热量 图1 4 7 课堂互动讲练 单选 如图1 4 8所示 圆环a和b的半径之比r1 r2 2 1 且粗细相同 由同样材料的导线构成 连接两环的导线电阻不计 匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化 那么 当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中两种情况下 a b两点的电势差之比为 a 1 1b 2 1c 3 1d 4 1 思路点拨 解决本题应确定圆环a和b谁在磁场中 谁产生了感应电动势而作为电源 分清内外电路 以便利用闭合电路欧姆定律解决问题 图1 4 8 精讲精析 要求a b两点的电势差之比 实际是求题述两种情况下外电路电压之比 即 设b环的面积为s 由题可知a环的面积为4s 若b环的电阻为r 则a环的电阻为2r 当a环置于磁场中时 a环等效为内电路 b环等效为外电路 a b两端的电压为路端电压 根据法拉第电磁感应定律 答案 b 方法总结 1 感应电动势的方向 在内电路中 电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极 跟内电路的电流方向一致 产生感应电动势的那部分电路就是电源 用右手定则或楞次定律所判定的感应电流方向 就是电源内部的电流方向 所以此电流方向就是感应电动势的方向 判断出感应电动势方向后 进而可判定电路中各点电势的高低 2 感应电流的大小与e和回路总电阻 r r 有关 对于这一部分内容 要善于把它们和前面 恒定电流 的知识联系起来 找出相当于电源的内电路 画出含有内电路 外电路的等效电路图 把电磁感应问题转化为电路问题 如图1 4 9所示 有一半径为r的圆形匀强磁场区域 磁感应强度为b 一条足够长的直导线以速度v进入磁场 则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中 求 1 感应电动势的最大值为多少 2 在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何 3 从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感应电动势为多少 图1 4 9 精讲精析 1 由e blv可知 当导体切割磁感线的有效长度l最大时 e最大 又l最大为2r 所以感应电动势的最大值e 2brv 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 磁感应强度为b的匀强磁场中 如图1 4 10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 当棒以恒定速度v向右移动 经过圆心o时 求 金属棒上电流的大小及棒两端的电压 图1 4 10 思路点拨 首先要明确其等效电路 可知棒两端