2019-2020学年高中物理 第1章 电磁感应 第4节 法拉第电磁感应定律课件 粤教版选修3-2

第四节法拉第电磁感应定律 1 如下图所示 当磁铁突然向铜环运动时 铜环的运动情况是 a 向右摆动b 向左摆动c 静止不动d 不能判定 答案 a 课前 自主学习 2 闭合线圈abcd运动到如图所示的位置时 bc边所受到的磁场力的方向向下 那么线圈的运动情况是 a 向左平动进入磁场b 向右平动离开磁场c 向上平动d 向下平动 答案 a 3 如下图所示 ab为固定的通电直导线 闭合导线框p与ab在同一平面内 当p远离ab运动时 导体框中产生的感应电流的情况是 a 电流的方向是顺时针方向b 电流的方向是逆时针方向c 没有感应电流产生d 以上说法都不对 答案 a 解析 线圈的磁场方向指向纸里面 向右则运动磁通量减少 由感应电流阻碍磁通量的变化 楞次定律 可知 感应磁场方向也指向纸里面 再由右手螺旋定则可知 感应电流为顺时针方向 一 感应电动势1 感应电动势 在 中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 2 感应电动势和感应电流关系 1 产生电磁感应现象时 闭合电路中有 有 电路断开时 没有 有 2 感应电动势的产生与电路是否闭合 电路如何组成 感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质 电磁感应现象 电源 感应电流 感应电动势 感应电流 感应电动势 无关 二 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 成正比 3 单位 的单位是 t的单位是秒 s e的单位是 磁通量的变化率 线圈的匝数 磁通量的变化量 磁通量的变化率 韦伯 wb 伏特 v 4 电磁感应现象的本质 在电磁感应现象里 一定产生 不一定产生 是否产生 才是电磁感应现象的本质 感应电动势 感应电流 感应电动势 穿过某电路的磁通量的变化量越大 产生的感应电动势就越大吗 答案 不一定 感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率而不是变化量 即感应电动势的大小由磁通量的变化量和发生这个变化所用的时间这两个因素共同决定 三 导体切割磁感线时的感应电动势1 导体棒垂直于磁场运动 b l v两两垂直时 如图甲所示 e 甲乙 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 如图乙所示 e blvsin 如何根据法拉第电磁感应定律来解释 点燃智慧火花 栏目中风速测量仪的工作原理 答案 风速测量仪内部有一个磁体 磁体内部放置一个和电流表相连的线圈 当风速增大时 线圈中磁通量的变化率增大 产生的感应电流增大 从而在仪表上显示出来的数值 风速值 增大 课堂 优化整合 一个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 在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是 wb 磁通量的平均变化率是 wb s 线圈中的感应电动势的大小是 v 解析 磁通量的变化量是由磁场的变化引起的 应该用公式 bssin 来计算 所以 bssin 0 5 0 1 20 10 4 0 5wb 4 10 4wb 例1 答案 4 10 48 10 31 6 1 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流 下列表述正确的是 a 感应电动势的大小与线圈的匝数无关b 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大c 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大d 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案 c 1 感应电动势 1 定义 在电磁感应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相当于电源 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 方向判断 可用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向 正确理解法拉第电磁感应定律 对于由于磁场变化产生的电磁感应现象 可用楞次定律判断产生感应电动势的那部分导体中感应电流的方向 若电路断开 可假设将电路闭合 感应电流的方向就是该部分导体中感应电动势的方向 对于由于导体切割磁感线产生的电磁感应现象 可用右手定则判断做切割运动的导体中感应电动势的方向 四指所指的方向就是感应电动势的方向 例2 1 导线中感应电流的大小 2 磁场对方框作用力的大小随时间的变化率 解析 根据法拉第电磁感应定律可求出线框中产生的感应电动势 再根据电阻定律可求出线框的电阻 最后根据闭合电路欧姆定律即可求出导线中电流的大小 1 线框中产生的感应电动势 2 2019 海淀期末 如图甲所示 矩形导线框abcd固定在匀强磁场中 磁感线垂直于线框所在平面向里 磁感应强度b随时间t变化的规律如图乙所示 规定垂直于线框所在平面向里为磁场的正方向 线框中沿着abcda方向为感应电流i的正方向 则在线框中产生的感应电流随时间变化的关系可能为下图中的 答案 a 解析 线圈中磁通量的变化率不变 由法拉第电磁感应定律可知 线圈内产生的感应电动势不变 所以感应电流的大小不变 由图可知 0 2t0内 线圈中磁通量的变化率相同 故0 2t0时间内电流的方向相同 由楞次定律可知 电路中电流方向为顺时针 即电流为abcda方向 与正方向相同 故a正确 b c d错误 2 式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度 如果导线不和磁场垂直 l应是导线在磁场垂直方向投影的长度 式中vsin 表示导体切割磁感线时 速度在垂直于磁感应强度方向的分量 3 e blvsin 适用于匀强磁场中导体切割磁感线时感应电动势的计算 通常用于计算某个时刻或某个位置感应电动势的瞬时值 4 列表对比 如下图所示 长为l的金属棒ab 绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁感应强度为b 求ab两端的电势差 例3 3 多选 2016 浙江乐成月考 如图 一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 答案 acd 解析 在闭合电路进入磁场的过程中 通过闭合电路的磁通量逐渐增大 磁场方向向里 根据楞次定律可知感应电流的方向始终为逆时针方向 保持不变 故a正确 由于cd段导线与磁场垂直 必定受到安培力作用 根据左手定则判断得知 cd段受安培力向下 故b错误 1 模型特点 杆 导轨 模型是电磁感应问题高考命题的 基本道具 也是高考的热点 杆 导轨 模型问题的物理情境变化空间大 涉及的知识点多 如力学问题 电路问题 磁场问题及能量问题等 常用的规律有法拉第电磁感应定律 楞次定律 右手定则 左手定则 欧姆定律及力学中的运动规律 动能定理 功能关系 能的转化和守恒定律等 电磁感应中常见的 杆 导轨 模型 2 模型分类模型一单杆水平式 模型二单杆倾斜式 如图所示 水平的平行光滑导轨 导轨间距离为l 1m 左端接有定值电阻r 2 金属棒pq与导轨良好接触 pq的电阻为r 0 5 导轨电阻不计 整个装置处于磁感应强度为b 1t的匀强磁场中 现使pq在水平向右的恒力f 2n作用下运动 求 例4 1 棒pq中感应电流的方向 2 棒pq中哪端电势高 3 棒pq所受安培力方向 4 棒pq的最大速度 解析 pq在恒力f作用下运动 产生感应电流 因而受安培力 随着速度的增大 安培力也增大 当安培力大小与恒力f相等时 pq将做匀速运动 速度达到最大 1 由右手定则知感应电流方向为q p 2 pq运动产生感应电动势 相当于电源 因电源内部电流由低电势流向高电势 所以p端电势高于q端电势 3 因棒中电流由q p 由左手定则知棒所受安培力方向向左 答案 1 q p 2 p端 3 向左 4 5m s 4 如图所示 两足够长的光滑金属导轨竖直放置 相距为l