人教版选修32 4.4 法拉第电磁感应定律 课件（27张).ppt

法拉第 1791 1876 是英国著名的物理学家 化学家 是他发现了电磁感应现象 提出了电场和磁场的概念 这个概念的提出对近代物理的发展的重大意义 他家境贫寒 出身于铁匠家庭 没有受到过系统的正规教育 但却在众多领域中作出了惊人成就 堪称位刻苦勤奋 探索真理以及不计个人名利的典范 第四节法拉第电磁感应定律 回顾感应电流产生的条件 1 闭合回路2 磁通量发生变化 回忆电路中有电流的条件 1 闭合回路2 电源提供电动势 那电磁感应现象中的电源在哪儿 电动势又为多少呢 一 感应电动势 1 在电磁感应现象中产生的电动势称感应电动势2 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 3 产生感应电动势的条件 回路中的磁通量发生变化 4 感应电动势与感应电流 感应电动势是形成感应电流的必要条件 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 影响感应电动势大小的因素 既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势 那么感应电动势是否与磁通量的变化有关呢 感应电动势e的大小与磁通量的变化量 和完成磁通量变化所用的时间 t有关 1 提出问题 2 猜想与假设 设计实验 控制变量法 进行实验 实验结论 感应电电势大小与磁通量变化的快慢有关 二 法拉第电磁感应定律 注 物理学中多数定律的得出 并不一定是直接归纳的结果 而是在分析了很多间接地实验事实后被 悟 出来的 并且定律的正确往往也是由它的推论的正确性来证实的 在法拉第 纽曼 韦伯等人工作的基础上 人们认识到 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变化率成正比 这就是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变化率 t成正比 2 数学表达式 国际单位时k 1 问题 若闭合电路是n匝线圈 且穿过每匝线圈的磁通量相同 e 若有n匝线圈 则相当于有n个电源串联 总电动势为 注意 公式中 应取绝对值 不涉及正负 练习 二 法拉第电磁感应定律 磁通量的变化率和磁通量 磁通量的变化不同 磁通量为零 磁通量的变化率不一定为零 磁通量的变化大 磁通量的变化率也不一定大 磁通量 磁通量的变化 磁通量的变化率 概念的比较 可以类比速度 速度的变化和加速度 1 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 线圈中的磁通量越大 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 d 2 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 转轴垂直于磁场 若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示 则 a 线圈中0时刻感应电动势最大b 线圈中d时刻感应电动势为零c 线圈中d时刻感应电动势最大d 线圈中0到d时间内平均感应电动势为0 4v abd 例 如图所示 一个50匝的线圈的两端跟r 99 的电阻相连接 置于竖直向下的匀强磁场中 线圈的横截面积是20 2 电阻为1 磁感应强度以100t s的变化率均匀减少 在这一过程中通过电阻r的电流为多大 解析 练习题 1 有一面积为s 100cm2的金属环 电阻为r 0 1 环中磁场变化规律如图所示 磁场方向垂直环面向里 则在t1 t2时间内金属环中产生的感应电动势 通过金属环的电流 通过金属环的电荷量为 0 01v 0 01c 0 1a 例题1 如图 磁感应强度b 导体棒长度l以速度v匀速向右移动一段时间 t 求其产生的感应电动势e 解 由法拉第电磁感应定律得 三 感应电动势的另一种表述 e blv 两两垂直 1 导线切割磁感线时的电动势 2 当 与 不垂直时 为运动方向和磁感线方向的夹角 v b 例 如图 匀强磁场的磁感应电动势为b 长为l的金属棒ab在垂直于b的平面内运动 速度v与l成 角 求金属棒ab产生的感应电动势 e bl vsin e b lsin v 有效长度 导线在垂直速度方向上的投影长度 练习 半径为r的半圆形导线在匀强磁场b中 以速度v向右匀速运动时 e e b 2r v 有效长度 弯曲导线在垂直速度方向上的投影长度 练1 2 如图所示 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 a 感应电流方向不变b cd段直导线始终不受安培力c 感应电动势最大值em bavd 感应电动势平均值 bav 答案 acd 例2 如图所示 金属杆ab可在平行金属导轨上滑动 金属杆电阻r0 0 5 长为l 0 3m 导轨一端串接一电阻r 1 匀强磁场磁感应强度b 2t 在ab以v 5m s向右匀速运动的过程中 求 1 ab间感应电动势e和ab间的电压u 2 金属杆上所加沿导轨平面的水平外力f的大小 3 在2s时间内电阻r上产生的热量q 答案 1 3v2v 2 1 2n 3 8j 1 如图所示 让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2 下述说法中正确的是 a 在线圈进入匀强磁场区域的过程中 线圈中有感应电流 而且进入时的速度越大 感应电流越大 b 整个线圈在匀强磁场中匀速运动时 线圈中有感应电流 而且电流是恒定的 c 整个线圈在匀强磁场中加速运动时 线圈中有感应电流 而且电流越来越大 d 在线圈穿出匀强磁场区域的过程中 线圈中有感应电流 而且穿出时的速度越大 感应电流越大 2 空间有一个水平向里的有界匀强磁场 如图所示 一刚性正方形线圈 质量为m 边长为l 从磁场上方距磁场上边界h 处自由落下 线圈总沿竖直面运动 若线圈刚好匀速穿过磁场区域 则有界磁场的宽度h 线圈穿过磁场过程中产生的内能为 公式的比较 本质上是统一的 后者是前者的一种特殊情况 导体做切割磁感线运动时 用后者方便 而当磁通量变化时 前者方便 小结 解析 根据法拉第电磁感应定律 回路中产生的感应电动势为 回路中的感应电流为 要使棒中不产生感应电流 则通过闭合回路的磁通量不变 即 解得 练 如图所示 固定与水平面上的金属框cdef 处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦滑动 此时abed构成一个边长l的正方形 棒电阻r 其余电阻不计 开始时磁感应强度为b 若以t 0时起 磁感应强度均匀增加 每秒增加量k 同时保持棒静止 求棒中的感应电流 若以t 0时起 磁感应强度逐渐减小 当棒以恒定速度v向右匀速运动 可使棒中不产生感应电流 则磁感应强度应怎样随时间变化 写出b与t的关系式 四 反电动势 v 此电动势阻碍电路中原来的电流 故称之为反电动势 n s 电动机 安培力方向转动速度方向 电动机线圈的转动产生感应电动势是反电动势 这个电动势是削弱了电源电流 阻碍线圈的转动 线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能 电能转化为机械能 正因为反电动势的存在 所以对电动机 欧姆定律不成立 如果电动机因机械阻力过大而停止转动 这时就没有了反电动势 线圈电阻一般都很小 线圈中电流会很大 电动机会烧毁 这时 应立即切断电源 进行检查 1