高中物理4.3 法拉第电磁感应定律1课件人教版选修32.ppt

法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 问题1 据前面所学 电路中存在持续电流的条件是什么 问题2 什么叫电磁感应现象 产生感应电流的条件是什么 1 闭合电路 2 有电源 产生感应电流的条件是 1 闭合电路 2 磁通量变化 利用磁场产生电流的现象 16 2法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 相同点 两电路都是闭合的 有电流 不同点 甲中有电池 电源 乙中有螺线管 相当于电源 而产生电动势的哪部分导体就相当于电源 一 感应电动势 e 16 2法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 1 定义 在电磁感应现象中产生的电动势 既然闭合电路中有感应电流 这个电路中就一定有感应电动势 产生感应电流只不过是一个现象 它表示电路中在输送着电能 而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质 它表示电路已经具备了随时输出电能的能力 几点说明 不论电路是否闭合 只要穿过电路的磁通量发生变化 电路中就产生感应电动势 产生感应电动势是电磁感应现象的本质 磁通量是否变化是电磁感应的根本原因 若磁通量变化了 电路中就会产生感应电动势 再若电路又是闭合的 电路中将会有感应电流 变化 产生e 产生i 总电阻一定时 e越大 i越大 指针偏转越大 变化的快慢不同 都发生了变化 都产生了i 产生的i大小不等 一 感应电动势 e 16 2法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 1 定义 在电磁感应现象中产生的电动势 2 磁通量变化越快 感应电动势越大 磁通量变化 磁通量变化快慢 磁通量 磁通量 与时刻t对应 磁通量的变化量是两个时刻穿过这个面的磁通量之差 即 2 1 磁通量的变化率是单位时间内磁通量的变化量 计算公式是 t 磁通量变化率的大小不是单纯由磁通量的变化量决定 还跟发生这个变化所用的时间有关 穿过一个面的磁通量大 但磁通量的变化量不一定大 磁通量的变化率也不一定大 同理 穿过一个面的磁通量的变化量大 但磁通量不一定大 磁通量的变化率也不一定大 穿过一个面的磁通量的变化率大 但磁通量和磁通量的变化量都不一定大 应用举例 例1 如图所示为穿过某线路的磁通量 随时间t变化的关系图 试根据图说明 1 穿过某线路的磁通量 何时最大 何时最小 2 t何时最大 何时最小 3 感应电动势e何时最大 何时最小 注意区分几个物理量 t e只与 t有关 而与 无关 一 感应电动势 e 16 2法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 1 定义 在电磁感应现象中产生的电动势 2 磁通量变化越快 感应电动势越大 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 二 法拉第电磁感应定律 1 内容 k是一个常数 n为线圈的匝数 一 感应电动势 e 16 2法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小 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 二 法拉第电磁感应定律 1 内容 平均磁通变化率 平均感应电动势 巩固练习 1 穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟均匀地增加2wb 则 a 线圈中的感应电动势每秒钟增加2vb 线圈中的感应电动势每秒钟减少2vc 线圈中的感应电动势始终是2vd 线圈中不产生感应电动势 1 6a 三 重要的推论 如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中 磁感应强度是b ab以速度v匀速切割磁感线 求产生的感应电动势 回路在时间t内增大的面积为 s lv t 解 产生的感应电动势为 穿过回路的磁通量的变化为 b s v2 v1 vsin vcos 若导体斜切磁感线 为v与b夹角 blv t 感应电动势 公式blv中的l指的是切割磁感线的有效长度 在上图中e blv l是圆弧切割磁感线的有效长度 思考题 求下面图示情况下 a b c三段导体两端的感应电动势各为多大 四 反电动势 1 既然线圈在磁场中转动 线圈中就会产生感应电动势 感应电动势加强了电源了产生的电流 还是削弱了它 是有得于线圈的转动 还是阻碍了线圈的转动 电动机转动是时 线圈中产生的感应电动势总要削弱电源电动势的作用 阻碍线圈的转动 反电动势 2 电动机由于机械故障停转 要立即切断电源 用公式e n t求e的三种情况 1 磁感应强度b不变 垂直于磁场的回路面积s发生变化 s s2 s1 此时 e nb s t 2 垂直于磁场的回路面积s不变 磁感应强度b发生变化 b b2 b1 此时 e ns b t 3 磁感应强度b和垂直于磁场的回路面积s都发生变化 此时e n b s t 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 两块水平放置的板间距为d 用导线与一n匝线圈连接 线圈置于方向竖直向上的匀强磁场中 如图所示 两板间有一质量为m 带电量为 q的油滴恰好静止 则线圈中的磁通量的变化率是多少 mgd nq 公式e n t与e blvsin 的区别和联系 1 区别 一般来说e n t 求出的是 t时间内的平均感应电动势 e与某段时间或某个过程相对应 常在穿过一个面的磁通量发生变化时用 e blvsin 求出的是瞬时感应电动势 e与某个时刻或某个位置相对应 常在一部分导体做切割磁感线运动时用 2 联系 公式e n t和公式e blvsin 是统一的 公式e n t中当 t 0时 求出的e为瞬时感应电动势 公式e blvsin 中当v代入平均速度时 则求出的e为平均感应电动势 例 半径为r 电阻为r的金属环通过某直径的轴oo 以角速度 做匀速转动 如图所示 匀强磁场的磁感应强度为b 从金属环的平面的磁场方向重合时开始计时 则在转过30 的过程中 求 1 环中产生的感应电动势的平均值是多大 解析 求感应电动势的平均值时 一般要用公式e n t 1 金属环在转过30 的过程中 磁通量的变化量 2 金属环某一横截面内通过的电荷量是多少 由于e t i e r i q t 所以 如图所示 一个500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 磁场的磁感应强度随时间变化的图象如图所示 求磁场变化过程中通过电阻r的电流为多大 解析 由图b知 线圈中磁感应强度b均匀增加 其变化率 b t 50 10 4 10t s 例 如图所示 裸金属线组成滑框 ab可滑动 其电阻为r 长为l 串接电阻r 匀强磁场为b 当ab以v向右匀速运动过程中 求 1 ab间感应电动势 2 ab间的电压 3 保证ab匀速运动 所加外力f 4 在2秒的时间内 外力功 ab生热q 电阻r上生热 如图所示 导线全部为裸导线 半径为r的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中 磁感应强度为b 方向如图 一根长度大于2r的直导线mn 以速率v在圆上自左端匀速滑到右端 电路中定值电阻为r 其余电阻忽略不计 在滑动过程中 通过电阻r的电流的平均值为 当mn从圆环左端滑到右端的过程中 通过r的电荷量为 当mn通过圆环中心o时 通过r的电流为 brv 2r br2 r 2brv r 如图所示 长为l的金属杆oa绕过o点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动 角速度为 一匀强磁场垂直于纸面向里 磁感应强度为b 磁场范围足够大 求oa杆产生感应电动势的大小 解析 由于oa杆是匀速转动 故oa产生的感应电动势是恒定的 其平均值与瞬时值相同 求感应电动势的两个公式均可以用 解法一 用e blv求e v应为平均切割速率 棒上各小段的速率是不相同的 因o点速率v0 0 由v r 知棒上各点线速度跟旋转半径成正比 所以棒切割磁感线的平均速率为v v0 va 2 l 2则e blv b l2 2 解法二 用e n t求e 设经过 t时间 oa棒扫过的扇形面积为 s 如图所示 s l tl 2 l2 t 2 变化的磁通量为e t b s t bl2 2 直导线绕其一端转动时产生的感应电动势 e bl2 2 例 如图所示 在磁感应强度为b的匀强磁场中 有半径为r的光滑半圆形导体框架 oc为一端绕o点在框架上滑动的导体棒 oa之间连一个阻值为r的电阻 其余电阻都不计 若使oc以角速度 匀速转动