高中物理 第一章 电磁感应 1.3 法拉第电磁感应定律课件 教科版选修32.ppt

3法拉第电磁感应定律 第一章电磁感应 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 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 感应电动势由产生的电动势 叫感应电动势 二 法拉第电磁感应定律1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这个电路的磁通量的 成正比 这就是法拉第电磁感应定律 2 表达式 其中是线圈的匝数 电磁感应 变化率 n 三 导体切割磁感线产生的感应电动势1 导线垂直于磁场运动 b l v两两垂直时 如图1所示 e blv 图1 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2所示 e blvsin 图2 即学即用 1 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 答案 答案 2 如图3所示的情况中 金属导体中产生的感应电动势为blv的是 图3 甲 乙 丁 重点探究 导学探究 如图4所示 将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中 一 法拉第电磁感应定律 答案 图4 1 快速插入和缓慢插入磁通量的变化量 相同吗 指针偏转角度相同吗 答案磁通量变化量相同 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角度大 2 分别用一根磁铁和相同的两根磁铁以同样速度快速插入 磁通量的变化量 相同吗 指针偏转角度相同吗 答案 答案用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大 磁通量变化率也较大 指针偏转角度较大 3 指针偏转角度取决于什么 答案指针偏转角度大小取决于的大小 知识深化 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图像中 磁通量的变化率是图像上某点切线的斜率 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 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 导学探究 如图5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匀速垂直切割磁感线 利用法拉第电磁感应定律求回路中产生的感应电动势 答案 二 导线切割磁感线时的感应电动势 图5 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 知识深化 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 解析杆切割磁感线的有效长度为lsin 故b正确 例2如图6所示 一金属弯杆处在磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 已知ab bc l 当它以速度v向右平动时 a c两点间的电势差大小为a blvb blvsin c blvcos d blv 1 sin 答案 解析 图6 e n研究整个闭合回路 适用于各种电磁感应现象 e blv研究的是闭合回路的一部分 即做切割磁感线运动的导体 三 两公式的简单应用 例3如图7所示 水平放置的两平行金属导轨相距l 0 50m 左端接一电阻r 0 20 磁感应强度b 0 40t的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下 长度也为0 50m的导体棒ac垂直放在导轨上 并能无摩擦地沿导轨滑动 导轨和导体棒始终接触良好且电阻均可忽略不计 当ac棒以v 4 0m s的速度水平向右匀速滑动时 求 1 ac棒中感应电动势的大小 图7 解析ac棒垂直切割磁感线 产生的感应电动势的大小为e blv 0 40 0 50 4 0v 0 80v 答案见解析 答案 解析 2 回路中感应电流的大小 解析回路中感应电流大小为i 4 0a 答案见解析 答案 解析 3 维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小和方向 解析ac棒受到的安培力大小为f安 bil 0 40 4 0 0 50n 0 80n 由右手定则知 ac棒中感应电流由c流向a 由左手定则知 安培力方向水平向左 由于导体棒匀速运动 水平方向受力平衡 则f外 f安 0 80n 方向水平向右 答案见解析 答案 解析 例4如图8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8 解析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 答案8 10 3wb 答案 解析 2 磁通量的变化率多大 解析磁通量的变化率为 4 10 3wb s 答案4 10 3wb s 答案 解析 3 线圈中感应电动势的大小为多少 解析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 答案6v 答案 解析 达标检测 解析由题意可知 线圈中磁场的面积为a2 根据法拉第电磁感应定律可知 线圈中产生的感应电动势大小为e 故只有选项d正确 1 对法拉第电磁感应定律的理解 如图9所示 半径为r的n匝线圈套在边长为a的正方形abcd之外 匀强磁场垂直穿过该正方形 当磁场以的变化率变化时 线圈产生的感应电动势的大小为 答案 1 2 3 4 图9 解析 2 公式e n的应用 多选 如图10甲所示 线圈的匝数n 100匝 横截面积s 50cm2 线圈总电阻r 10 沿轴向有匀强磁场 设图示磁场方向为正 磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化 则在开始的0 1s内a 磁通量的变化量为0 25wbb 磁通量的变化率为2 5 10 2wb sc a b间电压为0d 在a b间接一个理想电流表时 电流表的示数为0 25a 答案 图10 1 2 3 4 解析 解析通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关 由于0时刻和0 1s时刻的磁场方向相反 则磁通量穿入的方向不同 则 0 1 0 4 50 10 4wb 2 5 10 3wb a项错误 1 2 3 4 磁通量的变化率 2 5 10 2wb s b项正确 根据法拉第电磁感应定律可知 当a b间断开时 其间电压等于线圈产生的感应电动势 感应电动势大小为e n 2 5v且恒定 c项错误 在a b间接一个理想电流表时相当于a b间接通而形成回路 回路总电阻即为线圈的总电阻 故感应电流大小i 0 25a d项正确 3 公式e blv的应用 如图11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e 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以速度v运动时 棒两端的感应电动势大小为e 则等于 答案 图11 解析 1 2 3 4 解析设折弯前金属棒切割磁感线的长度为l e blv 1 2 3 4 4 公式e n的应用 有一匝数为