感应电动势电磁感应定律-课件详解

第4节感应电动势和电磁感应定律 复习回顾 1 在电磁感应现象中 产生感应电流的条件是什么 2 在电磁感应现象中 磁通量的变化的方式有哪些 闭合电路中的磁通量发生变化 由于闭合回路中的面积变化引起磁通量变化 2 1 B S 由于闭合回路中的磁感应强度变化引起磁通量变化 2 1 B S 电路中产生持续电流的条件是什么 1 电路闭合 2 有电源 存在感应电流必然存在对应的电动势 物理学中 我们把在电磁感应现象中 产生的电动势叫做感应电动势 等效 产生感应电动势的这部分导体相当于 电源 问题 当开关断开后 电路中是否有电流呢 电源两端有电压吗 电源的电动势还存在吗 问题 当导线断开后 电路中是否还有电流呢 线圈内的感应电动势还存在吗 总结 感应电动势的有无 完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化 与电路的通断 电路的组成是无关的 探究项目 影响感应电动势大小的因素 问题 我们怎样能够感知到感应电动势的大小 电流计偏转的角度 探究项目 影响感应电动势大小的因素 问题 电流计指针的偏转角度与感应电动势的大小有什么关系呢 等效 探究项目 影响感应电动势大小的因素 器材 猜想 可能与什么因素有关 探究过程 模拟实验一 一根磁铁慢速插入 一根磁铁快速插入 分析归纳 感应电动势大小不同 磁通量变化量 相同 都产生感应电流I 磁铁插入的快慢不同 T 感应电流I大小不同 模拟实验二 一根磁铁快速插入 两根磁铁快速插入 分析归纳 感应电动势大小不同 磁通量变化量 不同 都产生感应电流I 磁铁的快慢相同 感应电流I大小不同 定性结论 感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关 感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关 磁通量变化率 法拉第电磁感应定律 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成正比 1 内容 2 公式 即 单位为伏 韦伯 秒则k 1 注意 公式中 取绝对值 不涉及正负 感应电流的方向判断 右手定则或楞次定律 当闭合电路中的线圈匝数是1匝时 感应电动势大小的表达式 思考 当闭合电路中的线圈匝数是n时 感应电动势大小的表达式该怎么写呢 思考 穿过线圈内的磁通量 一样吗 1匝线圈 n匝线圈 穿过线圈内的磁通量 一样 思考 当闭合电路中的线圈匝数是n时 感应电动势大小的表达式该怎么写呢 法拉第电磁感应定律 若线圈有n匝 电动势为 若线圈有1匝 电动势为 对于 t的理解 判断题 1 越大 一定越大 2 越大 一定越大 不一定 不一定 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 反馈练习 D 1 有一个50匝的线圈 如果穿过它的磁通量的变化率为0 5Wb s 求感应电动势 2 一个100匝的线圈 在0 5s内穿过它的磁通量从0 01Wb增加到0 09Wb 求线圈中的感应电动势 3 一个匝数为100 面积为10cm2的线圈垂直磁场放置 在0 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T 求线圈中的感应电动势 25V 16V 1 6V 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 小结 1 知道什么叫感应电动势 2 知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量 并能区别 3 理解法拉第电磁感应定律内容 数学表达式 3 思考题 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 L 三 导线切割磁感线时的电动势 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 L v t 产生的感应电动势为 穿过回路的磁通量的变化为 B S BLv t V是导体棒相对于磁场的速度 若导体斜切磁感线 为v与B夹角 若导线运动方向与导线本身垂直 但跟磁感强度方向有夹角 说明 3 导线的长度L应为有效长度 1 V方向和B平行时 0 E 0 2 速度V为平均值 E就为平均值 速度V为瞬时值 E就为瞬时值 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 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 一 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 与穿过这一电路的成正比 2 表达式 对单匝线圈E k为比例系数 国际单位制中k 1 上式可简化为 对n匝线圈E 磁通量变化率 第二课时 3 单位 在国际单位制中 感应电动势E的单位是 磁通量 的单位是 磁通量变化量 的单位是 时间 t的单位是 3 导体切割磁感线时的感应电动势 1 导体在匀强磁场中运动 如图1 2 1所示 B l v两两垂直时 E 导体的横截面 伏特 韦伯 韦伯 秒 Blv 2 导体的运动方向与导体本身垂直 但与磁感线方向夹角为 时 如图1 2 2 E 图1 2 1 图1 2 2 Blvsin 2 切割类产生的电动势E Blv在任何情况下都适用吗 思考 提示 不 只有在B l v两两相互垂直的情况下适用 思考 四 对公式E Blvsin 的理解1 该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论 通常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势 若v为平均速度 则E为平均电动势 2 当B l v三个量方向相互垂直时 即 90 时 E Blv 当有任意两个量的方向平行时 即 0 时 E 0 3 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 如果切割磁感线的导线是弯曲的 如图1 2 3所示 则应取B和v垂直的等效直线长度 即ab的弦长 图1 2 4 5 切割磁感线的导体中产生感应电动势 等效为电源 导轨和电阻上不产生感应电动势 等效于外电路 遵循闭合电路欧姆定律 即I E R 求解电荷量问题 正方形线圈abcd位于纸面内 边长为L 匝数为N 线圈电阻不计 两端接有阻值为R的电阻 过ab中点和cd中点的连线os恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上 磁场的磁感应强度为B 在线圈以os轴转过90度的过程中 通过电阻R的电荷量为 A B C D 五 电量与磁通量变化量 时间和电阻的关系 一个200匝 面积为20cm2的线圈放在磁场中 磁场方向与线圈平面成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率是 Wb s 线圈中的感应电动势为 V 课堂互动讲练 思路点拨 磁通量的变化率跟线圈的匝数无关 即每一匝的磁通量变化率都相等 但整个线圈的感应电动势则跟线圈的匝数有关 即跟匝数成正比 解析 磁通量的变化量 BSsin30 0 5 0 1 20 10 4 0 5Wb 4 10 4Wb 答案 8 10 31 6 1 如图1 2 5所示 矩形线圈面积为S 线圈平面垂直于磁感应强度为B的范围足够大的匀强磁场放置 若在时间t内将线圈绕bc轴翻转180 则线圈中产生的平均感应电动势是多大 图1 2 5 如图1 2 6所示 导体棒ab长L 沿倾角为 的斜导轨以速度v下滑 匀强磁场磁感应强度为B 1 若磁感应强度B的方向垂直于斜导轨向上 导体棒ab中产生的感应电动势为多大 2 若磁感应强度B的方向竖直向上 导体棒ab中产生的感应电动势为多大 思路点拨 这是导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题 使用公式E BLvsin 进行计算比较方便 但要注意各种情况中夹角 的分析 图1 2 6 解析 1 当磁感应强度B的方向垂直于斜轨时 导体棒ab的速度方向与B是垂直的 即v与B的夹角 90 则可将感应电动势直接写为E1 BLv 图1 2 7 2 法一 当磁感应强度B竖直向上时 此时v与B的夹角 90 我们可直接套用公式写出此时的感应电动势E2 BLvsin 90 BLvcos 法二 将棒的速度v分解为垂直于B和平行于B的两个分量 只有垂直于B的速度分量v vcos 才对产生感应电动势有贡献 所以感应电动势E2 BLv BLvcos 答案 1 BLv 2 BLvcos 2 如图1 2 8所示的几种情况中 金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 图1 2 8 A 乙和丁B 甲 乙 C 甲 乙 丙 丁D 只有乙解析 选B 甲 乙 二图中 B v l两两垂直 且l为有效切割长度 产生的电动势都为E Blv 丙图中E Blvsin 丁图中为零 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 2 9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 思路点拨 首先要明确其等效电路 可知棒两端的电压为闭合回路的外电压 求出感应电动势后 由闭合电路欧姆定律即可求棒上的