法拉第电磁感应定律.ppt

第三节法拉第电磁感应定律 1 闭合电路 利用磁场产生电流的现象 问题1 什么叫电磁感应现象 问题2 产生感应电流的条件是什么 2 磁通量变化 思考 讨论交流 在闭合电路中要形成电流 必须有电源电动势存在 在电磁感应现象中出现了感应电流 是否也该有相应的电源电动势呢 问题3 试从本质上比较甲 乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流 这个电路中就一定有电动势 产生电动势的那部分导体相当于电源 闭合电路中有电动势 电路中才有电流 一 感应电动势 发生电磁感应现象 E E 定义 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 E 产生感应电动势的那部分电路相当于电源 变化 产生E 产生I 问题1 在实验中 电流表指针偏转原因是什么 总电阻一定时 E越大 I越大 指针偏转越大 问题2 电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系 变化的快慢不同 都发生了变化 都产生了E I 产生的E I 大小不等 磁通量变化越快 感应电动势越大 磁通量的变化快慢 越大 问题3 在实验中 将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 磁通量的变化率 二 感应电动势的大小 实验结论 同一闭合电路 磁通量变化越快 感应电流就越大 即感应电动势越大 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的变化率成正比 当各个物理量都采用国际单位制时 k 1 若闭合电路为一n匝线圈 穿过每一匝线圈的磁通量变化率相同 则 问题1 磁通量大 磁通量变化一定大吗 问题2 磁通量变化大 磁通量的变化率一定大吗 可以类比速度 速度的变化和加速度 磁通量的变化率和磁通量 磁通量的变化无直接关系 磁通量大 小 零 磁通量的变化率不一定大 小 零 磁通量的变化大 小 磁通量的变化率不一定大 小 思考与讨论 理解 t的意义 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 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 应用 用公式求E的二种常见情况 例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 25V 例2 一个100匝的线圈 在0 5s内穿过它的磁通量0 01Wb增加到0 09Wb 求线圈中的感应电动势 16V 例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 1 6V 例4 如图 半径为r的金属环绕通过某直径的轴00 以角速度 作匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为B 从金属环面与磁场方向重合时开始计时 则在金属环转过900角的过程中 环中产生的电动势的平均值是多大 例5 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一矩形线框 边长ab L1 bc L2线框绕中心轴00 以角速度 由图示位置逆时针方向转动 求 1 线圈转过1 4周的过程中的平均感应电动势 例5 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一矩形线框 边长ab L1 bc L2线框绕中心轴00 以角速度 由图示位置逆时针方向转动 求 2 线圈转过1 2周的过程中的平均感应电动势 10 2Wb t s A B D 0 1 2 0 1 例6 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 斜率表示 的变化率 法拉第电磁感应定律第2课时 回路在时间t内增大的面积为 S Lv 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是相对于磁场的速度 一 导体切割磁感线时的感应电动势 如图所示闭合线框一部分导体ab长l 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 V1 V2 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角 导体斜切磁感线 注意 2 导线的长度L应为有效长度 1 导线运动方向和磁感线平行时 E 0 3 速度v为平均值 瞬时值 E就为平均值 瞬时值 L 为v与B夹角 匀强磁场 v B L两两垂直 如图 匀强磁场的磁感应强度为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 BLVsin 例1 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个匝数为n的矩形线圈 边长ab L1 bc L2线圈绕中心轴OO 以角速度 由图示位置逆时针方向转动 求 1 转过1 4周时ab边产生的瞬时感应电动势 2 转过1 2周时ab边产生的瞬时感应电动势 转动1周的过程中ab边产生的感应电动势哪个时刻最大 哪个时刻最小 思考 例2 1 求出的是平均感应电动势 E和某段时间或某个过程对应 求出的是瞬时感应电动势 E和某个时刻或某个位置对应 2 求出的是整个回路的感应电动势 求出的是某部分导体的电动势 回路中感应电动势为零时 回路中某段导体的感应电动势不一定为零 1 区别 1 公式 中的时间趋近于0时 则E为瞬时感应电动势 2 公式 中v若代表平均速度 则E为平均感应电动势 2 联系 公式 和公式 是统一的 如图 长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁场的磁感应强度为B 求杆OA两端的电势差 例3 如图 水平面上有两根相距0 5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ 它们的电阻不计 在M和P之间接有R 3 0 的定值电阻 导体棒长ab 0 5m 其电阻为r 1 0 与导轨接触良好 整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中 B 0 4T 现使ab以v 10m s的速度向右做匀速运动 1 ab中的电流多大 ab两点间的电压多大 2 维持ab做匀速运动的外力多大 3 ab向右运动1m的过程中 外力做的功是多少 电路中产生的热量是多少 WF 0 1J I 0 5A F 0 1N Q 0 1J U 1 5V 例4 问题1 电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样 AB边 CD边受力方向怎样 线圈的运动方向怎样 直流电动机的原理 通电导线在磁场中受安培力而运动 问题2 电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗 方向怎样 问题3 感应电动势是加强了电源产生的电流 还是削弱了电源的电流 是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动 反电动势 1 定义 电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流 这个电动势叫反电动势 2 作用 阻碍线圈的转动 线圈要维持转动 电源就要向电动机提供电能 电能转化为其它形式的能 问题4 如果电动机因机械阻力过大而停止转动 会发生什么情况 这时应采取什么措施 应用 电动机停止转动 就没有反电动势 线圈中电流会很大 电动机会烧毁 要立即切断电源 进行检查 关于电磁感应 下述说法中正确的是 A 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大B 穿过线圈的磁通量为零 感应电动势一定为零C 穿过线圈的磁通量的变化越大 感应电动势越大D 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大 D 注意 感应电动势E与 t的关系 例5 如图 一个水平放置的导体框架 宽度L 1 50m 接有电阻R 0 20 设匀强磁场和框架平面垂直 磁感应强度B 0 40T 方向如图 今有一导体棒ab跨放在框架上 并能无摩擦地沿框滑动 框架及导体ab电阻均不计 当ab以v 4 0m s的速度向右匀速滑动时 试求 1 导体ab上的感应电动势的大小 2 回路上感应电流的大小 E BLv 0 80V 例6 小结 由于导体运动过程中感应电动势不变 瞬时值等于平均值 所以也可用下式求E 如果这时跨接在电阻两端有一个电压表 测得的就是外电路上的电压 即 如图 有一匀强磁场B 1 0 10 3T 在垂直磁场的平面内 有一金属棒AO 绕平行于磁场的O轴顺时针转动 已知棒长L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒产生的感应电动势有多大 例7 小结 也可用 进行计算 因为从O A 各点的线速度是均匀变化的 故取棒中点的速度代表棒的平均速度 由 仍得到上面的结果 如图 边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动 磁感应强度为B 初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直 经过t时间转过9