高中物理法拉第电磁感应定律

第二节法拉第电磁感应定律,一、法拉第电磁感应定律,1.法拉第电磁感应定律,(1)定律内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的成正比。,(2)公式:。,答案：1.(1)磁通量的变化率(2)E=n,2.导体切割磁感线的情形,(1)一般情况:若运动速度v和磁感线方向的夹角为,则E=。当运动速度v和磁感线方向垂直时,则E=。,(2)导体棒在磁场中转动,导体棒以端点为轴,在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E=Bl=(平均速度等于中点位置的线速度l)。,答案：2.(1)BlvsinBlv(2)Bl2,二、自感和涡流,1.自感现象,当一个线圈中的电流变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样也在它本身激发出感应电动势,这种由于,导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。,2.自感电动势,(1)定义:在中产生的感应电动势。,(2)表达式。,(3)自感系数L,相关因素:与线圈的、形状、以及是否有铁芯有关。,单位:亨利(H,1mH=H,1H=H)。,答案：(1)自感现象(2)E=L(3)长度匝数10-310-6,3.涡流,当线圈中的电流发生变化时,由于电磁感应,附近的任何导体中都会,答案：感应电流,产生,这种电流像水的旋涡,所以叫涡流。,一、对法拉第电磁感应定律的理解,【自主探究1】(2011广东理综)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是()。,A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关,B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大,C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大,D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同,答案：C,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,即磁通量变化越快,感应电动势越大,选项C正确;根据楞次定律可知,当原磁场减小时,感应电流的磁场才与其方向相同,选项D错误。,归纳要点：1.感应电动势E的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率,而与的大小和的大小没有必然的联系,与电路的电阻R无关。感应电流的大小与E和回路总电阻R有关。,2.在高中阶段所涉及的磁通量发生变化的两种方式:一是磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积发生变化,此时E=nB;二是垂直于磁场的回路面积不变,磁感应强度发生变化,此时E=nS,其中是Bt图象的斜率。,3.公式E=n与E=Blvsin的联系,公式E=n与E=Blvsin是统一的。当E=n中的t0时,则E为瞬时感应电动势;公式E=Blvsin中的v若代入平均速度,则求出的E为平均感应电动势。,【自主探究2】60周年国庆阅兵式上有一重要梯队为直-8型直升机梯队。若天安门所在处的地磁场方向竖直向下,磁感应强度为B。直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,则()。,二、导体切割磁感线产生感应电动势的计算,A.E=fl2B,且a点电势低于b点电势,B.E=2fl2B,且a点电势低于b点电势,C.E=fl2B,且a点电势高于b点电势,D.E=2fl2B,且a点电势高于b点电势,答案：A解析:螺旋桨叶片旋转切割磁感线产生感应电动势,叶片相当于电源,由右手定则可知,a相当于电源的负极,b相当于电源的正极,即a点电势低于b点电势。,由于从ab螺旋桨叶片上各点的速度大小按v=r的规律呈线性变化,其中r为螺旋桨叶片上各点到a的距离。由E=Blv可得E=Bll=fl2B。,归纳要点：1.导体平动切割磁感线产生感应电动势,(1)当l、v与B两两垂直,且导体上各点以相同的速度在匀强磁场中切割磁感线时,产生的感应电动势大小为E=Blv。,(2)当Bl、lv,而B与v成夹角时,导体切割磁感线产生的感应电动势为E=Blvsin。,(3)若导线是曲折的,则l应是导线的有效长度,即导线两端点在v、B所决定平面的垂线上的投影长度,如图所示的三种情况下感应电动势相同。,2.导体转动切割磁感线产生感应电动势,当导体在垂直于磁场的平面内,绕一端以角速度匀速转动,切割磁感线产生感应电动势时,如图所示。,E=Blv中=Bl=Bl2,式中v中为导体杆中点的转动线速度(整个杆的平均线速度)。,特别提醒：产生感应电动势的导体相当于电源,在电源内部电流由低电势流向高电势,常由此来确定电源的正负极及内外电路电势的高低。,三、通电自感和断电自感的比较,【自主探究3】(2011北京理综)某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()。,A.电源的内阻较大,B.小灯泡电阻偏大,C.线圈电阻偏大,D.线圈的自感系数较大,答案：C,解析:开关断开时延时熄灭现象的显著程度取决于电路闭合时线圈L中的电流I1和灯泡A中电流I2的大小关系。当I1比I2大时,开关断开时,灯泡会先亮一下,再熄灭。I1比I2大得越多,灯泡的延时熄灭现象越显著。电路闭合时线圈L和灯泡A并联,由并联电路特点可知,线圈电阻偏大时,I1就偏小,延时现象就不明显,选项B错误、C正确;电源内阻的大小对电流I1和I2的大小关系没有影响,选项A错误;线圈的自感系数大,产生的自感电动势也大,阻碍作用就越强,灯泡熄灭的时间应越长,故选项D错误。,归纳要点：通电自感和断电自感的比较如下表:,续表,易错辨析,请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。,1.穿过线圈的磁通量越大,则线圈中产生的感应电动势越大。,2.电磁感应现象中通过导体的电荷量q=n,仅与磁通量的变化量及电阻有关。,3.只要闭合电路的部分导体切割磁感线,则闭合电路中一定有感应电流产生。,4.公式E=Blv中的l就是导体的长度。,5.在断电自感中的灯泡都是先闪亮一下再逐渐熄灭。,答案:1.错误。穿过线圈的磁通量大,磁通量的变化率不一定大,感应电动势不一定大。,2.正确。,3.错误。闭合电路的部分导体切割磁感线,磁通量不一定变化,感应电流有可能为零,如整个矩形线圈完全在磁场中切割磁感线。,4.错误。公式E=Blv中的l是导体切割磁感线的有效长度。,5.错误。断电自感中的灯泡只有在由于自感通过灯泡的电流大于原来流过灯泡的电流时,才会先闪亮一下再逐渐熄灭。,提升应用技巧的突破口,【例1】如图所示,一个圆形线圈的匝数n=1000,线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,在线圈外接一个阻值R=4的电阻,把线圈放入一个方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如Bt图象所示。,命题研究一、法拉第电磁感应定律E=n的应用,(1)从计时起在t=3s、t=5s时穿过线圈的磁通量是多少?,(2)a点的最高电势和最低电势各是多少?,思路点拨:由Bt图象能否求出t=3s、t=5s时的磁感应强度?计算磁通量时需要考虑匝数吗?在04s的时间内,电路中的感应电流大小、,方向如何,在46s的时间内又怎么样?a点的最高电势和最低电势各是多少?,解析:(1)圆形线圈相当于电路的电源,根据法拉第电磁感应定律E=n=nS,在04s的时间内,回路内感应电流大小不变,由楞次定律判定感应电流方向为逆时针,a点电势最低。同理,在46s的时间内,a点的电势最高。,3=(B0+k1t)S=710-3Wb,5=(B4+k2t)S=410-3Wb。,Uba=IR=R=0.8V,又Uba=Ub-Ua,Ua=Ub-Uba=-0.8V,即在0t4s时,Uamin=-0.8V,E2=n=nk2S=4.0V,Uab=IR=3.2V,Ua=Uab+Ub=3.2V,即4stIb