法拉第电磁感应定律

4.4法拉第电磁感应定律,长春市第一五一中学物理组杨富,（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:,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就相当于电源,定义:,在电磁感应现象中产生的电动势称为感应电动势（E）,闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势。,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。,一、感应电动势,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,问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？,观察实验，分析并思考,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I,产生的I大小不等,问题3：该实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？,磁通量变化越快，感应电动势越大。,磁通量变化快慢,观察实验，分析并思考,越大?,二、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。,内容:,注意：公式中应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。,公式:,n为线圈的匝数,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、磁通量的变化不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。,思考与讨论,3、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,SS2-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,BB2-B1,此时：,4、应用:用公式求E的二种常见情况：,（感生电动势）,（动生电动势）,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,2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。,3、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。,4、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,课堂练习,/10-2Wb,t/s,A,B,D,0,1,2,0.1,5、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,6一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的：A.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最大B.磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大C.磁通量最大,磁通量变化率最小,感应电动势最大D.磁通量最小,磁通量变化率最小,感应电动势最大,7如下图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO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90角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大？,课堂练习,8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)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势(2)线圈转过1/2周的过程中的平均感应电动势,课堂练习,三、导体作切割磁感线运动,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,S=Lvt,产生的感应电动势为：,=BS,=BLvt,回路在时间t内增大的面积为:,穿过回路的磁通时的变化为:,V是相对于磁场的速度,Lvt是导体扫过的面积,V1,V2,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(导体斜切磁感线),说明：,1、导线的长度L应为有效长度,2、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),三、导体作切割磁感线运动,L,为v与B夹角,En/t一般求出的是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.,公式En/t和公式E=BLvsin是统一的.公式En/t中当t0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.,公式En/t与E=BLvsin的区别和联系：,1.区别：,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：,课后思考题,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？,7、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,如下图所示，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。,课堂练习,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,它们的电阻可忽略不计,在M和P之间接有阻值为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上的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10ms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,课堂练习,I=0.5A,F=0.1N,Q=0.1J,U=1.5V,直流电动机的原理:,问题1：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?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?,通电导线在磁场中受安培力而运动.,三、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2：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?,四、反电动势,问题1：电动机线圈的转动会产生感应电动势.这个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线圈的转动?,问题2：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