《法拉第电磁感应定律》

1、（1 1）闭合电路）闭合电路(bhdinl)(bhdinl)利用磁场产生电流利用磁场产生电流(dinli)(dinli)的现象的现象问题问题(wnt)1(wnt)1：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？问题问题2 2：产生感应电流的条件是什么？：产生感应电流的条件是什么？（2 2）磁通量变化）磁通量变化第1页/共38页第一页，共39页。问题问题3：试从本质：试从本质(bnzh)上比较甲、乙两电路的异上比较甲、乙两电路的异同同既然闭合电路中有感应电流既然闭合电路中有感应电流(gnyng din li)(gnyng din li)，这个电路中就一定有电动，这个电路中就一定有电动势。势。甲甲N

2、SG乙乙产生电动势的那部分产生电动势的那部分(b fen)导体相当于电源导体相当于电源第2页/共38页第二页，共39页。1、定义：在电磁感应、定义：在电磁感应(dinc-gnyng)现象中产生的现象中产生的电动势叫感应电动势（电动势叫感应电动势（E）. 闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定(ydng)(ydng)有感应电动势有感应电动势. .有电动势不一定有电动势不一定(ydng)(ydng)有有电流。电流。一、感应一、感应(gnyng)(gnyng)电动势电动势产生感应电动势的那部分导体产生感应电动势的那部分导体相当于相当于电源电源. .第3页/共38

3、页第三页，共39页。2、产生条件、产生条件(tiojin)：只要穿过电路的磁通量发生变化，：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。电路中就产生感应电动势。3、感应、感应(gnyng)电动势与感应电动势与感应(gnyng)电流：电流： 只要磁通只要磁通量变化量变化,电路中就产生感应电路中就产生感应(gnyng)电动势电动势; 若电路又闭合若电路又闭合,电路中就有感应电路中就有感应(gnyng)电流电流.磁通量变化是电磁感应的根本原因磁通量变化是电磁感应的根本原因; ; 产生产生(chnshng)(chnshng)感应电动势是电磁感应现象感应电动势是电磁感应现象的本质的本质. .第

4、4页/共38页第四页，共39页。观察观察(gunch)实验实验,分析思考分析思考:问题问题1:在实验中在实验中,电流表指针电流表指针(zhzhn)偏转原因是什么偏转原因是什么?问题问题2:电流表指针电流表指针(zhzhn)偏转程度跟感应电动势的偏转程度跟感应电动势的 大小有什么关系大小有什么关系?问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度在实验中，将条形磁铁从同一高度 插入线圈中同一位置，快插入和慢插入线圈中同一位置，快插入和慢 插入有什么相同和不同插入有什么相同和不同? 第5页/共38页第五页，共39页。变化变化(binhu)产生产生(chnshng)E产生产生(chnshng)I 问题问题

5、1 1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？在实验中，电流表指针偏转原因是什么？第6页/共38页第六页，共39页。总电阻一定时总电阻一定时,E越大越大,I越大越大,指针指针(zhzhn)偏转偏转越大越大.问题问题2 2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小(dxio) (dxio) 有什么关系？有什么关系？第7页/共38页第七页，共39页。变化变化(binhu)(binhu)的的快慢不同快慢不同 变化变化(binhu)(binhu)相相同同都产生都产生(chnshng)了了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势

6、越大。，感应电动势越大。 磁通量的变化快慢磁通量的变化快慢t越大越大?从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同不同不同问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置， 快插快插入和慢插入有什么相同和不同入和慢插入有什么相同和不同? 磁通量的变化率磁通量的变化率第8页/共38页第八页，共39页。二、法拉第电磁感应二、法拉第电磁感应(dinc-gnyng)(dinc-gnyng)定律定律电路电路(dinl)(dinl)中感应电动势的大小，跟穿中感应电动势的大小，跟穿过这一电路过这一电路(dinl)(dinl)的磁通量的变化率成

7、的磁通量的变化率成正比。正比。 1.1.内容内容(nirn(nirng):g):tEtnE注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及正负，感应电流的，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。方向另行判断。2 2.公式公式: :n为线圈的匝数为线圈的匝数第9页/共38页第九页，共39页。问题问题(wnt)1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定大吗磁通量变化一定大吗?问题问题(wnt)2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗磁通量的变化率一定大吗?(可以类比可以类比(lib)速度、速度的变化和加速度速度、速度的变化和加速度.) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化磁通量的变化率和磁

8、通量、磁通量的变化无直接关系无直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化率不一定大(小小,零零);磁通量的变化大磁通量的变化大(小小)，磁通量的变化，磁通量的变化率不一定大率不一定大(小小).思考与讨论思考与讨论第10页/共38页第十页，共39页。 物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少产生产生感应电动感应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢

9、变化的快慢 决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解(lji):、/t的意义的意义第11页/共38页第十一页，共39页。 有一个有一个50匝的线圈，如果穿过匝的线圈，如果穿过(chun u)它它的磁通量的变化率为的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。，求感应电动势。 25V例与练例与练1第12页/共38页第十二页，共39页。 一个一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s内穿过内穿过(chun u)它的磁通量从它的磁通量从0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。16V例与练例与练2第13页/共38页第十三页，共39页。一个匝数为

10、一个匝数为100、面积为、面积为10cm2的线的线圈垂直磁场放置圈垂直磁场放置(fngzh), 在在0.5s内内穿过它的磁场从穿过它的磁场从1T增加到增加到9T。求线。求线圈中的感应电动势。圈中的感应电动势。1.6V例与练例与练3第14页/共38页第十四页，共39页。如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴的金属环绕通过某直径的轴00以角速度以角速度作匀速作匀速转动转动,匀强磁场的磁感应强度为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，从金属环面与磁场方向重合时开始计时开始计时,则在则在 金属环转过金属环转过900角的过程角的过程(guchng)中，环中产生中，环中产生的电

11、动势的的电动势的 平均值是多平均值是多大大?00B22rBE例与练例与练4第15页/共38页第十五页，共39页。/10- -2Wbt/sABD0120.1 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圈所围面积里磁通量随时间变化(binhu)的规律如图所示，则：的规律如图所示，则：( )A、线圈中、线圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零 C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 D、线圈中、线圈中0到到D时间时间(shjin

12、)内平均感应电动势为内平均感应电动势为0.4VABD例与练例与练5斜率斜率(xil)(xil)表表示示的变化率的变化率第16页/共38页第十六页，共39页。三、导体三、导体(dot)作切割磁感线运动感应电动势计作切割磁感线运动感应电动势计算算 例题例题1 1：如图所示闭合：如图所示闭合(b h)(b h)线圈一部分导体线圈一部分导体abab处于处于匀强磁场中，导轨宽为，磁感应强度是匀强磁场中，导轨宽为，磁感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势匀速切割磁感线，求产生的感应电动势. .解：回路解：回路(hul)(hul)在时间在时间tt内增大的面积为：内增大

13、的面积为：S=LvtS=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化穿过回路的磁通量的变化为：为：=BS=BStE =BLvt=BLvtttBLv BLv （V V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）E=BLV (B,L,VE=BLV (B,L,V两两垂直两两垂直) )第17页/共38页第十七页，共39页。vB BV1V21 1。若导体。若导体(dot)(dot)运动方向跟磁感应强度方向有夹角运动方向跟磁感应强度方向有夹角( (导体导体(dot)(dot)斜切磁感线斜切磁感线) )为为v与与B夹角夹角(ji jio)sin1BLvBLvE三、导体三、导体(dot)(

14、dot)切割磁感线时的感应电动势切割磁感线时的感应电动势第18页/共38页第十八页，共39页。2,2,若导体运动方向若导体运动方向(fngxing)(fngxing)跟跟L L方向方向(fngxing)(fngxing)有有夹角夹角为为v与与L夹角夹角(ji jio)sin1BLvBLvE三、导体切割三、导体切割(qig)(qig)磁感线时的感应电动势磁感线时的感应电动势abvv1第19页/共38页第十九页，共39页。3、导线的长度、导线的长度L应为有效应为有效(yuxio)长度长度(首尾首尾相连）相连）Lv三、导体三、导体(dot)(dot)切割磁感线时的感应电动势切割磁感线时的感应电动势4

15、、速度、速度(sd)v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值), E就为平均值就为平均值(瞬时值瞬时值)一般应用求瞬时电动势。一般应用求瞬时电动势。第20页/共38页第二十页，共39页。四，四，公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？ (1) 求出的是平均感应求出的是平均感应(gnyng)电动势电动势, E和某段和某段时间或某个过程对应；时间或某个过程对应； 求出的是瞬时感应求出的是瞬时感应(gnyng)电动势，电动势，E和某个时刻或某个位置对应和某个时刻或某个位置对应.1 1区别区别(qbi)(qbi)：第21页/共38页第二十一页，共39页。(1)公式中的时间趋近公

16、式中的时间趋近(q jn)于于0时，时，则则E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势(2)公式中公式中v若代表平均若代表平均(pngjn)速度，速度，则则E为平均为平均(pngjn)感应电动势。感应电动势。2、联系、联系(linx)：问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？公式公式和公式和公式是统一的是统一的.第22页/共38页第二十二页，共39页。如图，匀强磁场的磁感应强度为如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为，长为L的金属棒的金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面的平面(pngmin)内运动，速度内运动，速度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产产生的

17、感应电动势。生的感应电动势。abvE=BLVsin例与练例与练7第23页/共38页第二十三页，共39页。在磁感应强度在磁感应强度(qingd)为为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一个匝数为有一个匝数为n的矩的矩形线圈形线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OO以角速度以角速度由图示位由图示位置逆时针方向转动。求置逆时针方向转动。求:(1)转过转过1/4周过程中线圈产生的平均感应电动势，周过程中线圈产生的平均感应电动势， (2)转过转过1/4周时周时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(3)转过转过1/2周时周时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(3

18、)转过转过1/2周过程中线圈中产生的平均感应电动势，周过程中线圈中产生的平均感应电动势，转动转动(zhun dng)1周的过程中周的过程中ab边产生的边产生的感应电动势哪个时刻最大感应电动势哪个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最小?思考思考(sko):(sko):例与练例与练8B00adcb第24页/共38页第二十四页，共39页。如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面强磁场的平面(pngmin)内以角速度内以角速度匀速匀速转动转动,磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端两端的电势差的电势差.AOA221LBE例与练例与练9第25页/共

19、38页第二十五页，共39页。问题问题1：在：在P16图图4.4-3中中,电源在电动机线圈电源在电动机线圈(xinqun)中产生电流的方向怎中产生电流的方向怎样样?AB边、边、CD边受力方向怎样边受力方向怎样?线圈线圈(xinqun)的运动方向怎样的运动方向怎样?直流电动机的原理直流电动机的原理: 通电通电(tng din)导线在磁场中导线在磁场中 受安培力而运动受安培力而运动.问题问题2：电动机线圈在磁场：电动机线圈在磁场(cchng)中转动会产生感应电中转动会产生感应电动势吗动势吗?方向怎样方向怎样?第26页/共38页第二十六页，共39页。问题问题3：感应电动势是加强：感应电动势是加强(ji

20、qing)了电源产生的电流了电源产生的电流,还还是削弱了电源的电流是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动的转动?四、反电动势四、反电动势(fn din dn sh) 1、定义：电动机转动时产生(chnshng)的感应电动势总要削弱电源产生(chnshng)的电流,这个电动势叫反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. 线线圈要维持转动圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转化为其电能转化为其它形式的能它形式的能. .第27页/共38页第二十七页，共39页。问题问题4：如果电动机因机械阻力过大

21、而停：如果电动机因机械阻力过大而停止转动止转动(zhun dng),会发生什么情况会发生什么情况?这这时应采取什么措施时应采取什么措施?四、反电动势四、反电动势(fn din dn sh) 3、应用：电动机停止转动, 就没有(mi yu)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.第28页/共38页第二十八页，共39页。如图如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导的足够长的平行金属导轨轨MN和和PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M和和P之间接有之间接有R=3.0的定值电阻的定值电阻,导体棒长导体棒长ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=

22、1.0,与导轨与导轨接触良好接触良好.整个装置处于方向竖直向下整个装置处于方向竖直向下(xin xi)的匀强的匀强磁场中磁场中,B=0.4T.现使现使ab以以v=10ms的速度向右做匀速运的速度向右做匀速运动动.(1)ab中的电流多大中的电流多大? ab两点间的电压多大两点间的电压多大?(2)维持维持ab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动向右运动1m的过程中的过程中, 外力做的功是多少外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少电路中产生的热量是多少? RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与练例与练10第29页/共38页第二

23、十九页，共39页。关于电磁感应，下述说法关于电磁感应，下述说法(shuf)中正确的是中正确的是( )A、穿过线圈的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大感应电动势越大B、穿过线圈的磁通量为零、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为感应电动势一定为零零C、穿过线圈的磁通量的变化越大、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动势感应电动势越大越大D、穿过线圈的磁通量变化越快、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越感应电动势越大大D注意注意:感应感应(gnyng)电动势电动势E与与、 /t的的关系关系例与练例与练11第30页/共38页第三十页，共39页。如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放

24、置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面设匀强磁场和框架平面(pngmin)垂直垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方方向如图向如图.今有一导体棒今有一导体棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体框架及导体ab电阻均不计电阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动的速度向右匀速滑动时，试求：时，试求：(1)导体导体ab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小回路上感应电流的大小E=BLv=0.80VA0 . 4rREI例与练例与练12第31页/共38页第三十

25、一页，共39页。小结：由于导体运动过程中感应电动小结：由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于势不变，瞬时值等于(dngy)平均值，平均值，所以也可用下式求所以也可用下式求E.tSBtEErRRIRU如果这时跨接在电阻两端有一个如果这时跨接在电阻两端有一个(y )电压表，测得的就是外电路上的电电压表，测得的就是外电路上的电压，即压，即第32页/共38页第三十二页，共39页。如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.010-3T，在垂直磁场，在垂直磁场的平面内的平面内,有一金属棒有一金属棒AO,绕平行于磁场的绕平行于磁场的O轴顺轴顺时针转动时针转动(zhun dng),已知棒长已知棒长L=0.20m，角速，角速度度=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？，求：棒产生的感应电动势有多大？V1082242BLBStE例与练例与练13第33页/共38页第三十三页，共39页。BlvE 2/2/2BLLBLBlvE）（中小结小结(xioji)：也可用也可用进行计算进行计算,因为从因为从OA,各点的线速度是各点的线速度是均匀变化的均匀变化的,故取棒中点的速度代表故取棒中点的速度代表(dibio)棒的平均速度，由棒的平均速度，由仍得到上面仍