上课4.4法拉第电磁感应定律课件(人教版选修3-2)

1、4 4法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1.1.产生感应电流的条件：穿过产生感应电流的条件：穿过_电路的磁通量发生电路的磁通量发生_。2.2.磁通量发生变化的方式：磁通量发生变化的方式：（1 1）当）当B B不变，有效面积不变，有效面积S S变化时，变化时，=_=_。（2 2）当）当B B变化，变化，S S不变时，不变时，=_=_。（3 3）B B和和S S同时变化，则同时变化，则=_=_，但，但BSBS。3.3.电路中存在持续电流的条件：电路中存在持续电流的条件：（1 1）电路）电路_。（2 2）电路中有）电路中有_。闭合闭合变化变化BSBSBSBS2 2-1 1闭合闭合电源电源一、电磁感

2、应定律一、电磁感应定律1.1.感应电动势：感应电动势：（1 1）感应电动势：在）感应电动势：在_现象中产生的电动势。现象中产生的电动势。（2 2）电源：产生感应电动势的那部分导体相当于）电源：产生感应电动势的那部分导体相当于_。（3 3）在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电）在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有流，这个回路就一定有_；回路断开时，；回路断开时，虽然没有感应电流，但虽然没有感应电流，但_依然存在。依然存在。电磁感应电磁感应电源电源感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势NSG自主探究自主探究感应电动势的大小跟哪些因素有关？感应电动势的大小跟哪些因素有关

3、？在图甲中，导线切割磁感线运动的速度越快、磁场越强，产生的感应在图甲中，导线切割磁感线运动的速度越快、磁场越强，产生的感应电流越大；在图乙中，条形磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生电流越大；在图乙中，条形磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流越大试分析感应电动势大小与什么有关？的感应电流越大试分析感应电动势大小与什么有关？分析：磁场越强、导线切割磁感线运动越快、磁铁插入的速度越快，分析：磁场越强、导线切割磁感线运动越快、磁铁插入的速度越快，本质上都是回路中本质上都是回路中磁通量变化越快磁通量变化越快，感应电流越大，说明感应电动，感应电流越大，说明感应电动势越大。（而磁通量变化的快慢可

4、以用磁通量的变化率表示势越大。（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示.） 即即磁通量的变化率越大磁通量的变化率越大，感应电动势越大，变化率越小，感应电动势，感应电动势越大，变化率越小，感应电动势越小越小2.2.法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：（1 1）内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟）内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的穿过这一电路的磁通量的_成正比。成正比。变化率变化率tntNSG（2 2）表达式：）表达式：E=_E=_ （单匝线圈）；（单匝线圈）； E=_E=_ （n n匝线圈）。匝线圈）。法拉第电磁感应定律表达式的推导过程？法拉第电磁感应定律表达式

5、的推导过程？二、导体切割磁感线时的感应电动势二、导体切割磁感线时的感应电动势1.1.垂直切割垂直切割：导体棒垂直于磁场运动，：导体棒垂直于磁场运动，B B、l、v v两两垂直两两垂直时，如图甲，时，如图甲，E=_E=_。2.2.不垂直切割不垂直切割：导线的运动方向与导线本身垂直，但与：导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为磁感线方向夹角为时，如图乙，则时，如图乙，则E=_=_E=_=_。B Blv vB Blv v1 1B BlvsinvsinE E表达式的推导过程表达式的推导过程. Gabvl甲甲NM问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的区别和联系？的区别和

6、联系？ 1 1、一般来说，、一般来说， 求出的是平均感应电动势，求出的是平均感应电动势， E E和和某段时间某段时间或者或者某个过程某个过程对应对应; ; 求出的是求出的是瞬时瞬时感应电动势，感应电动势，E E和和某个时刻某个时刻或者或者某个位置某个位置对应。对应。区别：区别： 2 2、求出的是整个回路的感应电动势求出的是整个回路的感应电动势 回路中感应电动势为零时，但是回回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。路中某段导体的感应电动势不一定为零。vabcdL1 1、公式、公式中的时间趋近于中的时间趋近于0 0时，时， E E就为瞬时感应电动势就为瞬时感应电动势2 2

7、、公式、公式中中v v若代表平均速度，若代表平均速度， 则求出的则求出的E E就为平均感应电动势。就为平均感应电动势。联系：联系：问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的区别和联系？的区别和联系？三、反电动势三、反电动势1.1.定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的生的_电源电动势作用的感应电动势。电源电动势作用的感应电动势。2.2.作用：作用：_线圈的转动。线圈的转动。阻碍阻碍削弱削弱V V此电动势阻碍电路中原来的此电动势阻碍电路中原来的电流电流. 故称之为反电动势故称之为反电动势NS电动机电动机安 培 力 方 向安

8、培 力 方 向 转 动 速 度 方 向转 动 速 度 方 向【思考辨析】【思考辨析】1.1.判断正误：判断正误：（1 1）在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电）在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流。（）流。（）（2 2）磁通量越大，磁通量的变化量也越大。（）磁通量越大，磁通量的变化量也越大。（）（3 3）穿过某电路的磁通量变化量越大，产生的感应电动势就）穿过某电路的磁通量变化量越大，产生的感应电动势就越大。（）越大。（）（4 4）闭合电路置于磁场中，当磁感应强度很大时，感应电）闭合电路置于磁场中，当磁感应强度很大时，感应电动势可能为零；当磁感应强度为零时，感应电动势可能很

9、动势可能为零；当磁感应强度为零时，感应电动势可能很大。（）大。（）（5 5）只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势。（）只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势。（）提示：提示：（1 1）。不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量。不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势；有感应电动势不一定发生变化，电路中就会产生感应电动势；有感应电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭合），有感应电流一定存在感存在感应电流（要看电路是否闭合），有感应电流一定存在感应电动势。应电动势。（2 2）。与与的大小没有直接关系。穿过一个平面的磁的大小没有直接关系。穿过一个平面的磁通量大

10、，磁通量的变化量不一定大。通量大，磁通量的变化量不一定大。（3 3）。感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，而与。感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，而与、的大小没有必然的联系。的大小没有必然的联系。（4 4）。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小，所以上述两种情况均于磁通量的变化率而不是磁通量的大小，所以上述两种情况均有可能。有可能。（5 5）。反电动势是与电源电动势相反的电动势，其作用是。反电动势是与电源电动势相反的电动势，其作用是削弱电源的电动势。产生反电动势的前提是必须有电源存在。削弱电源的电动势

11、。产生反电动势的前提是必须有电源存在。2.2.问题思考：问题思考：（1 1）导体棒运动速度越大，产生的感应电动势越大吗？）导体棒运动速度越大，产生的感应电动势越大吗？提示：提示：导体棒切割磁感线时，产生的感应电动势的大小与垂直磁导体棒切割磁感线时，产生的感应电动势的大小与垂直磁感线的速度有关，而速度大，垂直磁感线方向的速度不一定大。感线的速度有关，而速度大，垂直磁感线方向的速度不一定大。所以，导体棒运动速度越大，产生的感应电动势不一定越大。所以，导体棒运动速度越大，产生的感应电动势不一定越大。（2 2）电动机工作时，通过电动机的电流）电动机工作时，通过电动机的电流I I为什么要小于为什么要小于

12、 ？（U U为加在电动机两端的电压，为加在电动机两端的电压，R R为电动机线圈的电阻）为电动机线圈的电阻）提示：提示：由于电动机工作时，线圈转动切割磁感线而产生一个由于电动机工作时，线圈转动切割磁感线而产生一个反电动势，使线圈两端的电压减小。所以，线圈中的电流反电动势，使线圈两端的电压减小。所以，线圈中的电流IIURUR。一一 对法拉第电磁感应定律的理解对法拉第电磁感应定律的理解1.1.、 的比较：的比较：ttt21BSSB 21|tSBttBSt 2 2对感应电动势的理解：对感应电动势的理解：（1 1）感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化）感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化

13、率率 而与而与、的大小没有必然关系，与电路的电的大小没有必然关系，与电路的电阻阻R R无关；感应电流的大小与无关；感应电流的大小与E E和回路总电阻和回路总电阻R R有关。有关。（2 2）磁通量的变化率）磁通量的变化率 是是-t-t图像上某点切线的斜率。图像上某点切线的斜率。（3 3）用）用E E 所求的感应电动势为整个闭合电路的感所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势，而不是回路中某部分导体两端的电动势。应电动势，而不是回路中某部分导体两端的电动势。t，tnt【特别提醒】【特别提醒】（1 1）利用法拉第电磁感应定律计算出）利用法拉第电磁感应定律计算出的电动势是一段时间内电动势的平均值。的

14、电动势是一段时间内电动势的平均值。（2 2）当穿过某回路磁通量的变化率为恒定值时，产）当穿过某回路磁通量的变化率为恒定值时，产生的电动势将为恒量，在闭合回路中可形成恒定电流。生的电动势将为恒量，在闭合回路中可形成恒定电流。（3 3）利用公式）利用公式E E 计算线圈中的磁通量发生变计算线圈中的磁通量发生变化产生电动势时，化产生电动势时，n n为线圈的匝数。为线圈的匝数。nt【典例【典例1 1】一个一个200200匝、面积为匝、面积为20 cm20 cm2 2的线圈，放在磁场中，磁的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成场的方向与线圈平面成3030角，若磁感应强度在角，若磁感应强度在0.05

15、s0.05 s内由内由0.1 T0.1 T增加到增加到0.5 T0.5 T，在此过程中，在此过程中（1 1）穿过线圈的磁通量的变化量是多少？）穿过线圈的磁通量的变化量是多少？（2 2）磁通量的平均变化率多大？）磁通量的平均变化率多大？（3 3）线圈中感应电动势大小为多少？）线圈中感应电动势大小为多少？【解题探究】【解题探究】（1 1）磁通量的变化量用）磁通量的变化量用_求解。求解。（2 2）感应电动势大小用）感应电动势大小用_计算。计算。2 2-1 1Ent【标准解答】【标准解答】（1 1）磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引）磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的，则起的，则1 1=B=B

16、1 1SsinSsin2 2=B=B2 2SsinSsin=2 2-1 1，所以，所以=BSsin=BSsin=（0.5-0.10.5-0.1）20201010-4-40.5Wb=40.5Wb=41010-4-4WbWb（2 2）磁通量的变化率为）磁通量的变化率为 =8=81010-3-3Wb/sWb/s（3 3）感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得）感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得E= =200E= =2008 81010-3-3V=1.6 VV=1.6 V。答案：答案：（1 1）4 41010-4-4Wb Wb （2 2）8 81010-3-3Wb/s Wb/s （3 3）

17、1.6 V1.6 V44 10 Wb/st0.05nt【变式训练】【变式训练】（多选）（多选）（20132013广州高二检测）闭合回路的磁通量广州高二检测）闭合回路的磁通量随时间随时间t t的变化图像分别如图所示，关于回路中产生的感应电动势的的变化图像分别如图所示，关于回路中产生的感应电动势的论述，其中不正确的是（）论述，其中不正确的是（）A.A.图甲的回路中没有感应电动势图甲的回路中没有感应电动势B.B.图乙的回路中感应电动势恒定不变图乙的回路中感应电动势恒定不变C.C.图丙的回路中图丙的回路中0 0t t1 1时间内的感应电动势小于时间内的感应电动势小于t t1 1t t2 2时间内的感应

18、时间内的感应电动势电动势D.D.图丁的回路中感应电动势先变大，再变小图丁的回路中感应电动势先变大，再变小【解析】【解析】选选C C、D D。根据法拉第电磁感应定律，。根据法拉第电磁感应定律，E= E= 在在-t-t图像上，若图像上，若n=1n=1，图线某点切线的斜率表示感应电动势，图线某点切线的斜率表示感应电动势的大小。图甲：的大小。图甲： =0=0，A A正确；图乙：正确；图乙： 是一定值，感应电是一定值，感应电动势恒定不变，动势恒定不变，B B正确；图丙：正确；图丙：0 0t t1 1的斜率比的斜率比t t1 1t t2 2的大，即的大，即图丙的回路中图丙的回路中0 0t t1 1时间内的

19、感应电动势大于时间内的感应电动势大于t t1 1t t2 2时间内的感时间内的感应电动势，应电动势，C C错误；图丁：斜率先变小后变大，即感应电动势错误；图丁：斜率先变小后变大，即感应电动势先变小再变大，先变小再变大，D D错误。错误。nt，tt【变式备选】【变式备选】（多选）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，（多选）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，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，则如图所示，则0 0D D过程中（）过程中（）A.A.线圈中线圈中0 0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B.B.线圈中线圈中

20、D D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C.C.线圈中线圈中D D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D.D.线圈中线圈中0 0D D时间内平均感应电动势为时间内平均感应电动势为0.4V0.4V【解析】【解析】选选A A、B B、D D。由法拉第电磁感应定律知线圈中。由法拉第电磁感应定律知线圈中0 0D D时间内的平均感应电动势时间内的平均感应电动势E= DE= D正确；正确；由感应电动势的物理意义知，感应电动势的大小与磁通量的由感应电动势的物理意义知，感应电动势的大小与磁通量的大小大小和磁通量的改变量和磁通量的改变量均无必然联系，仅由磁通量的均无必然联系，仅由磁通量的变化率变化率 决定，而

21、任何时刻磁通量的变化率决定，而任何时刻磁通量的变化率 就是就是-t-t图图像上该时刻切线的斜率，不难看出像上该时刻切线的斜率，不难看出0 0时刻处切线斜率最大，时刻处切线斜率最大，D D点点处切线斜率最小为零，故处切线斜率最小为零，故A A、B B正确，正确，C C错误。错误。32 10V0.4 V0.01t2，tt（2 2）S S闭合后，将对闭合后，将对C C充电，充电结束后电容器支路断路，充电，充电结束后电容器支路断路，电容器两端的电势差等于电容器两端的电势差等于R R2 2两端的电压两端的电压U UIRIR2 2=2.4 V=2.4 V因此，其充电量因此，其充电量Q QCUCU7.27.210105 5 C CS S断开后，电容器只通过断开后，电容器只通过R R2 2放电，所以放电量为放电，所以放电量为7.27.210105 5 C C答案：答案：（1 1）0.4 A 0.4 A 电流方向向下电流方向向下 （2 2）7.27.210105 5 C C关于关于、 的关系辨析的关系辨析（1 1） 与与、没有直接关系，没有直接关系，很大时，很大时， 可能很可能很小，也可能很大；小，也可能很大