44 法拉第电磁感应定律ppt课件

1、4 4、4 4 法拉第法拉第电磁感应定律电磁感应定律 引入： 在本章第一节中，我们知道在电能生磁的根底上，法拉第发现了磁也能生电，从而深化地提示了电景象和磁景象之间是有联络的。在此根底上，我们当然要问：要产生感应电流，需求满足什么条件？第二节我们就探求了这个问题。在处理了什么条件下会产生感应电流的问题后，我们自然又会问：产生出来的感应电流方向如何？第三节楞次定律和右手的那么又协助我们回答了这个问题。如今我们又有一个新的问题：怎样计算出来的感应电流的大小？要弄清这个问题，我们来学习第四节：法拉第电磁感应定律。助学目的：ttnE21=2EBL wtnE 1、经过自主预习，知道什么是感应电动势； 2

2、、经过自主预习，小组讨论，知道磁通量的变化率表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别，和 的含义； 3、经过自主预习，小组讨论，教师点拨，了解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式；会推导公式 以及E=BSW,会用 和 处理实践问题。、sinBlvE sinBlvE 实验景象回想实验景象回想NS电路中产生继续电流的条件是什么？电路中产生继续电流的条件是什么？1 1电路闭合电路闭合2 2 有电源有电源 电源在哪里？电源在哪里？一、磁通量一、磁通量 磁通量变化磁通量变化 磁通量变化率磁通量变化率与电磁感应的关系与电磁感应的关系 物理意义物理意义与电磁感应的关与电磁感应的关系系 磁通量磁通量 B B和和S

3、 S的乘积或穿的乘积或穿过回路的磁感线过回路的磁感线的条数。的条数。=BS=BS无关无关 磁通量变化磁通量变化 末形状和初形状末形状和初形状的磁通量之差。的磁通量之差。=感应电动势产生感应电动势产生的条件的条件 磁通量变化率磁通量变化率穿过回路的磁通穿过回路的磁通量的变化快慢量的变化快慢决议感应电动势决议感应电动势的大小的大小tt12t1212tt 问题：问题： 影响感应电动势大小的要素有哪些？影响感应电动势大小的要素有哪些？1将条形磁体插入线圈，将条形磁体插入线圈，电流表指针偏转。其缘由是什电流表指针偏转。其缘由是什么？电流表指针偏转程度跟感么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系

4、？应电动势的大小有什么关系？2将条形磁体从同一高度插入线圈中，快将条形磁体从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么一样和不同？插入和慢插入有什么一样和不同？从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同 不同不同磁通量变化量磁通量变化量 一样一样都产生感应电流都产生感应电流 I磁铁插入的所用时间不同磁铁插入的所用时间不同感应电流感应电流 I 大小不同大小不同问题：问题： 影响感应电动势大小的要素有哪些？影响感应电动势大小的要素有哪些？从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同 不同不同磁通量变化量磁通量变化量 一样一样都产生感应电流都产生感应电流 I磁铁插入的快慢不同磁铁插入的快慢不

5、同感应电流感应电流 I 大小不同大小不同实验结果：实验结果： 影响感应电动势大小影响感应电动势大小的要素是的要素是 。磁。磁通量变化越快，感应电动势越大。通量变化越快，感应电动势越大。磁通量变化的快慢磁通量变化的快慢感应电动势大小感应电动势大小不同不同磁通量变化快慢磁通量变化快慢不同不同猜测：猜测： 感应电动势大小与磁通量感应电动势大小与磁通量变化快慢有关。变化快慢有关。1 1、感应电动势、感应电动势 E E 二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小感应电动势的大小1 1定义定义: :在电磁感应景象中产生的电动势。在电磁感应景象中产生的电动势。2 2磁通量变化越快，感应电

6、动势越大。磁通量变化越快，感应电动势越大。 磁通量变化磁通量变化磁通量变化快慢磁通量变化快慢磁通量磁通量 t 12 1212tt 1 1、感应电动势、感应电动势 E E 二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小感应电动势的大小1 1定义定义: :在电磁感应景象中产生的电动势。在电磁感应景象中产生的电动势。2 2磁通量变化越快，感应电动势越大。磁通量变化越快，感应电动势越大。 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一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。电路的磁通量的变化率成正比。 2 2、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律 1 1内容内容: :tE

7、tKE (K(K是一个常数是一个常数) )tnE(n(n为线圈的匝数为线圈的匝数) )1 1、感应电动势、感应电动势 E E 二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小感应电动势的大小 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一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。电路的磁通量的变化率成正比。 2 2、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律 1 1内容内容: :tnE(n(n为线圈的匝数为线圈的匝数) )2 2数学表数学表达式达式: :t1212tt 平均磁通平均磁通量变化率量变化率 E平均感应电动势平均感应电动势 特别留意：1感应电动势的大小决议于穿过电路

8、的磁通量的变化率 ，而与 的大小、 的大小没有必然联络。t2 是 t图像的切线斜率。t3 求出的是平均感应电动势。tnE复习提问：1、和t之间有什么区别和联络？tt答： 大，和不一定大；、大， 不一定大。它们之间的关系与速度、速度变化量和速度变化率加速度的关系类似。2、法拉第电磁感应定律的内容及表达式是什么？ 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路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。的磁通量的变化率成正比。tnE。 例：如下图，一个50匝的线圈的两端跟R99的电阻相衔接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是202，电阻为1，磁感应强度以100Ts的变化率均匀减少

9、。在这一过程中经过电阻R的电流为多大？线圈某一横截面内经过的电荷量是多少？BEnnStt450 100 20 1010V100.199 1EIARr解析：解析：稳定练习：稳定练习：1 1穿过一个单匝线圈的磁通量一直为每秒钟穿过一个单匝线圈的磁通量一直为每秒钟均匀地添加均匀地添加2 Wb2 Wb，那么：，那么： A A线圈中的感应电动势每秒钟添加线圈中的感应电动势每秒钟添加2 V2 V B B线圈中的感应电动势每秒钟减少线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V2 V C C线圈中的感应电动势一直是线圈中的感应电动势一直是2 V2 V D D线圈中不产生感应电动势线圈中不产生感应电动势三、重要的推论三、

10、重要的推论 如下图闭合线圈一部分导体如下图闭合线圈一部分导体abab处于匀强磁场处于匀强磁场中，磁感应强度是中，磁感应强度是B B，abab以速度以速度v v匀速切割磁感线，匀速切割磁感线，求产生的感应电动势。求产生的感应电动势。 回路在时间回路在时间t t内增大的面积内增大的面积为：为： S=LvtS=Lvt解：解：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 G Gv vB BV V2 2V V1 1=Vsin =Vsin 假设导体斜切磁感假设导体斜切磁感线线 当速度当速度v与磁感应强度

11、与磁感应强度B不垂直时，可不垂直时，可将将B分解为平行于速度分量分解为平行于速度分量B|对感应电对感应电动势无奉献，垂直于速度分量动势无奉献，垂直于速度分量B，那，那么感应电动势：么感应电动势： IB|BBvsinBlvlvBE为B、v之间的夹角特别留意：特别留意：1、为B、v之间的夹角；2、公式E=BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度，即导线在垂直磁场方向投影的长度的。Bv在上图中在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。是圆弧切割磁感线的有效长度。公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的比较的比较 (1) (1) 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

12、某段时间或某和某段时间或某个过程对应；个过程对应； 求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E E和某个和某个时辰或某个位置对应时辰或某个位置对应. .(2)(2)求出的是整个回路的感应电动势；求出的是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。路中某段导体的感应电动势不一定为零。vabcdL区别：区别：(1)(1)公式中的时间趋近于公式中的时间趋近于0 0时，那么时，那么E E为瞬为瞬时感应电动势时感应电动势(2)(2)公式中公式中v v假设代表平均速度，那么假设

13、代表平均速度，那么E E为平均感应电动势。为平均感应电动势。联络：联络：公式和公式是一致的公式和公式是一致的.如图，设匀强磁场的磁感应强度为如图，设匀强磁场的磁感应强度为B，导，导体棒体棒ab的长度为的长度为L,以速度以速度v在导轨上向右匀在导轨上向右匀速运动。求此时速运动。求此时a、b两点间的电势差。知两点间的电势差。知导轨的总电阻为导轨的总电阻为R,导体棒导体棒ab的电阻为的电阻为r。abvR在上题中，导体棒在上题中，导体棒ab的质量为的质量为m。假设开。假设开场导体棒场导体棒ab在导轨上静止，用一程度向右在导轨上静止，用一程度向右的恒力的恒力F拉导体棒，使它向右运动，试分拉导体棒，使它向

14、右运动，试分析导体棒的受力情况、运动情况。求出导析导体棒的受力情况、运动情况。求出导体棒运动的最大速度。体棒运动的最大速度。abFVabF运动分析：运动分析：FF安安程度方向程度方向受力分析：受力分析：F合=F F安vEIF合a a=0?NYVm22)LBrRFvm（当当F=F安时，安时，a=0, 此时导体棒最大速度为此时导体棒最大速度为:BGF安安N当当mgsin =F安时，安时，a=0,此时导体棒最大速度为此时导体棒最大速度为:22sinLBmgRvm 如下图，长为 的金属杆OA绕过O点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够

15、大。求OA杆产生感应电动势的大小。解析：解析： 由于由于OA杆是匀速转动，故杆是匀速转动，故OA产生的感应电动势是恒定的，产生的感应电动势是恒定的，其平均值与瞬时值一样，求感其平均值与瞬时值一样，求感应电动势的两个公式均可以用。应电动势的两个公式均可以用。 OlABCRO 例例4：如下图，在磁感应强度为：如下图，在磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场中，有半径为中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，点在框架上滑动的导体棒，OA之之间连一个阻值为间连一个阻值为R的电阻其他电阻都不计，的电阻其他电阻都不计，假设使假设使OC以角速度以角

16、速度匀速转动。试求：匀速转动。试求：1图中哪部分相当于电源？图中哪部分相当于电源？2感应电动势感应电动势E为多少？为多少？3流过电阻流过电阻R的电流的电流I为多少？为多少？如下图，边长为如下图，边长为a的正方形金属线圈绕经过的正方形金属线圈绕经过OO轴，以角速度轴，以角速度做匀速转动，匀强磁场做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B，求以下情况的平均感应，求以下情况的平均感应电动势电动势1线框从图示位置转过线框从图示位置转过9002线框从图示位置转过线框从图示位置转过18003线框从图示位置转过线框从图示位置转过300oO四四. .反电动势反电动势1.1.既然线圈在磁场中转动，线圈中

17、就会产生感应电动势。既然线圈在磁场中转动，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源了产生的电流感应电动势加强了电源了产生的电流, ,还是减弱了它？还是减弱了它？是有得于线圈的转动是有得于线圈的转动, ,还是妨碍了线圈的转动？还是妨碍了线圈的转动？电动机转动是时电动机转动是时, ,线圈线圈中产生的感应电动势中产生的感应电动势总要减弱电源电动势总要减弱电源电动势的作用的作用, ,妨碍线圈的转妨碍线圈的转动动. .反电动势反电动势2.2.电动机由于机械缺电动机由于机械缺点停转点停转, ,要立刻切断要立刻切断电源。电源。2 2一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一

18、个固定轴做匀速转动，当线圈处于如下图位置时，它的：匀速转动，当线圈处于如下图位置时，它的： A.A.磁通量最大磁通量最大, ,磁通量变化率最大磁通量变化率最大, ,感应电动势最大感应电动势最大B.B.磁通量最小磁通量最小, ,磁通量变化率最大磁通量变化率最大, ,感应电动势最大感应电动势最大C.C.磁通量最大磁通量最大, ,磁通量变化率最小磁通量变化率最小, ,感应电动势最大感应电动势最大D.D.磁通量最小磁通量最小, ,磁通量变化率最小磁通量变化率最小, ,感应电动势最大感应电动势最大 如下图，导线全部为裸导线，半径为r的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图。一根长度

19、大于2r的直导线MN，以速率V在圆上自左端匀速滑到右端，电路中定值电阻为R，其他电阻忽略不计。在滑动过程中，经过电阻R的电流的平均值为_;当MN从圆环左端滑到右端的过程中，经过R的电荷量为_,当MN经过圆环中心O时，经过R的电流为_.(Brv/2R, Br2/R,2Brv/R)(Brv/2R, Br2/R,2Brv/R)运用举例运用举例例例1 1、如下图为穿过某线路的磁通量、如下图为穿过某线路的磁通量随随时间时间t t变化的关系图，试根据图阐明：变化的关系图，试根据图阐明：1 1穿过某线路的磁通量穿过某线路的磁通量何时最大？何时最大？ 何时最小？何时最小？2 2/t/t何时最大？何时最小？何时

20、最大？何时最小？3 3感应电动势感应电动势E E何时最大？何时最小？何时最大？何时最小？tOt1t2t3t4留意区分几个物理量：留意区分几个物理量：、/t/tE E只与只与/t/t有关，有关， 而与而与、无关。无关。思索与讨论：如下图，长度都是L、质量都为m的两金属杆ab、cd放在程度放置的足够长的金属导轨MN、EF上，磁感应强度为B的匀强磁场强度竖直向上，假设ab以速度v向右运动，试回答以下问题：不计一切摩擦且导轨足够长1cd杆将向哪儿动？2两金属杆各做什么性质的运动？3从开场运动直到最后，在金属框架上耗费掉的能量有多少abdcNFEMB 如图，质量为如图，质量为m,电阻为电阻为R,边边长为

21、长为l的正方形线圈从一匀的正方形线圈从一匀强场区域上方高强场区域上方高h处自在下处自在下落。设磁场的磁感应强度落。设磁场的磁感应强度为为B，方向如图，试分析：，方向如图，试分析：在线圈下边刚进入磁场到在线圈下边刚进入磁场到上边尚未进入磁场的过程上边尚未进入磁场的过程中，线圈有能够做什么运中，线圈有能够做什么运动，并讨论其条件。动，并讨论其条件。hlB下落下落h高度，线框速度为：高度，线框速度为：ghv2假设此时线框恰匀速进入假设此时线框恰匀速进入磁场，应满足：磁场，应满足：F安安=mg4422022LBgRmgvh而而F安安RvLBBLv22线框下落的高度应为：线框下落的高度应为：h0lBvF

22、安mgmgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg线框作减速运动，线框作减速运动，且加速度不断减小且加速度不断减小mgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg线框作加速运动，线框作加速运动，且加速度不断减小且加速度不断减小讨论加速运动）若（匀速运动）若（减速运动）若（,442220442220442220223222221LBgRmgvhhLBgRmgvhhLBgRmgvhhvt(1)(2)(3)0引起磁通量变化的缘由引起磁通量变化的缘由 1稳恒磁场中的导体运动稳恒磁场中的导体运动 , 或者回路面积或者回路面积变化、取向变化等变化、取向变化等

23、 动生电动势动生电动势 2导体不动，磁场变化导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势 电动势电动势+-kEIkE: 非静电的电场强度非静电的电场强度+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + vBOP一一 动生电动势动生电动势动生电动势的非静电力场来源动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力洛伦兹力-mF- -+eF感应电动势感应电动势磁通量磁通量mm变变动生电动势动生电动势磁场不变，回路面积磁场不变，回路面积 S S 变变感生电动势感生电动势回路不动，磁感应强度变回路不动，磁感应强度变Lf 在磁场中，导在磁场中，导体棒体棒ABAB以以 v v 沿金沿金属导轨向右运动，属导轨向右运动，导体切割磁力