选修3-2-4.4《法拉第电磁感应定律》

1、 1、如图所示，当条形磁铁、如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流铜环里产生的感应电流的方向怎样？铜环运动的方向怎样？铜环运动情况怎样？情况怎样？复习回顾复习回顾原磁场原磁场方向方向穿过回路穿过回路磁通量的磁通量的变化变化感应电流感应电流磁场方向磁场方向感应电流感应电流方向（右方向（右视）视）向左向左增加增加向右向右 逆时针逆时针铜环向右运动铜环向右运动研究对象：铜环研究对象：铜环（课本（课本14页第页第6题）题）圆环圆环.mp4如图如图A A、B B都是很轻的铝环，环都是很轻的铝环，环A A是闭合的，环是闭合的，环B B是断是断开的，用磁铁的任一

2、极去接近开的，用磁铁的任一极去接近A A环，会产生什么现环，会产生什么现象？把磁铁从象？把磁铁从A A环移开，会产生什么现象？磁极移环移开，会产生什么现象？磁极移近或远离近或远离B B环，又会发生什么现象？解释所发生的环，又会发生什么现象？解释所发生的现象现象AB“来拒去留来拒去留”3、一水平放置的矩形闭合线圈、一水平放置的矩形闭合线圈abcd，在细长磁，在细长磁铁的铁的N极附近竖直下落，由图示位置极附近竖直下落，由图示位置经过位置经过位置到位置到位置，位置，位置和位置和位置都很靠近位置都很靠近位置 在这个过程中，线圈中感应电流：在这个过程中，线圈中感应电流： A.沿沿abcd流动流动 B.沿

3、沿dcba流动流动C.从从到到是沿是沿abcd流动，流动， 从从到到是沿是沿dcba流动流动D.从从到到是沿是沿dcba流动，流动， 从从到到是是 沿沿 abcd 流动流动 Nabcd（A） “增反减同增反减同” 4、如图，在水平光滑的两根金属导轨上放置两根导、如图，在水平光滑的两根金属导轨上放置两根导体棒体棒AB、CD，当条形磁铁插入与拔出时导体棒如何，当条形磁铁插入与拔出时导体棒如何运动？（不考虑导体棒间的磁场力）运动？（不考虑导体棒间的磁场力）ABCD插入时：插入时：AB、CD相向运动相向运动拔出时：拔出时：AB、CD相互远离相互远离“增缩减扩增缩减扩”NS4.4节法拉第电磁感应定律教教

4、 学学 目目 标标 v1知道什么叫知道什么叫感应电动势感应电动势。v2知道知道磁通量的变化率磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的是表示磁通量变化快慢的 物理量，并能区别物理量，并能区别、。、。v3理解法理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式拉第电磁感应定律内容、数学表达式。v4知道知道E=BLvsin如何推得。如何推得。v5会用法拉第电磁感应定律解决问题。会用法拉第电磁感应定律解决问题。教学重点教学重点v法拉第电磁应感定律。法拉第电磁应感定律。（1 1）闭合电路）闭合电路利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象问题问题1 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

5、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）磁通量变化思考思考: :问题问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这个电路中就，这个电路中就有电动势有电动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的产生电动势的线圈线圈相当于电源相当于电源1、定义：、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电感应电动势（动势（E）. . 一、感应电动势一、感应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. .思考思考: :产生感应电动势电路一定是闭合的吗

6、？产生感应电动势电路一定是闭合的吗？相当于电源的导体如果有电阻，我们认为是相当于电源的导体如果有电阻，我们认为是内阻内阻。2、产生条件：、产生条件：穿过电路的穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化要认识到：要认识到：只要磁通量变化只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势电路中就产生感应电动势; 若电路若电路又又闭合闭合,电路中就有感应电流电路中就有感应电流.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; ; 产生感应电动势产生感应电动势是电磁感应现象的本质是电磁感应现象的本质. .变化变化产生产生E产生产生I 问题问题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

7、指针偏转原因是什么？观察实验观察实验,分析思考分析思考:知：由总REI 指针偏转越大，说明指针偏转越大，说明I越大越大,总电阻一定时总电阻一定时,就说明感应就说明感应电动势电动势E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有什么关系？有什么关系？变化的快慢不同变化的快慢不同 都发生了变化都发生了变化都产生了都产生了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等结论：磁通量变化结论：磁通量变化越快越快，感应电动势越大。，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

8、实验中，将条形磁铁在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位从同一高度插入线圈中同一位置，置，快速插入快速插入和和缓慢插入缓慢插入有什有什么相同和不同么相同和不同? 磁通量的变化率磁通量的变化率二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的电路的磁通量磁通量的的变化率变化率成成正比正比。 1 1.内容内容: :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，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。应电流的方向另行判断。2 2.公式公式: :n为线圈的匝数为线圈的匝数1V=1Wb/s问题问题1：磁通量大：

9、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?可以类比速度可以类比速度 (V) 、速度的变化、速度的变化(V) 和加速度和加速度(a= V/ t)思考与讨论思考与讨论3、理解、理解:、/t的意义的意义决定决定感感应电动势应电动势的的大小大小 1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S发生发生变化变化,SS2-S1,此时：此时： 2.垂直于磁场的回路垂直于磁场的回路面积面积S不变不变,磁感应强度磁感应强度B发生发生变化变化,BB2-B1,此时：此时：4、应用、应用:用公式用

10、公式 求求E的二种的二种常见情况常见情况：tnEtSBnEtBSnE有一个有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电，求感应电动势。动势。 25V例与练例与练1tnE一个一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s内穿过它内穿过它的磁通量从的磁通量从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2tnE一个匝数为一个匝数为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, 在在0.5s内穿过它的内穿过它的磁场从磁场从1T增加到增加到9T。求线圈中的感。求线

11、圈中的感应电动势。应电动势。1.6V例与练例与练3tBSnE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以角以角速度速度作作匀速转动匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B，从，从金属环面与磁场方向金属环面与磁场方向重合时开始计时重合时开始计时,则在则在 金属环金属环转过转过900角的过程中，环中产生的电动势的角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大平均值是多大?00B22rBE例与练例与练4ab Gabv回路在时间回路在时间t内增大的面积为：内增大的面积为：S=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为：穿过回

12、路的磁通量的变化为：=BStE =BLvtttBLv BLv （V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图所示闭合线框一部分导体如图所示闭合线框一部分导体ab长长l,处于匀强磁场中，处于匀强磁场中，磁感应强度是磁感应强度是B，ab以速度以速度v匀速匀速切割磁感线，求产生的感切割磁感线，求产生的感应电动势应电动势?vB BV1V2若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线导体斜切磁感线)注意：注意：2、导线的长度、导线的长度L应为应为有效长度有效长度1、导线运动方向和磁感线、导线运动

13、方向和磁感线平行平行时时, E=0Lv为为v与与B夹角夹角sin1BLvBLvE三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势BLvE v v 、B B、L L两两垂直两两垂直三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如果是如果是LLB,LB,L V V，但，但B B与与V V有夹角有夹角，sin1BLvBLvEtnEsin BLvE求平均感应电动势求平均感应电动势-平均值平均值t近于近于0时，时，E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势若若B和和L不变时，不变时，v是平均速度，是平均速度，求平均感应电动势求平均感应电动势v是瞬时速度，求瞬时感应电动势是瞬时速

14、度，求瞬时感应电动势-瞬时值瞬时值四、反电动势四、反电动势-课本课本16页页17页页 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电动势电动机转动时产生的感应电动势总要总要削弱削弱电电源产生的电流源产生的电流,这个电动势叫这个电动势叫反电动势反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动线圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转电能转化为其它形式的能化为其它形式的能. .楞次楞次.视频视频楞次定律是一场爱情楞次定律是一场爱情(文科生不要看文科生不要看) 标清标清.flv/10- -2Wbt/sA BD0120.1单匝单匝矩形线圈在

15、匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线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：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、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时间内平均感应电动势为时间内平均感应电动势为0.4VABD例与练例与练5斜率表示斜率表示的的变化率变化率如图，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

16、直于B的平面内运动，的平面内运动，速度速度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感应产生的感应电动势。电动势。abvE=BLVsin例与练例与练6在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程的过程 中的平均感中的平均感应电动势应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc

17、=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00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:(2)线圈转过线圈转过1/2周周的过程的过程 中的平均感应电动势中的平均感应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb在磁感应强度为在磁感应强度为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的矩形线圈的矩形线圈,边边长长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置逆时针方由图示位置逆时针方向转动。求向转动。求:(1)转过转过1/4周周时时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(2)转过转过1/2周周时时ab边产生的瞬时感应电动势

18、边产生的瞬时感应电动势2sinsin21LnBLBLvE转动转动1周的过程中周的过程中ab边产生的感应电边产生的感应电动势哪个时刻最大动势哪个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最小?思考思考: :例与练例与练8B00adcb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？ (1) 求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势, E和某段时间或某个和某段时间或某个过程对应；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和某个时刻或某个位置和某个时刻或某个位置对应对应.(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；求出的是某部分导

19、体的电动势。回路中求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。应电动势不一定为零。vabcdL1、区别：区别：(1)公式公式中的时间趋近于中的时间趋近于0时，则时，则E为瞬为瞬时感应电动势时感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E为平为平均感应电动势。均感应电动势。2、联系：、联系：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.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内

20、以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端的电势差两端的电势差.AOA221LBE例与练例与练9问题问题1：在在P16图图4.4-3中中,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?AB边、边、CD边受力方向怎样边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样线圈的运动方向怎样?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：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗吗?方向怎样方向怎样?问题问题3：感应电动势是加强了

21、电源产生的电流感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削还是削弱了电源的电流弱了电源的电流?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 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电动势电动机转动时产生的感应电动势总要总要削弱削弱电电源产生的电流源产生的电流,这个电动势叫这个电动势叫反电动势反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动线圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转电能转化为其它形式的能化为其它形式的能. .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

22、够长的平行金的足够长的平行金属导轨属导轨MN和和PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M和和P之间接之间接有有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=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中下的匀强磁场中,B=0.4T.现使现使ab以以v=10ms的速的速度向右做匀速运动度向右做匀速运动.(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

23、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关于电磁感应，下述说法中正确的是关于电磁感应，下述说法中正确的是( )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,感应电动势一定感应电动势一定为零为零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,感应电动感应电动势越大势越大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,感应电动势感应电动势越大越大D注意注意:感应电动势感应电动势E与与、

24、 /t的关系的关系例与练例与练11如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放置的导体框架,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垂直设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方向如图方向如图.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,并能无摩擦地沿框并能无摩擦地沿框滑动滑动,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的速度向右的速度向右匀速滑动时，试求：匀速滑动时，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=0.80V

25、A0 . 4rREI例与练例与练12小结：小结：由于导体运动过程中感应电动由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可势不变，瞬时值等于平均值，所以也可用下式求用下式求E.tSBtEErRRIRU如果这时跨接在电阻两端有一个电压如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即表，测得的就是外电路上的电压，即如图如图,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,已知棒长已知棒长L=0.20m，角速度，角速度=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多