《法拉第电磁感应定律》课件

《法拉第电磁感应定律》（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:问题3：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。甲NSG乙产生电动势的那部分导体相当于电源穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。感应电流的大小跟哪些因素有关？问题请你猜想一下6.磁通量的变化率猜想感应电流的大小跟这些因素有关1.磁场强弱2.运动速度3.线圈匝数4.磁场方向与导体运动方向5.磁通量大小实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。

分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结论。1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率

ΔΦ/Δt成正比。一、电磁感应定律：当电动势单位为V,磁通量单位为Wb，时间单位为s时，K的取值为1.当线圈为n匝时(2)磁通量的变化率对应Φ­t图线上某点切线的斜率．oΦt2.法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系．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、磁通量的变化无直接关系:磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定大(小,零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小).思考与讨论

物理意义与电磁感应关系磁通量Ф（状态量）穿过回路的磁感线的条数多少无直接关系磁通量变化△Ф（过程量）穿过回路的磁通量变化了多少产生感应电动势的条件磁通量变化率ΔΦ/Δt穿过回路的磁通量变化的快慢

决定感应电动势的大小理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则

(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则(3)磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初应用法拉第电磁感应定律的三种情况例题1：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。例题2：一个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。二、导体切割磁感线运动时的感应电动势1、导体垂直切磁感线.动生电动势：由于导体运动而产生的电动势。2.导体斜切磁感线（θ为v与B夹角）若v//B：E=0（无切割）LvB

公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。L应指切割磁感线的有效长度练：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？练2：如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求：(1)导体ab上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小E=BLv=0.80V3.导体转动切割磁感线导体棒在磁场中转动时，长为L的导体棒OA以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势ωAOA'1、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,感应电动势越大B、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零C、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动势越大D、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D注意:感应电动势E与Φ、△Φ、△Φ/△t的关系课堂练习Φ/10-2Wbt/sABD0120.12、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0.4VABD斜率表示Φ的变化率3、在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00'以角速度ω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B00'aωdcb4、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,它们的电阻不计,在M和P之间接有R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m／s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?RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V5、如图,有一匀强磁场B=1.0×10-3T，在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20m，角速度ω=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？探究一法拉第电磁感应定律情境探究如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么?(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?(3)在图中,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?要点提示

(1)穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。(2)由闭合电路欧姆定律I=知,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。(3)磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。知识归纳比较项目磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化率物理意义某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数在某一过程中穿过某个面的磁通量的变化量穿过某个面的磁通量变化的快慢2.对法拉第电磁感应定律的理解(1)E=n一般用来求Δt时间内感应电动势的平均值。其中n为线圈匝数,ΔΦ总是取绝对值。(2)常见感应电动势的计算式有:实例引导例1(多选)如图甲所示线圈的匝数n=100,横截面积S=50cm2,线圈总电阻r=10Ω,沿轴向有匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化,则在开始的0.1s内(

)A.磁通量变化量的大小为0.25WbB.磁通量的变化率为2.5×10-2Wb/sC.a、b间电压为零D.在a、b间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25A答案

BD规律方法

综合法拉第电磁感应定律和楞次定律,对于面积一定的线圈,不管磁场的方向如何变化,只要磁感应强度B随时间均匀变化,产生感应电动势的大小和方向均保持不变。所以在B-t图像中,如果图像为一条直线,不管图线在时间轴上方还是下方,整个过程感应电动势和感应电流均为恒量。变式训练

1一个面积S=4×10-2m2、匝数n=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图所示,由图可知(

)A.在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化率为8Wb/sB.在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化量等于零C.在开始的2s内线圈中产生的感应电动势等于8VD.在第3s末的感应电动势为零答案

C探究二导线切割磁感线时的电动势情境探究1.如图甲所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势。2.若将轨道一端抬高,如图乙所示,直导线ab仍与磁场垂直,但速度与磁感线方向有一个夹角θ(θ≠90°),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?要点提示

1.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丙所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt2.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丁所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔSsin

θ=BlvΔtsin

θ知识归纳1.对公式E=Blvsin

θ的理解(1)当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0。(2)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段的长度来计算。如图中线段ab的长度即为导线切割磁感线的有效长度。

开口长度,与速度垂直

(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以a为圆心,以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。公式E=nE=Blvsinθ研究对象某个回路回路中做切割磁感线运动的那部分导体内容(1)求的是Δt时间内的平均感应电动势,E与某段时间或某个过程对应;(2)当Δt→0时,E为瞬时感应电动势(1)若v为瞬时速度,求的是瞬时感应电动势;(2)若v为平均速度,求的是平均感应电动势;(3)当B、l、v三者均不变时,平均感应电动势与瞬时感应电动势相等适用范围对任何电路普遍适用只适用于导体切割磁感线运动的情况联系(1)E=Blvsinθ是由E=n在一定条件下推导出来的;(2)整个回路的感应电动势为零时,回路中某段导体的感应电动势不一定为零实例引导例2

如图所示,MN、PQ为两条平行放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为(

)答案

B变式训练

2在如图所示的几种情况中,金属导体中产生的感应电动势为Blv的是(

)A.乙和丁B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁D.只有乙解析

甲、乙、丁三图中,B、v、l两两垂直,且l为有效切割长度,产生的感应电动势都为E=Blv,丙图中E=Blvsin

θ。答案

B例3