4.4 法拉第电磁感应定律(人教高中选修3-2)
文档属性
| 名称 | 4.4 法拉第电磁感应定律(人教高中选修3-2) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 743.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-10-25 16:48:48 | ||
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文档简介
课件53张PPT。1．理解感应电动势的概念。
2．理解法拉第电磁感应定律的内容，并能够
运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电
动势的大小。
3．能够运用E＝Blv或E＝Blvsin θ计算导体
切割磁感线时的感应电动势。
4．会用楞次定律或右手定则判断感应电动势
的方向。［读教材·填要点］ 1．感应电动势
(1)定义：在 现象中产生的电动势。
(2)感应电动势与感应电流的关系：
产生感应电动势的部分相当于 ，闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流，若导体回路不闭合，则没有 ，但仍有 。电磁感应电源感应电流感应电动势磁通量的变化率韦伯伏特 3．导线切割磁感线时的感应电动势
(1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图4－4－1所示，E＝ 。
图4－4－1 图4－4－2
(2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图4－4－2所示，E＝ 。BlvBlvsin θ 4．反电动势
(1)定义：电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们称它为反电动势。
(2)作用：阻碍线圈的转动。
(3)能量转化：反电动势阻碍转动的过程即为电路中电能转化为其他形式能的过程。 [关键一点] 反电动势是电动机转动时线圈切割磁感线运动时产生的，电动机工作时，因有反电动势存在，所以欧姆定律不能直接使用。［试身手·夯基础］ 1. 下列几种说法正确的是 ( )
A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势
一定越大
B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定
越大
C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动
势一定越大
D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势
一定越大解析：依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关，与线圈匝数和磁通量的变化率成正比。因此，选项A、B都是错误的。磁场的强弱与感应电动势也无关，所以，选项C也是不对的。线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化率越大， 依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，在此条件下线圈中产生的感应电动势越大，故选项D是正确的。
答案： D2．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀地减少
2 Wb，则 ( )
A．线圈中感应电动势每秒增加2 V
B．线圈中感应电动势每秒减小2 V
C．线圈中无感应电动势
D．线圈中感应电动势大小不变解析：因线圈的磁通量均匀变化，所以磁通量的变化率ΔΦ/Δt为一定值，又因为是单匝线圈，据E＝ΔΦ/Δt可知选项D正确。
答案： D3．试写出如图4－4－3所示的各种情况下，导线中所产
生的感应电动势的表达式(导线长均为l，速度为v，磁感应强度为B，图丙中导体垂直纸面)。图4－4－3解析：图甲中导线的速度与B在同一平面内，故图甲中感应电动势E1＝0。
图乙中磁感应强度B、导线l、导线的速度v相互垂直，故E2＝Blv。
图丙中导线与B平行，导线运动时不切割磁感线，故E3＝0。
答案：甲：E1＝0 乙：E2＝Blv 丙：E3＝0答案：8×10－2 8 1．一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？[答案] 4×10－4 Wb 8×10－3 Wb/s 1.6 V 1．对公式E＝Blvsin θ的理解
(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导线运动速度为v时的瞬时电动势，随着v的变化，E也相应变化；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。
(2)当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。 (3)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场垂直，l应是导线在磁场垂直方向投影的长度，如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图4－4－4所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。图4－4－4 公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生。图4－4－5 2．(2012·四川高考)半径为a右端开小
口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位
长度电阻均为R0。圆环水平固定放置，整
个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，
磁感应强度为B。杆在圆环上以速度v平行 图4－4－6
于直径CD向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由θ确定，如图4－4－6所示，则 ( )[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)导体圆环右端开小口对电路的影响；
(2)θ取不同值时杆切割磁感线的有效长度。 [答案] AD 求解导线切割磁感线产生的感应电动势时，首先要弄清B与l是否垂直，并正确运用公式，另外要注意对切割磁感线的有效长度l的理解。 [名师点睛]
(1)产生感应电动势的导体相当于电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻。
(2)求解电路中通过的电荷量，一定要用平均电动势和平均电流计算。 3．如图4－4－7(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图4－4－7(b)所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计，求0至t1时间内图4－4－7(1)通过电阻R1上的电流大小及方向。
(2)通过电阻R1上的电量q。[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)产生感应电动势的有效面积为πr。
(2)该回路中各部分的电阻大小及等效电路图。 解决与电路相联系的电磁感应问题时，关键是求出回路的感应电动势，有时候还要正确画出等效电路图。点击此图片进入“随堂检测 归纳小结”点击此图片进入“课下作业 综合提升”
2．理解法拉第电磁感应定律的内容，并能够
运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电
动势的大小。
3．能够运用E＝Blv或E＝Blvsin θ计算导体
切割磁感线时的感应电动势。
4．会用楞次定律或右手定则判断感应电动势
的方向。［读教材·填要点］ 1．感应电动势
(1)定义：在 现象中产生的电动势。
(2)感应电动势与感应电流的关系：
产生感应电动势的部分相当于 ，闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流，若导体回路不闭合，则没有 ，但仍有 。电磁感应电源感应电流感应电动势磁通量的变化率韦伯伏特 3．导线切割磁感线时的感应电动势
(1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图4－4－1所示，E＝ 。
图4－4－1 图4－4－2
(2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图4－4－2所示，E＝ 。BlvBlvsin θ 4．反电动势
(1)定义：电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用，我们称它为反电动势。
(2)作用：阻碍线圈的转动。
(3)能量转化：反电动势阻碍转动的过程即为电路中电能转化为其他形式能的过程。 [关键一点] 反电动势是电动机转动时线圈切割磁感线运动时产生的，电动机工作时，因有反电动势存在，所以欧姆定律不能直接使用。［试身手·夯基础］ 1. 下列几种说法正确的是 ( )
A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势
一定越大
B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定
越大
C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动
势一定越大
D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势
一定越大解析：依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关，与线圈匝数和磁通量的变化率成正比。因此，选项A、B都是错误的。磁场的强弱与感应电动势也无关，所以，选项C也是不对的。线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化率越大， 依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，在此条件下线圈中产生的感应电动势越大，故选项D是正确的。
答案： D2．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀地减少
2 Wb，则 ( )
A．线圈中感应电动势每秒增加2 V
B．线圈中感应电动势每秒减小2 V
C．线圈中无感应电动势
D．线圈中感应电动势大小不变解析：因线圈的磁通量均匀变化，所以磁通量的变化率ΔΦ/Δt为一定值，又因为是单匝线圈，据E＝ΔΦ/Δt可知选项D正确。
答案： D3．试写出如图4－4－3所示的各种情况下，导线中所产
生的感应电动势的表达式(导线长均为l，速度为v，磁感应强度为B，图丙中导体垂直纸面)。图4－4－3解析：图甲中导线的速度与B在同一平面内，故图甲中感应电动势E1＝0。
图乙中磁感应强度B、导线l、导线的速度v相互垂直，故E2＝Blv。
图丙中导线与B平行，导线运动时不切割磁感线，故E3＝0。
答案：甲：E1＝0 乙：E2＝Blv 丙：E3＝0答案：8×10－2 8 1．一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？[答案] 4×10－4 Wb 8×10－3 Wb/s 1.6 V 1．对公式E＝Blvsin θ的理解
(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导线运动速度为v时的瞬时电动势，随着v的变化，E也相应变化；若v为平均速度，则E为平均感应电动势。
(2)当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。 (3)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场垂直，l应是导线在磁场垂直方向投影的长度，如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图4－4－4所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。图4－4－4 公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生。图4－4－5 2．(2012·四川高考)半径为a右端开小
口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位
长度电阻均为R0。圆环水平固定放置，整
个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，
磁感应强度为B。杆在圆环上以速度v平行 图4－4－6
于直径CD向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由θ确定，如图4－4－6所示，则 ( )[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)导体圆环右端开小口对电路的影响；
(2)θ取不同值时杆切割磁感线的有效长度。 [答案] AD 求解导线切割磁感线产生的感应电动势时，首先要弄清B与l是否垂直，并正确运用公式，另外要注意对切割磁感线的有效长度l的理解。 [名师点睛]
(1)产生感应电动势的导体相当于电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻。
(2)求解电路中通过的电荷量，一定要用平均电动势和平均电流计算。 3．如图4－4－7(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图4－4－7(b)所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计，求0至t1时间内图4－4－7(1)通过电阻R1上的电流大小及方向。
(2)通过电阻R1上的电量q。[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)产生感应电动势的有效面积为πr。
(2)该回路中各部分的电阻大小及等效电路图。 解决与电路相联系的电磁感应问题时，关键是求出回路的感应电动势，有时候还要正确画出等效电路图。点击此图片进入“随堂检测 归纳小结”点击此图片进入“课下作业 综合提升”