2.2 法拉第电磁感应定律 课件（22张PPT）

(共22张PPT)
2 法拉第电磁感应定律
第二章 电磁感应
学习目标
1 ．理解感应电动势的概念。
2．理解法拉第电磁感应定律，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．掌握磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别。
新课导入
如图甲中导线运动得越快，产生的感应电流越大，图乙中磁铁插入的速度越快，感应电流越大，说明了什么
甲
乙
感应电动势与磁通量的变化率有关
一、 电磁感应定律
1.感应电动势
(1)定义
在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
(2)感应电动势与感应电流的关系
在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在。
(1)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变化率成正比。
(2)数学表达式:
注意：
1.公式中ΔΦ的计算方法 2.电动势E为平均值
若线圈有n匝，则相当于有n个电源串联，总电动势为
2.法拉第电磁感应定律
在国际单位制中，电动势 E 的单位是伏（V）、磁通量 Φ 的单位是韦伯（Wb）、时间 t 的单位是秒（s）。
(3)对法拉第电磁感应定律的理解
① 感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与Φ的大小及ΔΦ的大小没有必然联系。
② 用公式计算感应电动势时，常有以下三种情况：
a .线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化：
（为 B－t 图像上某点切线的斜率）
b . 磁感应强度B不变，线圈面积S均匀变化：
c . 磁感应强度和线圈面积都改变：
（4）磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率的比较
学以致用
1.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述正确的是(　　)
A．图甲中回路产生了感应电动势，且恒定不变
B．图乙中回路产生的感应电动势一直在变大
C．图丙中回路在0～t0时间内产生的感应电动势大于t0～2t0时间内产生的感应电动势
D．图丁回路产生的感应电动势先变小后变大
解析：根据E＝n 可知：图甲中E＝0，A错误；图乙中E为恒量，B错误；图丙中0～t0时间内的E1大于t0～2t0时间内的E2，C正确；图丁中感应电动势先变小后变大，D正确。
答案：CD
2.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是 (　　)
A.线圈中一定有感应电流
B.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量成正比
C.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比
D.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化率成正比
【解析】当线圈中的磁通量发生变化时，若线圈是闭合的，则有感应电流，
若不闭合，则无感应电流。有感应电动势，根据法拉第电磁感应定律E=n 知感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，故A、B、C错误，D正确。
答案：D
二、导体切割磁感线时的感应电动势
如图将矩形导体框CDMN放在磁感应强度为 B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直。设线框可动部分MN 的长度为l，它以速度v水平向右运动，求产生的感应电动势大小。
根据法拉第电磁感应定律：
Δt时间内回路面积增大 S
穿过回路的磁通量变化：
B、l、v 两两垂直
导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ
将速度进行矢量分解
动生电动势为
v1 = vsin θ
v2 = vcos θ
E = Blv1
∴ E = Blvsin θ
当v // B 时，E = 0
当v⊥B 时，E 最大
对公式E ＝ Bl vsin θ的理解
(1)对l的理解
l为导线切割磁感线时与B和v垂直的有效长度；
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，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。
× × × × × × × B
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
↑
↑
v
v
v
a
b
(2)对θ的理解
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)对v的理解
①v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；
②若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势。
对比两种求感应电动势的方法
E＝Blvsinθ
区 别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体
适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况
计算结果 求得的是Δt内的平均感应电动势 求得的是某一时刻的瞬时感应电动势
适用情景 用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型) 用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)
联系 E＝Blvsinθ是由 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论 1.动生电动势：导体做切割磁感线运动产生的电动势。
①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？
②正电荷向什么方向运动？
③以v2向上运动，受不受洛伦兹力F2？
F1=qv1B，向上
思考
设正电荷为自由电荷
正电荷除了向右运动，还要向上运动向上
受洛伦兹力 F2=qv2B，向左
× × × × B
× × × ×
× × × ×
× × × ×
× × × ×
v1
F1=qv1B
v2
F2=qv2B
－－
＋＋
④F1、F2各做什么功？
2.动生电动势产生原因
由于导体中自由电子受洛伦兹力作用而引起的。
3.动生电动势的本质
动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关。
F1做正功、F2做负功
做功代数和为0.
× × × × B
× × × ×
× × × ×
× × × ×
× × × ×
v1
F1=qv1B
v2
F2=qv2B
－－
＋＋
3.如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R=0.1 Ω，边长l=0.2 m。求:
(1)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中感应电动势E；
(2)t=0.05 s时，金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；
(3)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P。
学以致用
【解析】(1)在t=0到t=0.1 s的时间Δt内，磁感应强度的变化量ΔB=0.2 T，
设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ，有ΔΦ=ΔBl2 ①
由于磁场均匀变化，所以金属框中产生的电动势是恒定的，有E=②
联立①②式，代入数据，解得E=0.08 V　 ③
(2)设金属框中的电流为I，由闭合电路欧姆定律，有I= ④
由图可知，t=0.05 s时，磁感应强度为B1=0.1 T，金属框ab边受到的安培力F=IB1l　⑤
联立①②④⑤式，代入数据，解得F=0.016 N　⑥
方向垂直于ab向左。　
(3)在t = 0到t = 0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P = I2R　⑧
联立①②④⑧式，代入数据，解得P=0.064 W　⑨
答案:(1)0.08 V　(2)0.016 N　方向垂直于ab向左　(3)0.064 W
4.下列说法中正确的是( )
A.动生电动势的产生与洛伦兹力有关
B .因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势的产生与洛伦兹力无关
C .动生电动势的方向可以由右手定则来判定
D .导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力-定与受到的外力大小相等、方向相反
【解析】AB.洛伦兹力与电场力平衡时EqvB=q，解得E= Blv所以动生电动势的产生与洛伦兹力有关，A正确，B错误；
C .动生电动势的方向可以由右手定则来判定，C正确；
D.只有导体棒匀速切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反，变速切割磁感线时受到的安培力与受到的外力大小不相等，D错误。
答案：AC
T
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