(共34张PPT)
法拉第电磁感应定律
2
2
闭合回路磁通量发生变化时，产生感应电流，其方向由楞次定律判断。
问题：如何计算感应电流的大小？
N
S
R
B
A
v
R
由磁产生电
复习回顾：闭合电路的欧姆定律内容是什么？数学表达式是什么？闭合电路中的电流由什么因素决定？
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I=
E
R+r
R
r
E
S
内电路的电流方向从电源负极到电源正极
在电磁感应现象中，感应电流的产生表明产生了电动势，由于磁通量的变化而引起的电动势叫做感应电动势。
感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。电磁感应的关键是产生感应电动势.产生感应电流还需形成闭合回路.
若没有形成闭合回路，只产生感应电动势，没有感应电流。
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本节课的学习目标：
1.在电磁感应中，哪些装置相当于电源？
2.如何计算感应电动势？
3.电动势起源于非静电力做功.在电磁感应中，非静电力是什么“力”？非静电力的本质是什么？
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电源
内电路
电源
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N
S
R
B
A
v
R
R
r
E
B
A
R
课堂练习1 画出下图中的等效电路图，标出电源正负极.
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S
M
P
A
B
开关S闭合过程
A
B
一、电磁感应定律
问题：感应电动势的大小与哪些因素有关？
演示实验 PhET仿真探究实验
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磁铁快速运动
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磁铁低速运动
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实验现象：
磁铁从同一位置靠近磁铁，磁铁末位置相同。当磁铁快速运动时，感应电动势较大；磁铁运动较慢时，感应电动势较小。
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问题1：条形磁铁初始位置和末态位置完全相同。两次实验中磁通量变化量相同吗？
问题2：磁铁运动得快或慢影响哪个物理量？如何理解其物理意义？
问题3：根据实验结果，你认为磁通量变化率 Φ/ t与感应电动势大小有何关系？
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演示实验 感应电动势与匝数关系
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实验现象：
当磁通量变化率相同时，线圈匝数越多，感应电动势越大.
分析：线圈每一匝磁通量变化率相同，产生的感应电动势相同，每一匝线圈相当于一个电源。多匝线圈等效于多个相同电源串联.
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法拉第电磁感应定律
德国物理学家纽曼(F.E.Neumann,1798-1895)和韦伯(W.E.Weber，1804-1891)经过理论分析，得到：闭合回路中感应电动势的大小与穿过回路磁通量的变化率成正比。
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ΔΦ
Δt
E =
ΔΦ
Δt
E =n
(国际单位制)
(n为线圈的匝数)
问题4：试证明 Φ/ t的物理单位(Wb/s)与电动势E的单位(V)等价？
证明：1Wb/s=1T·m /s
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问题5：感应电动势的数学表达式由纽曼和韦伯分析得到，为何以法拉第的名字命名？
磁通量发生变化存在多种情形.
①导体在恒定磁场中运动导致磁通量变化，产生的感应电动势称为动生电动势；
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②导体不动，因磁场变化导致磁通量变化产生的电动势称为感生电动势；
③导体在磁场中运动，同时磁场发生变化，感应电动势为动生电动势和感生电动势之和。
二、导线切割磁感线时的感应电动势
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在Δt 时间，导体棒位移
x=v t
磁通量变化量
ΔΦ=BlΔx
t 时刻的动生电动势为
ΔΦ
Δt
E =
BlΔx
Δt
=
= Blv
N1
M1
N
M
D
C
v
l
E =Blv
问题：磁场与线框所在平面夹角为θ,求导体棒产生的动生电动势.
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N
M
D
C
v
l
N
M
v
l
θ
B
磁通量变化量为
ΔΦ =BsinθlΔx
=BsinθlvΔt
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N
M
v
l
θ
B
Δx
E =Blvsinθ
思考与讨论：如图，匀强磁场B垂直纸面向里，导轨间距为l，两导轨间的导体棒长度为L.某时刻导体棒速度为v，试求该时刻的感应电动势.
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D
C
v
L
θ
l
分析：
平行四边形面积 S =v t·l，
磁通量增加量 ΔΦ=BS=BlvΔt
感应电动势 E= ΔΦ/ Δt =Blv
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D
C
v
L
θ
v t
【例题1】 光滑导轨位于水平面内，间距为l，忽略导轨电阻.导体棒CD电阻为r，与导轨接触良好。某时刻导体棒速度为v.考虑极端时间Δt，
(1)该时刻电流I.
(2)导体棒如何运动？
(3)克服安培力做功W.
(4)产生的焦耳热Q
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D
A
C
B
R
v
B0
解：(1)电动势E=B0lv I=B0lv/(R+r)
(2)安培力 大小 F=IlB0=B02l2v/(R+r)
F=ma ，a与v反向，v减小。导体棒做加速度减小的减速运动.
(3) 位移x =vΔt
克服安培力做功 W=Fx = B02l2v2Δt/ (R+r)
(4)Q=[(B0lv)2/(R+r)]·Δt
通过安培力做功将导体棒机械能转化为热能.
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必修3中曾说明，电源内部一定存在非静电力，依靠非静电力作用将正电荷从电源负极搬运到正极，形成内电路电流.通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能.
对于化学电池，非静电力是化学作用，将化学能转化为电势能。
问题：动生电动势的非静电力是什么作用？将哪种能量转化为电势能？
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动生电动势的非静电力
思考与讨论：设导体棒内运动的是正电荷.导体棒在磁场中运动，分析如下问题.
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v
问题1：画出正电荷所受洛伦兹力方向.电荷相对于导体棒向哪个方向运动？
问题2：导体棒哪端电势较高？
问题3：导体棒两端积累的电荷会一直增加吗？
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v
F洛
v
F洛
电荷受洛伦兹力向导体棒一端运动
F电
积累的电荷产生电场，F洛>F电，电荷继续运动.
v
F洛
F电
当F洛=F电，导体棒的电动势稳定不变.
当电场力与洛伦兹力平衡时，有
电动势为 E=Blv
动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关(但不能说就是洛伦兹力)。
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v
F洛
F电
电荷相对于地面速度为 V= v + u
洛伦兹力的分力 F1=qvB
功率P1=F1u=qvBu
洛伦兹力的分力 F2=quB
功率P2=-F2v=-quBv
洛伦兹力总功率P1+P2=0
动生电动势的非静电力是洛伦兹力的分力.
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v
u
F1
F2
课堂小结
法拉第电磁感应定律
闭合回路中感应电动势的大小与穿过闭合回路磁通量的变化率成正比，
动生电动势E=Blv
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ΔΦ
Δt
E =
N
M
D
C
v
l
作业
32页第4题、
复习与提高A组第6题 、B组第1题
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课堂练习2
如图，求导体棒两端电势差U，导体棒长度均为l，磁场大小为B。
32
v
v
v
课堂练习3
如图，矩形线圈在匀强磁场B中平动。磁场方向与线圈平面垂直。线圈中有没有感应电流？在线圈中的A、B两点间有没有电势差？
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A
B
v
分析：磁通量保持不变，故闭合回路没有感应电流.
矩形线框左右两边切割磁感线产生电动势，正电荷向下运动，故φB>φA。
34
A
B
v
B
A
