人教版高二物理选修3-2 ：4.2法拉第电磁感应定律 课件（26张PPT）

(共27张PPT)
4.3
法拉第电磁感应定律
1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E）.
闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势.有电动势不一定有电流。
一、感应电动势
产生感应电动势的那部分导体相当于电源.
2、产生感应电动势的条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。
3、感应电动势与感应电流：只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势;
若电路又闭合,电路中就有感应电流.
磁通量变化是电磁感应的根本原因;
产生感应电动势是电磁感应现象的本质.
4、决定感应电动势大小的因素
切割快
插入快
滑动快
感应电动势
E大
磁通量变化快
Δφ
/
Δ
t大
感应电流大
感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化的快慢（即磁通量的变化率的大小
Δφ
/
Δ
t
）决定。
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△Φ/
△t成正比．
二、法拉第电磁感应定律：
2、数学表达式
（注意单位）
若有n匝线圈，则相当于有n个电源串联，总电动势为：
注意：公式中Δφ应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。
?
物理意义
与电磁感应关系
磁通量Ф
穿过回路的磁感线的条数多少
无直接关系
磁通量变化△Ф
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
3、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义
问题：磁通量大，磁通量变化一定大吗？
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、磁通量的变化不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。
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。
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。
3、一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0.
5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。
25V
16V
1.6V
例4：半径为r、电阻为R的金属环通过某直径的轴OO’以角速度ω做匀速转动，如图所示。匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环的平面的磁场方向重合时开始计时，则在转过30?的过程中。求：
(1)环中产生的感应电动势的平均值是多大？
(2)金属环某一横截面内通过的电荷量是多少？
(1)金属环在转过30?的过程中，磁通量的变化量
(2)由于E＝ΔΦ/Δt，I＝E／R，I＝Q／Δt，
所以
例5：如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R＝99Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是20㎝2，电阻为1Ω，磁感应强度以100T／s的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？
解析：
三、导体作切割磁感线运动
如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势
a
b
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
G
a
b
v
回路在时间t内增大的面积为：
ΔS=LvΔt
产生的感应电动势为：
穿过回路的磁通量的变化为：
ΔΦ=BΔS
=BLvΔt
（V是相对于磁场的速度）
θ
v
B
V1
=Vsinθ
V2
=Vcosθ
若导体斜切磁感线
（θ为v与B夹角）
（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）
说明：
1、导线的长度L应为有效长度
2、导线运动方向和磁感线平行时，E=0
3、速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）
注意：
1、E=BLV，只适用于B、L、V三者相互垂直的情况。
2、
E=BLVsinθ中的θ可以为B、V两个量之间的夹角。
3、E=BLVsinθ中的L是指切割磁感线的有效长度．
例1：如图，匀强磁场的磁感应电动势为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成θ角，求金属棒ab产生的感应电动势。
a
b
θ
v
E=BLVsinθ
问题：公式
①
与公式
②
的区别和联系？
1、一般来说，
①求出的是平均感应电动势，E和某段时间或者某个过程对应，而②求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。
2、①求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。如右图。
v
a
b
c
d
L
L
区别：
1、公式①中的时间趋近于0时，E就为瞬时感应电动势
2、公式②中v若代表平均速度，则求出的E就为平均感应电动势。
联系：
感应电动势
L
v
B
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。
知识补充
如图所示，长为
的金属杆OA绕过O点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为ω。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求OA杆产生感应电动势的大小。
解析：
由于OA杆是匀速转动，故OA产生的感应电动势是恒定的，其平均值与瞬时值相同，求感应电动势的两个公式均可以用。
O
补充知识
1:
关于线圈中产生的感应电动势，下列叙述中正确的是
(
)
A.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大。
B.穿过线圈的磁通量增量越大，感应电动势越大。
C.磁通量减少得越快，感应电动势越大。
D.磁通量为0
时，感应电动势也为0。
E.线圈中磁通量变化越大，感应电动势一定越大
F.线圈中磁通量变化越快，感应电动势越大
G.线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电
动势一定越大
C
F
例2、如下图所示，长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B，求杆OA两端的电势差。
ω
A
O
A'
2：平面闭合线框匝数为n，所围面积为S，总电阻为R
，在时间△t内穿过每匝线框的磁通量变化为Δφ
，则通过导线某一截面的电量是
（
）
（A）
Δφ/R
（B）
Δφ
R
/nS
（C）
nΔφ
/R
△t
（D）
n
Δφ/R
解:
E=nΔφ/Δt
I=
E
/R
q=I
△t
=
n
Δφ
/
R
D
例题3、在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴OO'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。试求:(1)线圈中产生感应电动势的最大值;
(2)
线圈转过1/4周的过程中的
平均感应电动势。
(3)
设线圈的总电阻为R，线圈
转过1/4周的过程中通过某一截面的电量。
c
B
d
O
O'
a
b
ω
(1)
（2)
（3)
例4：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，它们的电阻可忽略不计，在M和
P之间接有阻值为R＝
3.0Ω的定值电阻，导体棒ab长＝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上的匀强磁场中，B＝0.4T。现使ab以v＝10m／s的速度向右做匀速运动。
（1）a
b中的电流大?
a
b两点间的电压多大？
（2）维持a
b做匀速运动的外力多大？
（3）a
b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？
R
B
r
P
M
N
a
Q
b
v
（1）
0.5A
1.5V
（2）0.1N
（3）0.1J
0.1J
1、电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？
电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。
2、如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？
电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。
四、反电动势