教科版_选修3-2_ 第一章 电磁感应 _ 3. 法拉第电磁感应定律课件34张PPT

第四章《电磁感应》
第四节
《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
N
S
G
乙
产生电动势的那部分导体相当于电源
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.
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.
思考与讨论
感应电动势的大小跟哪些因素有关？
Φ变化
产生E
产生I
问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？
总电阻一定时,E越大,I越大,指针偏转越大.
问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？
Φ变化的快慢不同
Φ都发生了变化
都产生了E(I)
产生的E(I)大小不等
磁通量变化越快，感应电动势越大。
磁通量的变化快慢
越大?
从条件上看
从结果上看
相同
不同
问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?
磁通量的变化率
二、法拉第电磁感应定律
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
1.内容:
注意：公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。
2.公式:
n为线圈的匝数
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
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
1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化,ΔS＝S2-S1,此时：
2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变化,ΔB＝B2-B1,此时：
4、应用:用公式 求E的二种常见情况：
（感生电动势）
（动生电动势）
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。
25V
例与练1
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。
16V
例与练2
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。
1.6V
例与练3
如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00'以角速度ω作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 金属环转过900角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大?
0
0'
B
例与练4
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
例与练5
B
0
0'
a
ω
d
c
b
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:
(2)线圈转过1/2周的过程 中的平均感应电动势
例与练5
B
0
0'
a
ω
d
c
b
Φ/10-2Wb
t/s
A
B
D
0
1
2
0.1
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0.4V
ABD
例与练6
斜率表示Φ的变化率
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）
三、导体切割磁感线时的感应电动势
如图所示闭合线框一部分导体ab长l,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
θ
v
B
V1
V2
若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线)
注意：
2、导线的长度L应为有效长度
1、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)
L
v
θ为v与B夹角
三、导体切割磁感线时的感应电动势
匀强磁场
v 、B、L两两垂直
三、导体切割磁感线时的感应电动势
如图，匀强磁场的磁感应强度为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
例与练7
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。求:
(1)转过1/4周时ab边产生的瞬时感应电动势
(2)转过1/2周时ab边产生的瞬时感应电动势
转动1周的过程中ab边产生的感应电动势哪个时刻最大?哪个时刻最小?
思考:
例与练8
B
0
0'
a
ω
d
c
b
P=w/t
一般表达式
对应一段时间
求平均值
E=ΔΦ/Δt
一般表达式
对应一段时间
求平均值
P=FV
导出式
对应瞬时速度
对应平均速度
求瞬时值
求平均值
E=BLV
导出式
对应瞬时速度
对应平均速度
求瞬时值
求平均值
公式的比较
例题2：下列说法正确的是（ ）
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.线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
C.线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大
D
如图,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'
例与练9
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?
R
B
r
P
M
N
a
Q
b
v
WF=0.1J
I=0.5A
F=0.1N
Q=0.1J
U=1.5V
例与练10
问题1：在P16图4.4-3中,
电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?
AB边、CD边受力方向怎样?
线圈的运动方向怎样?
直流电动机的原理: 通电导线在磁场中 受安培力而运动.
问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?方向怎样?
问题3：感应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了线圈的转动?
四、反电动势
1、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流,这个电动势叫反电动势.
2、作用：阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能.电能转化为其它形式的能.
问题4：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?
四、反电动势
3、应用：电动机停止转动, 就没有反电动势,线圈中电流会很大,电动机会烧毁,要立即切断电源,进行检查.
如图，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过t时间转过1200角，求：
（1）线框内感应电动
势在时间t内的平均值.
（2）转过1200角时感
应电动势的瞬时值.
3Ba2/(2t)
例与练14
如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s。试求：
(1)两次线圈中的平均感应电动势之比?
(2)两次线圈中 电流之比?
(3)两次通过线圈
电荷量之比?
(4)两次在R中产生
热量之比?
例与练15