人教版高二物理选修3-2 原创课件-4.4法拉第电磁感应定律27张PPT

(共27张PPT)
第十一章
电磁感应
法拉第电磁感应定律
G
E
r
a
b
G
E
r
a
b
G
a
b
G
a
b
认识感应电路问题：
1.
在电磁感应现象中产生的电动势称感应电动势。
2.产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
3.产生感应电动势只需要磁通量发生变化，不需要闭合回路；
产生感应电流才需要磁通量发生变化和闭合回路。
4.区分电动势与路端电压的区别：路端电压指的是外电路的电压，只有开路时，路端电压才等于电动势。
5.感应电动势的正负极可以根据楞次定律来判断。
感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？
从条件上看
从结果上看
相同
不同
Φ
变化的快慢不同
线圈的匝数不一样
Φ
都发生了变化
都产生了
I
产生的
I
大小不等
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
ΔΦ/Δ
t
成正比。
电磁感应定律：
2.
表达式：
(注意ΔΦ指的是磁通变化的绝对值)
ΔΦ/Δ
t
磁通量的变化率，反映磁通量变化的快慢。
Φ=(2+3t)
Wb
o
Φ
t
Φ-t图像中某点的切线的斜率、Φ-t函数中的k都表示磁通量的变化率
(1)S不变、B变化：
o
B
t
B=(2+3t)
T
B-t图像中某点的切线的斜率、B-t函数中的k都表示磁感应强度的变化率
例1：一个面积S=4×10－2m2、匝数n=100匝的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图所示，由图可知(　
)
A．在开始的2
s内穿过线圈的磁通量变化率为8
Wb/s
B．在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化量等于零
C．在开始的2
s内线圈中产生的感应电动势等于8
V
D．在第3
s末的感应电动势为零
例2：如图甲所示,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乙所示。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
(1)通过电阻R1的电流大小和方向；
(2)通过电阻R1的电荷量q及
电阻R1上产生的热量。
应用电磁感应定律应注意的三个问题
(1)
指的是平均感应电动势，若磁通量均匀变化时，瞬时值等于平均值；
中的S为线圈在磁场范围内的有效面积；
(3)
电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关。
(2)B不变、S变化：
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
v
L
举例：如图所示，导体棒在外力的作用下，以速度v在宽度为L的导轨匀速运动，磁场的磁感应强度为B，试根据电磁感应定律推导其感应电动势的表达式，并且归纳其适用的条件。
导体棒扫过的面积
L、v指的是两两垂直时的速度和长度
在电路中使用E=BLv时，需注意：
(1)v必须是垂直于磁场、导体棒的速度；
(2)L必须是接入电路中的有效长度，且与速度、磁场垂直。
例4：有一个匀强磁场边界是EF，在EF右侧无磁场，左侧是匀强磁场区域，如图甲所示。现有一个闭合的金属线框以恒定速度从EF右侧水平进入匀强磁场区域。线框中的电流随时间变化的i-t图象如图乙所示，则
可能的线框是下列四个选
项中的(　　)
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
v
L
举例：如图所示，宽度为L的导轨以初速度v往右运动s后停下来，磁场的磁感应强度为B，试找找其隐藏的功能关系。
例5：如图所示，质量m1=0.1
kg，电阻R1=0.3
Ω，长度l=0.4
m的导体棒ab横放在U型金属框架上。框架质量m2=0.2
kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ=0.2.相距0.4
m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长。电阻R2=0.1
Ω的MN垂直于MM′。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5
T。垂直于ab施加F=2
N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触。当ab运动到某处时，框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10
m/s2.
(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；
(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q=0.1
J，求该过程ab位移x的大小。
举例：如图所示，导体棒在外力的作用下，宽度为L的导体棒以角速度
顺时针转动，磁场的磁感应强度为B，试根据电磁感应定律推导其感应电动势的表达式，并思考若以导体的中点顺时针转动时，其感应电动势又是多少？
E＝Bl2ω，适用：匀强磁场、绕某一个端
点垂直切割磁感线产生的感应电动势。若
转轴不是端点，需根据两个电源的两个电
动势的大小和方向判断大小和方向。
例6：如图所示，一个转轮共有5根辐条，每根长皆为L，电阻皆为r，转轮的电阻不计，将它放在磁感应强度为B的匀强磁场里，磁场的方向垂直于轮面。A是轮轴，P为一与转轮边缘接触的触片，在轮子绕轴转动时P不动。在A、P间接一个电阻R，当轮以角速度ω绕轴做匀速转动时，流过R的电流等于________。
例7：(2016全国卷Ⅱ)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(　　)
A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定
B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动
C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变
化，则电流方向可能发生变化
D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则
电流在R上的热功率也变为原来的2倍
×
　×
　
×
×
×
　
×
×
×
×
　
×
　
×
×
×
　
×
　
×
×
×
　
×
　
×
×
D
C
f
v
B增大
I
一、感生电动势：由于磁场发生变化产生的电动势
非静电力做功：变化磁场形成的电场
二、动生电动势：由于运动时切割磁感线产生的电动势
(平动切割)
(转动切割)
非静电力做功：洛伦兹力的分力
例8：如图所示，匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直。已知线圈的匝数N=100，边长ab=1.0
m、bc=0.5
m，电阻r=2
Ω。磁感应强度B在0~1
s内从零均匀变化到0.2
T．在1~5
s内从0.2
T均匀变化到-0.2
T，取垂直纸面向里为磁场的正方向。求：
(1)0.5
s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向；
(2)在1~5
s内通过线圈的电荷量q；
(3)在0~5
s内线圈产生的焦耳热Q。
例9：如图甲所示,光滑导轨宽0.4
m，ab为金属棒，均匀变化的磁场垂直穿过导轨平面，磁场的变化情况如图乙所示，金属棒ab的电阻为1
Ω,导轨电阻不计。t=0时刻，ab棒从导轨最左端，以v=1
m/s的速度向右匀速运动，求:
(1)1s内回路中的平均感应电流；
(2)1
s末回路中的感应电流及金属
棒ab受到的安培力。
例10：如图所示，固定在匀强磁场中的水平“U形”导轨ab、cd的间距L1=0.5
m，ab与cd平行，金属棒垂直于ab且和ab、cd接触良好,金属棒与导轨左端bc的距离为L2=0.8
m，整个闭合回路的电阻为R=0.2
Ω,磁感应强度为B0=1
T的匀强磁场竖直向下穿过整个回路。ad通过滑轮和轻绳连接着一个质量为m=0.04
kg的物体,不计一切摩擦,现使磁场以0.2
T/s的变化率均匀地增大。求:
(1)金属棒上电流的方向。
(2)感应电动势的大小。
(3)物体刚好离开地面的时间(g取10
m/s2)。
例11：如图所示，半径为R、单位长度电阻为λ的均匀导体圆环固定在水平面上，圆环中心为O。匀强磁场垂直纸面方向向内，磁感应强度为B。平行于直径MON的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻杆的电阻可以忽略不计，杆与圆环接触良好。某时刻，杆的位置如图，∠aob=2θ，速度为v。求此时刻作用在杆上安培力的大小和方向。
例12：如图所示，在水平面内固定着U形光滑金属导轨，轨道间距为50
cm，金属导体棒ab质量为0.1
kg，电阻为0.2Ω，横放在导轨上，电阻R的阻值是0.8
Ω(导轨其余部分电阻不计)。现加上竖直向下的磁感应强度为0.2
T的匀强磁场．用水平向右的恒力F＝0.1
N拉动ab，使其从静止开始运动，则
(　
)
A.导体棒ab开始运动后，电阻R中的电流方向是从P流向M
B.导体棒ab运动的最大速度为10
m/s
C.导体棒ab开始运动后，a、b两点的电势
差逐渐增加到1
V后保持不变
D.导体棒ab开始运动后任一时刻，F的功率
总等于导体棒ab和电阻R的发热功率之和
例13：如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨
MN
、
PQ
相距为
L=1m
，导轨平面与水平面夹角θ＝
30°，导轨上端跨接一定值电阻
R=2?，导轨电阻不计。整个装置处于方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场
B
中，长为
L
的金属棒
ab
垂直于
MN
、
PQ
放置在导轨上，且与导轨保持电接触良好，金属棒的质量为
m=1kg
、电阻为
r=2?，现将金属棒由静止释放，当金属棒沿导轨下滑距离为
s=6m
时，速度达到最大值
v=5m/s
。g=10m/s
2，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度
B
的大小?
(2)金属棒沿导轨下滑距离为
s
的过
程中，电阻
R
上产生的电热?
例14：如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P间连接阻值为R=0.40
Ω的电阻，质量为m=0.01
kg、电阻为r=0.30
Ω的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒ab由静止开始下滑，其下滑距离与时间的关系如下表所示，导轨电阻不计，g=10
m/s2。试求：
(1)当t=0.7
s时，重力对金属棒ab做功的功率；
(2)金属棒ab在开始运动的0.7
s内，
电阻R上产生的焦耳热；
(3)从开始运动到t=0.4
s的时间内，通过金属棒ab的电荷量。
时间t(s)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
下滑距离s(m)
0
0.1
0.3
0.7
1.4
2.1
2.8
3.5