高中物理选修3-2人教新课标4.4法拉第电磁感应定律同步课件(40张PPT）

(共40张PPT)
物理选修3-2
第四章
教学任务安排
第一课时：法拉第电磁感应定律基本内容
第二课时：导体切割磁感线时的感应电动势
第三课时：前两节内容的比较、归纳、总结
第一课时：法拉第电磁感应定律基本内容
复习回顾：
1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
2、在电磁感应现象中，磁通量的变化的方式有哪些？
闭合电路中的磁通量发生变化
由于闭合回路中的面积变化引起磁通量变化
ΔΦ
=
Φ2-Φ1
=
B
?ΔS
由于闭合回路中的磁感应强度变化引起磁通量变化
ΔΦ
=
Φ2-Φ1
=
ΔB?S
复习回顾：
1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
2、在电磁感应现象中，磁通量的变化的方式有哪些？
ΔΦ
=
Φ2
-
Φ1
=
B
?ΔS
ΔΦ
=
Φ2
-
Φ1
=
ΔB?S
ΔΦ
=
Φ2
-
Φ1
=
ΔB
?ΔS
闭合电路中的磁通量发生变化
灯泡
甲
N
S
G
乙
既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。
比较甲、乙两电路的异同
产生电动势的那部分导体相当于电源
1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。
一、感应电动势
产生感应电动势的那部分导体就相当于电源
2、对E感的几点理解
（2）有感应电动势不一定存在感应电流。（要看电路是否闭合）
（1）感应电动势产生条件：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。
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。
问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？
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？
实验分析:
Φ变化
产生E感
产生I感
总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大。
探究感应电动势大小的影响因素
问题3:
Δt变化不同
ΔΦ变化相同
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
从条件上看
从结果上看
相同
不同
问题3:在实验中，将一根条形磁铁从线圈中的同一位置拔出到同一高度，快拔出和慢拔出有什么相同和不同?
磁通量的变化率
探究感应电动势大小的影响因素
Δt变化相同
ΔΦ变化不相同
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
从条件上看
从结果上看
相同
不同
问题4:在实验中，分别将不同的磁铁从线圈的同一位置以相同的快慢拔出到同一高度，一根条形磁铁和两根条形磁铁的拔出有什么相同和不同?
磁通量的变化率
探究感应电动势大小的影响因素
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:
2.公式推导:
理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义
思考问题：若闭合电路是n匝线圈，E感＝？
（单位取
伏、韦伯、秒
则
k=1）
思考：穿过每匝线圈内的磁通量Φ一样吗？
1匝线圈
n匝线圈
穿过线圈内的磁通量Φ一样
思考：
当闭合电路中的线圈匝数是n时，感应电动势大小的表达式该怎么写呢？
法拉第电磁感应定律：
若线圈有n匝，电动势为：
若线圈有1匝，电动势为：
?
物理意义
与电磁感应关系
磁通量Ф
磁通量变化△Ф
磁通量变化率
ΔΦ/Δt
?
3.理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义
穿过回路的磁感线的条数多少
无直接关系
穿过回路的磁通
量变化了多少
产生感应电动势
的条件
穿过回路的磁通
量变化的快慢
决定感应电动
势的大小
思考：1、磁通量大，电动势一定大吗？
2、磁通量变化大，电动势一定大吗？
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
思考讨论
D
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的几种常见情况：
③如果B、S都变化：
（动生电动势）
（感生电动势）
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
4、一个200匝、面积为20
cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05
s内由0.1
T增加到0.5
T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是_______
Wb；磁通量的平均变化率是________
Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是_______
V。
5、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
6、（双选）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：(
)
Φ/10-2Wb
t/s
A
B
D
0
1
2
0.1
A、线圈中0时刻感应电动势最小
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
BD
斜率表示Φ的变化率
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
G
a
b
v
a
b
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
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。
L应为有效长度
平均值或瞬时值
V是相对于磁场的速度
1、
V
⊥
B
，
V⊥L
，
L⊥B
——两两垂直
θ
v
B
V1
V2
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
2、
V
与
B
的夹角为θ
四、对比两个公式
求平均感应电动势
△t近于0时，E为瞬时感应电动势
求平均感应电动势,v是平均速度
求瞬时感应电动势，v是瞬时速度
1、求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？
E=BLv
思考讨论
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'
导体棒转动
思考讨论
V
此电动势阻碍电路中原来的电流。故称之为反电动势。
五、反电动势
1.
作用：削弱了电源电流,
阻碍线圈的转动。
2.
能量转化：线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为机械能。
3.说明：
①正因为反电动势的存在,所以对电动机而言,欧姆定律不成立。
②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。
五、反电动势
法拉第电磁感应定律的应用
测量列车的速度
法拉第电磁感应定律可以在许多方面得到灵活的用．例如，为了测量高速列车的速度大小，可采用如下图所示的装置．它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电学测量
仪器组成(记录测量仪未画
出)．当列车经过线圈上方
时，由于穿过线圈的磁通
量发生变化，线圈中就会
产生感应电动势．
1、穿过一个电阻为1Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少2Wb，则
（　　）
A、线圈中的感应电动势一定是每秒减少2v
B、线圈中的感应电动势一定是2v
C、线圈中的感应电流一定是每秒减少2A
D、线圈中的感应电流一定是2A
不变！
不变！
2、匝数为n＝200的线圈回路总电阻R＝50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通量Φ随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应电流的大小。
3、如图所示，用绝缘导线绕制的闭合线圈，共100匝，线圈总电阻为R=0.5Ω，单匝线圈的面积为30cm2。整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中，如果匀强磁场以如图所示变化，求线圈中感应电流的大小。
4、有一面积为S＝100cm2的金属环，电阻为R＝0.1Ω，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1－t2时间内通过金属环某一截面的电荷量为多少？
A
×
×
×
×
　×
×
×
×
×
　×
R2
V
B
R1
5.如图所示，电阻不计的裸导体AB与宽为60cm的平行金属导轨良好接触，电阻R1＝3Ω，
R2＝6Ω，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5T。当AB向右以V＝5m/s的速度匀速滑动时，求流过电阻R1、
R2的电流大小。
6、如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，其电阻为r，长为L，串接电阻R，匀强磁场为B，当ab以V向右匀速运动过程中，求：
（1）ab间感应电动势。
（2）ab间的电压。
（3）保证ab匀速运动，所加外力F。
（4）在2秒的时间内，外力功；ab生热；电阻R上生热。
ω
A
B
C
R
O
7、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求：
（1）图中哪部分相当于电源？
（2）感应电动势E为多少？
（3）流过电阻R的电流I为多少？
导体棒OC
9.如图所示，金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时，线圈c中将有感应电流产生（
）
A．向右做匀速运动
B．向左做匀速运动
C．向右做减速运动
D．向右做加速运动
变速