2.2.2法拉第电磁感应定律 课件（16张PPT）

2.2.2 法拉第电磁感应定律
1.感应电动势
(1)定义:在电磁感应现象中产生的电动势。
(2)感应电动势与感应电流的关系
产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有感应电流,但仍有感应电动势。
2.法拉第电磁感应定律
内容:闭合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. 怎样算出感应电动势？
2. 怎样推导导线切割磁感线时的感应电动势的表达式？
教师和学生一起回顾上节课的内容中。我们知道闭合电路中都产生了感应电流，电路中必须要有电源，电源提供了电动势，从而产生电流。在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。那么感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？我们用一个导体棒切割磁感线的感应电动势，这个过程中线框的面积变化量是什么呢？本节课我们就来共同研究这个问题？
如果磁通量的变化是由于导体和磁体的相对运动引起的，即：导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时，导体里产生的感应电动势的大小是怎样一种形式更便于计算？
一、导体切割磁感线时的感应电动势
导体切割磁感线时的感应电动势：
如图：匀强磁场磁感应强度为B
金属轨道宽度为L
金属棒垂直切割速度为V
△t时间内轨道与金属棒所围面积内磁通量的变化量为：△Φ=B△s=BV△tL
E=△Φ△t= ????????△????????△t =BLV
即：公式：E=BLV
(适用于匀强磁场，B⊥v)
?
若B与V有夹角θ如图。
分解V，或分解B
与B平行的分量V2=Vcosθ，没有切割磁感线，不产生电动势
与B垂直的分量V1=Vsinθ，切割磁感线产生电动势E=BLVsinθ
结论：导体切割磁感线时，产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向和磁感应强度方向的夹角θ的正弦sinθ成正比。
公式：E=BLVsinθ
B
v2
v1
v11
注意：
①这是法拉第电磁感应定律的第一个推论。
②公式中V为导体棒和磁场的相对运动速度。
③公式中的单位分别是：V，T，m。m/s
1V＝lT×1m×1m/s
一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。
在图 2.2-2 中，由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。可以判断，安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向是相反的。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能。
总结：如果感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫作动生电动势。
例1.竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平初速度V0抛出，设在整个过程中，棒始终平动且空气阻力不计，则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是（　　）
A．越来越大 B．越来越小 C．保持不变 D．无法判断
C
解析：金属棒ab做平抛运动，其水平方向的分运动是匀速直线运动，水平分速度保持不变，等于v0．由感应电动势公式E=Blvsinα，vsinα是垂直于磁感线方向的分速度，即是平抛运动的水平分速度，等于v0，则感应电动势E=Blv0，B、l、v0均不变，则感应电动势大小保持不变。则C正确。
故选：C。
如图所示,PQRS为一正方形导线框,它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场,磁场方向垂直线框平面,MN线与线框的边成45°角,E、F分别为PS和PQ的中点,关于线框中的感应电流,下列说法正确的是(　　)
A.当E点经过边界MN时,感应电流最大
B.当P点经过边界MN时,感应电流最大
C.当F点经过边界MN时,感应电流最大
D.当Q点经过边界MN时,感应电流最大
变式训练：
B
一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。
技法点拨：
导体切割磁感线时的感应电动势：
如图：匀强磁场磁感应强度为B
金属轨道宽度为L
金属棒垂直切割速度为V
△t时间内轨道与金属棒所围面积内磁通量的变化量为：△Φ=B△s=BV△tL
E=△Φ△t= ????????△????????△t =BLV
即：公式：E=BLV
(适用于匀强磁场，B⊥v)
?
若B与V有夹角θ如图
B
v2
v1
v
分解V，或分解B
与B平行的分量V2=Vcosθ，没有切割磁感线，不产生电动势
与B垂直的分量V1=Vsinθ，切割磁感线产生电动势E=BLVsinθ
结论：导体切割磁感线时，产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向和磁感应强度方向的夹角θ的正弦sinθ成正比。
公式：E=BLVsinθ
再见