法拉第电磁感应定律-选修.ppt

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1、4.44.4法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律问题问题1 1：据前面所学，电路中存在持续：据前面所学，电路中存在持续 电流的条件是什么？电流的条件是什么？问题问题2 2：什么叫电磁感应现象？产生感：什么叫电磁感应现象？产生感 应电流的条件是什么？应电流的条件是什么？（1 1）闭合电路；）闭合电路；（2 2）有电源）有电源 产生感应电流的条件是：产生感应电流的条件是：（1 1）闭合电路；（）闭合电路；（2 2）磁通量变化。）磁通量变化。利用利用磁场产生电流磁场产生电流的现象的现象 试试从本质上从本质上比较甲、乙两比较甲、乙两电路的异同电路的异同乙乙甲甲相同点：相同点：两电路都是闭合的，两电路都

2、是闭合的，有电流有电流不同点：不同点：甲中有电池（甲中有电池（电源电源）乙中有螺线管乙中有螺线管（相当于电源相当于电源）思考思考有有电源电源就有就有电动势电动势1.1.定义：在电磁感应现象中产生定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。的电动势叫感应电动势。2 2、电源：产生感应电动势的那部、电源：产生感应电动势的那部分导体或电路就相当于电源分导体或电路就相当于电源.一.感应电动势感应电动势磁通磁通量发量发生变生变化化感应电感应电动势动势电路闭电路闭合合感应感应电流电流电磁感电磁感应本质应本质【问题【问题1】感应电动势和感应电流之间存在】感应电动势和感应电流之间存在什么关系？什么关系？感

3、应感应 是感应是感应 存在的必要条件，存在的必要条件，有有 不一定有不一定有 （要看（要看电路是否闭合），电路是否闭合），有有 一定有一定有 。电动势电动势电流电流感应电动势感应电动势感应电流感应电流感应电流感应电流感应电动势感应电动势2.几点说明：几点说明：不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量通量 ，电路中就产生感应电动势，电路中就产生感应电动势，产生感应电动势是电磁感应现象的本质产生感应电动势是电磁感应现象的本质磁通量磁通量 是电磁感应的根本原因。是电磁感应的根本原因。若磁通量变化了，电路中就会产生感应电若磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，再若电路

4、又是动势，再若电路又是 的，电路中将会的，电路中将会有感应电流。有感应电流。产生感应电流只不过是一个现象，它表产生感应电流只不过是一个现象，它表示电路中在输送着电能；而产生感应电动示电路中在输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备了随时输出电能的能力。已经具备了随时输出电能的能力。发生变化发生变化发生变化发生变化闭合闭合思考与讨论：思考与讨论：感应电动势的大小跟哪感应电动势的大小跟哪些因素有关？些因素有关？探究感应电动势大小与磁通量变化的关系探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题提出问题既然闭合电路的磁通量发生既然闭合电路

5、的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么改变就能产生感应电动势，那么感应电动势大小与磁通量的变化感应电动势大小与磁通量的变化是否有关呢？是否有关呢？P46图图3.1-2实验中：实验中：导线切割磁感线，导线导线切割磁感线，导线运动的运动的速度越快速度越快、产生、产生的的感应电流越大感应电流越大P47图图3.1-3实验中：实验中：向线圈插入条形磁铁，向线圈插入条形磁铁，插入的插入的速度越快速度越快，产生的，产生的感应电流就越大感应电流就越大感应电动势的大小跟磁通量变化感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间和所用时间t t都有关都有关.也就是与也就是与磁通量变磁通量变化的快慢有关化的快慢有关（而磁通

6、量变化的快慢可以用（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示磁通量的变化率表示/t/t）结论结论 法拉第（法拉第（法拉第（法拉第（17911791179117911876187618761876）是英国著名的物理学家、是英国著名的物理学家、是英国著名的物理学家、是英国著名的物理学家、化学家。他发现了电磁感化学家。他发现了电磁感化学家。他发现了电磁感化学家。他发现了电磁感应现象，提出电场和磁场应现象，提出电场和磁场应现象，提出电场和磁场应现象，提出电场和磁场的概念。场的概念对近代的概念。场的概念对近代的概念。场的概念对近代的概念。场的概念对近代物理的发展的重大意义。物理的发展的重大意义。物理的

7、发展的重大意义。物理的发展的重大意义。他家境贫寒，出身于他家境贫寒，出身于他家境贫寒，出身于他家境贫寒，出身于铁匠家庭，未受过系统的铁匠家庭，未受过系统的铁匠家庭，未受过系统的铁匠家庭，未受过系统的正规教育，但却在众多领正规教育，但却在众多领正规教育，但却在众多领正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称域中作出惊人成就，堪称域中作出惊人成就，堪称域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不刻苦勤奋、探索真理、不刻苦勤奋、探索真理、不刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于计个人名利的典范，对于计个人名利的典范，对于计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。青少年富有教育意义。青少年富有

8、教育意义。青少年富有教育意义。大量实验表明：大量实验表明：1.1.内容：内容：电路中感应电动势的大小，跟穿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。过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就这就是是法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律。二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律2.表达式表达式式中物理量都取国际单位式中物理量都取国际单位:E伏特（伏特（V）韦伯韦伯（Wb）t 秒秒（）（）若闭合电路是一个若闭合电路是一个n n匝线圈，匝线圈，则相当于则相当于n n个相个相同的电源串联，同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，都相同，所以所以

9、整个线圈的感应电动势为整个线圈的感应电动势为 实际工作中实际工作中,为了获得较大的感应电动势为了获得较大的感应电动势,常常常采用几百匝甚至几千匝的线圈常采用几百匝甚至几千匝的线圈注意：公式中注意：公式中应应取取绝对值绝对值，不涉及，不涉及正正负负。问题：磁通量大，磁通量变化问题：磁通量大，磁通量变化一定大吗？磁通量变化大，磁一定大吗？磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？通量的变化率一定大吗？物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少产生

10、产生感应电动感应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义问题：公式中问题：公式中E表示的是平表示的是平均感应电动势还是瞬时感均感应电动势还是瞬时感应电动势？应电动势？1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路垂直于磁场的回路面积面积S发生变化发生变化,SS2-S1,此时：此时：2.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S不变不变,磁感应磁感应强度强度B发生变化发生变化,BB2-B1,此时：此时：4、应用、应用:用公式用公式求求E的二种的二种常见情

11、况：常见情况：（感生电动势）（感生电动势）（动生电动势）（动生电动势）【课课堂堂练习练习】1 1、有一个、有一个5050匝的匝的线线圈，如果穿圈，如果穿过过它的它的磁通量的磁通量的变变化率化率为为0.5Wb/s0.5Wb/s，求感，求感应电应电动势动势。2 2、一个、一个100100匝的匝的线线圈，在圈，在0.5s0.5s内穿内穿过过它的磁通量从它的磁通量从0.01Wb0.01Wb增加到增加到0.09Wb0.09Wb。求。求线线圈中的感圈中的感应电动势应电动势。vB BV1V2若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜导体斜切磁感线切磁感线)注意：注意：2

12、、导线的长度、导线的长度L应为应为有效长度有效长度1、导线运动方向和磁感线、导线运动方向和磁感线平行平行时时,E=03、速度、速度v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值),E就为平均值就为平均值(瞬时值瞬时值)Lv为为v与与B夹角夹角三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势问题：问题：公式公式 与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？(1)求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势,E和某段时间或和某段时间或某个过程对应某个过程对应求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E和某个和某个时刻或某个位置对应时刻或某个位置对应.(2)求出的是整个回路的感应电动求出的是整个

13、回路的感应电动势；势；求出的是某部分导体的电动势。求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。导体的感应电动势不一定为零。vabcdL1、区别：区别：(1)公式公式中的时间趋近于中的时间趋近于0时，则时，则E为瞬为瞬时感应电动势时感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E为平为平均感应电动势。均感应电动势。2、联系：、联系：问题：问题：公式公式 与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？公式公式和公式和公式是统一的是统一的.四、反电动势四、反电动势 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电

14、动势电动机转动时产生的感应电动势总要总要削弱削弱电源产生的电流电源产生的电流,这个电动势叫这个电动势叫反电动势反电动势.2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动.线圈要维持转动线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能.电电能转化为其它形式的能能转化为其它形式的能.3 3、应用：、应用：电动机停止转动电动机停止转动,就没有反电动势就没有反电动势,线圈线圈中电流会很大中电流会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立即切断电源要立即切断电源,进进行检查行检查.如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴的金属环绕通过某直径的轴00以角以角速度速度作匀速转动作匀速转动,

15、匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B，从，从金属环面与磁场方向金属环面与磁场方向重合重合时开始计时时开始计时,则在则在金属环金属环转过转过900角的过程中，环中产生的电动势的角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大平均值是多大?00B例与练例与练3在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程中的平均感应电动势的过程中的平均感应电动势例与练例与练4B00adcb/10-2Wbt/

16、sA BD0120.1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：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、线圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D、线圈中、线圈中0到到D时间内时间内平平均感应电动势为均感应电动势为0.4VABD例与练例与练6斜率表示斜率表示的的变化率变化率如图，匀强磁场的磁感应强度为如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为，长为L

17、的金属棒的金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面内运动，速的平面内运动，速度度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感应电产生的感应电动势。动势。abvE=BLVsin例与练例与练7如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端的电势差两端的电势差.AOA例与练例与练9关于电磁感应，下述说法中正确的是关于电磁感应，下述说法中正确的是()A、穿过线圈的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大感应电动势越大B、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量为为

18、零零,感感应应电电动动势势一一定定为零为零C、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量的的变变化化越越大大,感感应应电电动动势越大势越大D、穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量变变化化越越快快,感感应应电电动动势势越大越大D注意注意:感应电动势感应电动势E与与、/t的关系的关系例与练例与练11如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方向如图方向如图.今有一导体棒今有一导体棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能无摩擦地沿框并能无摩擦地沿框滑动滑动,框架及导体框架及导体ab电阻均不计电阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s的速度向右的速度向右匀速滑动时，试求：匀速滑动时，试求：(1)导体导体ab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小回路上感应电流的大小E=BLv=0.80V例与练例与练12如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.010-3T，在垂直磁场的，在垂直磁场的平面内平面内,有一金属棒有一金属棒AO,绕平行于磁场的绕平行于磁场的O轴顺时轴顺时针转动针转动,已知棒长已知棒长L=0.20m，角速度，角速度=20rad/s，求：棒产生的感应电动势有多大？求：棒产生的感应电动势有多大？例与练例与练13