4.4 法拉第电磁感应定律.ppt

4、4 法拉第电磁感应定律,引入：,在本章第一节中，我们知道在电能生磁的基础上，法拉第发现了磁也能生电，从而深刻地揭示了电现象和磁现象之间是有联系的。在此基础上，我们当然要问：要产生感应电流，需要满足什么条件？第二节我们就探究了这个问题。在解决了什么条件下会产生感应电流的问题后，我们自然又会问：产生出来的感应电流方向如何？第三节楞次定律和右手的则又帮助我们回答了这个问题。现在我们又有一个新的问题：怎样计算出来的感应电流的大小？要弄清这个问题，我们来学习第四节：法拉第电磁感应定律。,助学目标：,1、通过自主预习，知道什么是感应电动势；2、通过自主预习，小组讨论，知道磁通量的变化率表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别，和 的含义；,3、通过自主预习，小组讨论，教师点拨，理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式；会推导公式 以及E=BSW,会用 和 解决实际问题。,、,电磁感应现象,实验现象回顾,电路中产生持续电流的条件是什么？,（1）电路闭合,（2）有电源,电源在哪里？,【知识回顾】,一、磁通量 磁通量变化 磁通量变化率与电磁感应的关系,问题：影响感应电动势大小的因素有哪些？,（1）将条形磁体插入线圈，电流表指针偏转。其原因是什么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？,【观察实验】,（2）将条形磁体从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？,磁通量变化量 相同,都产生感应电流 I,磁铁插入的所用时间不同,感应电流 I 大小不同,问题：影响感应电动势大小的因素有哪些？,【分析猜想】,磁通量变化量 相同,都产生感应电流 I,磁铁插入的快慢不同,感应电流 I 大小不同,实验结果：影响感应电动势大小的因素是。磁通量变化越快，感应电动势越大。,磁通量变化的快慢,猜想：感应电动势大小与磁通量变化快慢有关。,1、感应电动势,（E）,二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小,（1）定义:,在电磁感应现象中产生的电动势。,（2）磁通量变化越快，感应电动势越大。,磁通量变化,磁通量变化快慢,磁通量,1、感应电动势,（E）,二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小,（1）定义:,在电磁感应现象中产生的电动势。,（2）磁通量变化越快，感应电动势越大。,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。,2、法拉第电磁感应定律,（1）内容:,(K是一个常数),(n为线圈的匝数),1、感应电动势,（E）,二、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小,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。,2、法拉第电磁感应定律,（1）内容:,平均磁通量变化率,平均感应电动势,特别注意：,（1）感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率，而与 的大小、的大小没有必然联系。,（2）是 t图像的切线斜率。,（3）求出的是平均感应电动势。,复习提问：,1、和,之间有什么区别和联系？,答：大，和,不一定大；、大，,不一定大。它们之间的关系与速度、速度变化量和速度变化率（加速度）的关系类似。,2、法拉第电磁感应定律的内容及表达式是什么？,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。,。,例：如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R99的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是202，电阻为1，磁感应强度以100Ts的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？线圈某一横截面内通过的电荷量是多少？,解析：,巩固练习：,1穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟均匀地增加2 Wb，则：A线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V B线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V C线圈中的感应电动势始终是2 V D线圈中不产生感应电动势,三、重要的推论,如图所示闭合线圈一部分导体ab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。,回路在时间t内增大的面积为：,S=Lvt,解：,产生的感应电动势为：,穿过回路的磁通量的变化为：,=BS,=BLvt,V2,V1,=Vsin,若导体斜切磁感线,当速度v与磁感应强度B不垂直时，可将B分解为平行于速度分量B|（对感应电动势无贡献），垂直于速度分量B，则感应电动势：,为B、v之间的夹角,特别注意：,1、为B、v之间的夹角；,2、公式E=BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度，即导线在垂直磁场方向投影的长度的。,在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。,公式,与公式,的比较,(1)求出的是平均感应电动势,E和某段时间或某个过程对应；求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或某个位置对应.,(2)求出的是整个回路的感应电动势；求出的是某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。,区别：,(1)公式中的时间趋近于0时，则E为瞬时感应电动势,(2)公式中v若代表平均速度，则E为平均感应电动势。,联系：,公式和公式是统一的.,【理解应用】,例题2,如图，设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒ab的长度为L,以速度v在导轨上向右匀速运动。求此时a、b两点间的电势差。已知导轨的总电阻为R,导体棒ab的电阻为r。,在上题中，导体棒ab的质量为m。若开始导体棒ab在导轨上静止，用一水平向右的恒力F拉导体棒，使它向右运动，试分析导体棒的受力情况、运动情况。求出导体棒运动的最大速度。,例题2,运动分析：,当F=F安时，a=0,此时导体棒最大速度为:,当mgsin=F安时，a=0,此时导体棒最大速度为:,拓展,如图所示，长为 的金属杆OA绕过O点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求OA杆产生感应电动势的大小。,解析：,由于OA杆是匀速转动，故OA产生的感应电动势是恒定的，其平均值与瞬时值相同，求感应电动势的两个公式均可以用。,O,例题3,例4：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？,如图所示，边长为a的正方形金属线圈绕通过OO轴，以角速度做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，求下列情况的平均感应电动势1）线框从图示位置转过9002）线框从图示位置转过18003）线框从图示位置转过300,【例题5】线框在磁场中的转动,o,O,四.反电动势,1.既然线圈在磁场中转动，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源了产生的电流,还是削弱了它？是有得于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动？,电动机转动是时,线圈中产生的感应电动势总要削弱电源电动势的作用,阻碍线圈的转动.,反电动势,2.电动机由于机械故障停转,要立即切断电源。,2一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的：A.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最大B.磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大C.磁通量最大,磁通量变化率最小,感应电动势最大D.磁通量最小,磁通量变化率最小,感应电动势最大,如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图。一根长度大于2r的直导线MN，以速率V在圆上自左端匀速滑到右端，电路中定值电阻为R，其余电阻忽略不计。在滑动过程中，通过电阻R的电流的平均值为_;当MN从圆环左端滑到右端的过程中，通过R的电荷量为_,当MN通过圆环中心O时，通过R的电流为_.,(Brv/2R,Br2/R,2Brv/R),应用举例,例1、如图所示为穿过某线路的磁通量随时间t变化的关系图，试根据图说明：（1）穿过某线路的磁通量何时最大？何时最小？（2）/t何时最大？何时最小？（3）感应电动势E何时最大？何时最小？,注意区分几个物理量：、/tE只与/t有关，而与、无关。,思考与讨论：,如图所示，长度都是L、质量都为m的两金属杆ab、cd放在水平放置的足够长的金属导轨MN、EF上，磁感应强度为B的匀强磁场强度竖直向上，若ab以速度v向右运动，试回答下列问题：（不计一切摩擦且导轨足够长）（1）cd杆将向哪儿动？（2）两金属杆各做什么性质的运动？（3）从开始运动直到最后，在金属框架上消耗掉的能量有多少,如图，质量为m,电阻为R,边长为l的正方形线圈从一匀强场区域上方高h处自由下落。设磁场的磁感应强度为B，方向如图，试分析：在线圈下边刚进入磁场到上边尚未进入磁场的过程中，线圈有可能做什么运动，并讨论其条件。,例题5,线框作减速运动，且加速度不断减小,线框作加速运动，且加速度不断减小,讨论,v,t,(1),(2),(3),0,电动势,:非静电的电场强度,动生电动势和感生电动势,一 动生电动势,感应电动势,磁通量m变,动生电动势,磁场不变，回路面积 S 变,感生电动势,回路不动，磁感应强度变,在磁场中，导体棒AB以 v 沿金属导轨向右运动，导体切割磁力线,回路面积发生变化，导体内产生动生电动势。,自由电子所受的洛仑兹力,产生动生电动势的实质是由于运动导体中的电荷在磁场中受洛仑兹力 fL 的结果。,电子感应加速器：在涡旋电场作用下，电子可以被加速到 10 100 MeV。,基本原理 应用感生电场加速电子的电子感应加速器(betatron)，是感生电场存在的最重要的例证之一。实验装置及原理：在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流励磁电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场。用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下，沿圆形轨道运动。直流电激励电磁铁：此时环行真空室中只有恒定的磁场，电子在室内只做匀速圆周运动。,交流电激励电磁铁：当激励电流增加时，真空室中既有磁场又有有旋电场，电子在其中得到加速。磁场变化越快，电子的加速越明显。,