法拉第电磁感应定律(人教版)ppt课件.ppt
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1、4.4法拉第电磁感应定律,实验探究一,若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势.演示实验并播放动画画出等效电路图,实验探究二,若电路断开时,虽然没有感应电流,电动势依然存在。演示实验并播放动画画出等效电路图,在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源,一、感应电动势,1感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于电源2感应电动势与感应电流:感应电动势是形成感应电流的必要条件,有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势,猜想:感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关(而磁通
2、量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示),感应电动势的大小跟哪些因素有关?,实验1:用导线切割磁感线,产生感应电流的实验中,导线运动的速度越快、磁体的磁场超强,产生的感应电流越大,实验探究1:感应电动势2,实验探究3:感应电动势1,实验2:在向线圈中插入条形磁铁的实验中,磁铁的磁场越强、插入的速度越快,产生的感应电流就越大。,实验:电磁感应插磁铁,实验探究2:感应电动势3,1、当时间相同时,磁通量变化越大,感应电流就越大,表明感应电动势越大。,2、当磁通量变化相同时,所用时间越短,感应电流就越大,表明感应电动势越大,感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关.,分析与论证,结论,说明: 磁通量
3、变化的快慢,可用单位时间内的磁通量的变化,即磁通量的变化率来表示。 可见感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。,概念的类比,精确实验表明: 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。这就是法拉第电磁感应定律。,得出,若闭合电路是一个n匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,则整个线圈的感应电动势为,1磁通量的变化率/t :表示磁通量变化的快慢 (1)磁通量的变化率跟磁通量、磁通量的变化不同磁通量为零时,磁通量的变化率不一定为零,磁通量变化大不等于磁通量的变化率大,二、法拉第电磁感应定律的理解,(2) /t 是指在时间 t 内磁通量变化快慢的平均值; t0,/t表示在某
4、瞬时磁通量变化的快慢,,(3)式中物理量都取国际单位,【典例1】 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,在此过程中磁通量变化了多少?磁通量的平均变化率是多少?线圈中感应电动势的大小是多少伏?,【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析:,【自主解答】磁通量的变化量是由磁场的变化引起的,应该用公式=BSsin来计算,所以=BSsin=(0.5-0.1)2010-40.5 Wb=410-4 Wb.磁通量的变化率,感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律E=n =200810-3 V=1.6 V.答案
5、:410-4 Wb 810-3 Wb/s 1.6 V,【变式训练】一个面积S=410-2 m2、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随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是( ),A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化率等于-0.08 Wb/sB.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于-0.08 VD.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零,【解析】选A.由 得:在开始2 s内线圈中产生的感应电动势:E=100 410-2 V=-8 V磁通量的变化率: =-0.08 Wb/s第3 s末虽然磁通量
6、为零,但磁通量的变化率为0.08 Wb/s,所以选A.,三导线切割磁感线时的感应电动势,(1)垂直切割时:如图所示,导体由ab匀速移动到a1b1 ,这一过程中穿过闭合回路的磁通量变化=BLvt ,由法拉第电磁感应定律得:,(2)切割方向与磁场方向成角时:如图所示,将v分解为垂直B和平行B的两个分量,其中:,对切割有贡献,对切割无贡献,所以:,导线切割磁感线时产生的电动势的大小,跟磁感强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦sin成正比,【典例2】(2009山东高考)如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在
7、的平面,回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是,A.感应电流方向不变B.CD段直导线始终不受安培力C.感应电动势最大值Em=BavD.感应电动势平均值 Bav,【思路点拨】求解此题应注意以下三点:,【标准解答】选A、C、D.导体切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可知,感应电流方向不变,A正确.感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势,故Em=Bav,C正确. =B a2 t= 由得 Bav,D正确.,【变式训练】如图所示,平行金属导轨间距为d,一端跨接电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于金属导轨所在平面,
8、一根长金属棒与导轨成角放置,金属棒与导轨的电阻均不计,当金属棒沿垂直于棒的方向,以恒定速度v在金属导轨上滑行时,通过电阻的电流是( )A.Bdv/(Rsin) B.Bdv/RC.Bdvsin/R D.Bdvcos/R,【解析】选A.金属棒切割的有效长度 故E=Blv=Bv 则电流,例题3:,长为L的金属棒ab,绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁感应强度为B,如图所示,求ab两端的电势差,解析:,ab两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动势(因为没有外电路),所以只要求出电动势即可,棒上各处速率不等,不能直接用E=BLv来求,但棒上各点的速度v= r与半径成正比,因此可用棒的中
9、点速度作为平均切割速度代入公式计算:,公式E=/t,E=n/t一般适用于求解平均电动势的大小;而公式E=BLV一般适用于切割磁感线运动导体的瞬时电动势的大小。讨论:产生感应电流与产生感应电动势的条件一样吗?,(导体在磁场中做切割线运动或者是穿过某一回路的磁通量发生变化,就一定产生感应电动势),【典例4】(2010长春高二检测)一根导体棒ab在垂直于纸面方向的匀强磁场中自由下落,并始终保持水平方向且与磁场方向垂直.如图所示,则有A.Uab=0B.UaUb,Uab保持不变C.UaUb,Uab越来越大D.UaUb,Uab越来越大,【思路点拨】导体切割磁感线时,感应电动势的方向、大小分别由右手定则和E
10、=Blv确定.【标准解答】选D.ab棒向下运动时,可由右手定则判断感应电动势方向为ab,所以UbUa,由Uab=E=Blv及棒自由下落时v越来越大,可知Uab越来越大,D项正确.,【变式训练】如图所示,长为L的导线下悬挂一小球,在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动,圆锥的偏角为,摆球的角速度为,磁感应强度为B,则金属导线中产生的感应电动势大小为多少?,【解析】导线的有效长度为L有=Lsin,据E= BL有2知,感应电动势E= BL2sin2.答案: BL2sin2,三、反电动势,思考: 如图所示,电源在电动机线圈中产生的电流的方向以及AB.CD两个边受力的方向都可判断出.,三.反电动势,既然线圈
11、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?是有利于线圈的转动,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,讨论与归纳,电动机转动时,线圈中也会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用,将这个感应电动势称为反电动势.它的作用是阻碍线圈的转动. 如果要使线圈维持原来的转动,电源就要向电动机提供能量.这正是电能转化为其他形式能的过程.,讨论:电动机工作中要注意的问题,如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动,这时没有了反电动势,电阻很小的线圈直接连在电源的两端,电流会
12、很大,时间长了很可能把电动机烧毁.所以,如果电动机由于机械故障停转.要立即切断电源,进行检查.,小结:,法拉第电磁感应定律,导线切割磁感线时产生的电动势的大小,跟磁感强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦sin成正比,反电动势:电动机转动时,线圈中会产生感应电动势,这个电动势总要削弱电源电动势的作用,这个电动势称为反电动势,【典例4】(2010巢湖高二检测)如图所示,MN、PQ为光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),MN、PQ相距L=50 cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1 ,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3 ,R2=6 ,整个装置放在磁感应强度为B
13、=1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5 m/s速度做匀速运动.,求:(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向.(2)导体棒AB两端的电压UAB=?,【思路点拨】解答本题时应把握以下三点:,【标准解答】(1)导体棒AB产生的感应电动势E=BLv=2.5 V由右手定则,AB棒上的感应电流方向向上,即沿BA方向(2)R并= =2 ,UAB=IR并= V1.7 V答案:(1)2.5 V BA方向 (2)1.7 V,【变式训练】如图所示,一宽40 cm的匀强磁场区域内磁场方向垂直纸面向里,一边长为20 cm的正方形导线框位于纸面内,以垂直
14、于磁场边界的恒定速度v=20 cm/s通过磁场区域,在运动过程中,线框有一边始终与磁场区域的边界平行.取它刚进入磁场的时刻t=0,在下图中,正确反映感应电流强度随时间变化规律的是( ),【解析】选C.线框进入过程中:t1= =1 s,I1= 大小恒定,方向沿逆时针;线框从左边刚好全部进入到右边刚好离开磁场的过程中:线框中I2=0;线框从右边刚好离开磁场到左边刚好离开磁场过程中,I3= 大小恒定,方向沿顺时针,故应选C,A、B、D错.,1.下列几种说法正确的是( )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.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁场越强的位置,产
15、生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大,课堂训练,【解析】选D.依据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关,与匝数和磁通量的变化率成正比.因此,选项A、B都是错误的.磁场的强弱与感应电动势也无关,所以选项C也是不对的.线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化率越大,依据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势与磁通量的变化率成正比,在此条件下线圈中产生的感应电动势越大,故选项D是正确的.,2.(2010银川高二检测)闭合电路中的一段导体,在匀强磁场中以v所示方向运动时,导体内通过的感应电流方向为I,图中正确表示了以上三个量的方向关
16、系的是( ),【解析】选B、D.根据右手定则,可知B、D图正确,A、C图错误.,3.如图所示,在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,设在整个过程中棒的取向不变,且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况是( )A.越来越大 B.越来越小C.保持不变 D.无法判断,【解析】选C.金属棒被水平抛出后做平抛运动,切割速度保持v0不变,故感应电动势E=BLv0保持不变,故C对,A、B、D都错.,4.如图所示,将玩具电动机通过开关、电流表接到电池上,闭合开关S,观察电动机启动过程中电流表读数会有什么变化?怎样解释这种电流的变化?,【解析】刚闭合开关
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