《高中物理第一章电磁感应第四节法拉第电磁感应定律讲义（含解析）粤教版选修3_2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第一章电磁感应第四节法拉第电磁感应定律讲义（含解析）粤教版选修3_2（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比，即En，这就是法拉第电磁感应定律。2直导线切割磁感线运动时产生的感应电动势EBLvsin 。3产生感应电动势的那部分导体相当于电源。一、影响感应电动势大小的因素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。在发生电磁感应现象的电路中，即使电路不闭合，没有感应电流，感应电动势依然存在。2磁通量的变化率磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢，用表示，其中表示磁通量的变化量，t表示变化所用的时间。二、法拉第电磁感应定律1内容电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。2公式En。
2、其中n为线圈匝数，是磁通量的变化率。3单位的单位是Wb，t的单位是s，E的单位是V。三、感应电动势的另一种表述1表述直导线做切割磁感线运动时产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导体长度L、运动速度v以及运动方向和磁感线方向的夹角的正弦sin 成正比。2公式EBLvsin_，若B、L、v三者互相垂直，则EBLv。3公式适用范围闭合电路的一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时产生的感应电动势。1自主思考判一判(1)产生感应电动势，不一定产生感应电流。()(2)感应电动势的大小与磁通量大小有关。()(3)感应电动势E和磁通量均与线圈匝数有关。()(4)如图141所示，线圈以恒定速度v从图示位置
3、向上离开磁场过程中感应电流逐渐变大。() 图141 图142(5)如图142所示，导体棒平动切割磁感线产生的电动势为Blv。()2合作探究议一议(1)产生感应电动势的电路一定是闭合的吗？提示：当闭合电路中磁通量发生变化时，会产生感应电动势和感应电流；如果电路不闭合，仍会产生感应电动势，但不会产生感应电流。(2)感应电动势和磁通量都和线圈的匝数成正比吗？提示：感应电动势的大小和线圈匝数成正比，但磁通量和线圈的匝数无关。(3)导体棒运动速度越大，产生的感应电动势越大吗？提示：导体棒切割磁感线时，产生感应电动势的大小与垂直磁感线的分速度有关，而速度大，垂直磁感线方向的分速度不一定大，所以导体棒运动速
4、度越大，产生的感应电动势不一定越大。对法拉第电磁感应定律的理解典例一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为()AB1C2 D4思路点拨线框位于匀强磁场中，磁通量发生均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小。解析根据法拉第电磁感应定律En，设线框匝数为n，面积为S0，初始时刻磁感应强度为B0，则第一种情况下的感应电动势为E1nnB0S0；第二种情况下的感应电动势为E2nnB0S
5、0，所以两种情况下线框中的感应电动势相等，比值为1，故选项B正确。答案B对法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与的大小及的大小没有必然联系。(2)计算感应电动势时，常有以下三种情况：ES，即面积不变，磁感应强度变化；EB，即面积改变，磁感应强度不变；E，即面积和磁感应强度都改变。 1闭合回路的磁通量随时间t的变化图像分别如图143所示，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，其中正确的是()图143A图甲回路中感应电动势恒定不变B图乙回路中感应电动势恒定不变C图丙回路中0t1时间内感应电动势小于t1t2时间内感应电动势D图丁回路中感应电动势先变大后变小解
6、析：选B因E，则可据图像斜率判断知图甲中0，即电动势E为0；图乙中恒量，即电动势E为一恒定值；图丙中E前E后；图丁中图像斜率先减小后增大，即回路中感应电动势先减小后增大，故只有B选项正确。2一个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005 s内由01 T增加到05 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？解析：磁通量的变化是由磁场的变化引起的，应该用公式BSsin 来计算，所以BSsin (0501)2010405 Wb4104 Wb磁通量的平均变化率 Wb/s8103 Wb/s感应电动势的大
7、小可根据法拉第电磁感应定律计算En2008103 V16 V。答案：4104 Wb8103 Wb/s16 V平均电动势与瞬时电动势的求解平均电动势与瞬时电动势的比较EnEBlvsin 区别物理意义不同求的是t时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应适用范围不同求的是整个电路的感应电动势。整个电路的感应电动势为零时，其电路中某段导体的感应电动势不一定为零求的是电路中一部分导体切割磁感线时产生的感应电动势研究对象不同由于是整个电路的感应电动势，因此研究对象即电源部分不容易确定由于是一部分导体切割磁感线产生的感应电动势，该部分就相当于电源
8、联系公式En和EBlvsin 是统一的，当t0时，E为瞬时感应电动势，而公式EBlvsin 中的v若代入平均速度，则求出的E为平均感应电动势典例如图144所示，边长为01 m的正方形线圈ABCD在大小为05 T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1 s线圈转了90，求：图144(1)线圈在1 s时间内产生的感应电动势的平均值。(2)线圈在1 s末时的感应电动势大小。解析初始时刻线圈平面与磁感线平行，所以穿过线圈的磁通量为零，而1 s末线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，故有磁通量变化，有感应电动势产生。(1)根据E可得在转过90的过程中产生的平均感应电动势E050
9、101 V0005 V。(2)当线圈转了1 s时，恰好转了90，此时线圈的速度方向与磁感线的方向平行，线圈的BC段不切割磁感线(或认为切割磁感线的有效速度为零)，所以线圈不产生感应电动势，E0。答案(1)0005 V(2)0(1)某一位置或某一时刻的瞬时感应电动势一般用EBlv求解，而En一般用于求某一段时间或某一过程的平均感应电动势，其中t为对应的这段时间。(2)平均感应电动势不一定是最大值与最小值的平均值，需根据法拉第电磁感应定律求解。 1如图145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的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径
10、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，下列结论错误的是()图145A感应电流方向不变BCD段直线始终不受安培力C感应电动势最大值EBavD感应电动势平均值Bav解析：选B感应电动势公式E只能用来计算平均值，利用感应电动势公式EBlv计算时，l应是等效长度，即垂直切割磁感线的长度。在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确。根据左手定则可以判断，CD段受安培力向下，B不正确。当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为a，这时感应电动势最大为EBav，C正确。感应电动势平均值Bav，D正确。2如图146所示
11、，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在平面与磁感线垂直，经过t时刻转过120角，求：图146(1)线框内感应电动势在t时间段内的平均值；(2)转过120角时感应电动势的瞬时值。解析：(1)设初始时刻磁感线从线框反面穿入，此时磁通量1Ba2，t时刻后2Ba2，磁感线从正面穿入，磁通量的变化量为，则。(2)计算感应电动势的瞬时值要用公式EBlvsin 。v，120，所以E。答案：(1)(2)感生电动势和动生电动势的相关计算感生电动势与动生电动势的对比感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电
12、荷的电场力导体中自由电荷所受洛伦兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体产生的原因磁场变化产生电动势，是由于磁场变化而产生的，所以BS导体运动产生电动势，是由于导体线框本身的面积发生变化而产生的，所以BS方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断，也可由楞次定律判断大小计算方法由En计算通常由EBlvsin 计算，也可由En计算典例如图147甲所示，有一面积为S100 cm2金属环，电阻为R01 ，环中磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直环面向里，在t1至t2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电荷量为多少？图147思路点拨解析(1)
13、由楞次定律可以判断金属环中感应电流的方向为逆时针方向。(2)由图可知：磁感应强度的变化率为，线圈中的磁通量的变化率：SS，金属环中形成的感应电流，通过金属环的电荷量：qt，由以上各式解得：q C001 C。答案逆时针方向001 C感应电荷量的计算式为qttt，可见q仅由电路中电阻和磁通量的变化量决定，与发生磁通量变化的时间无关。若线圈匝数为n，则感应电荷量qttnt。 1如图148所示，金属棒ab置于水平放置的光滑框架cdef上，棒与框架接触良好，匀强磁场垂直于ab棒斜向下。从某时刻开始磁感应强度均匀减小，同时施加一个水平方向上的外力F使金属棒ab保持静止，则F()图148A方向向右，且为恒力
14、 B方向向右，且为变力C方向向左，且为变力 D方向向左，且为恒力解析：选C由EnS可知，因磁感应强度均匀减小，感应电动势E恒定，由F安BIL，I可知，ab棒受的安培力随B的减小，均匀变小，由外力FF安可知，外力F也均匀减少，为变力，由左手定则可判断F安水平方向上的分量向右，所以外力F水平向左，C正确。2如图149所示，两根相距l04 m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，一端与阻值R015 的电阻相连。导轨间x0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场，其方向与导轨平面垂直，变化率k05 T/m，x0处磁场的磁感应强度B005 T。一根质量m01 kg、电阻r005 的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直。棒在外力作用下从x0处以初速度v02 m/s沿导
