《法拉第电磁感应定律（自整理）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《法拉第电磁感应定律（自整理）（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 楞次定律 楞次定律指出 感应电流的方向 总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化 它是判断感应电流方向的普遍规律 1 应用楞次定律判断步骤 感应电流方向 4 4法拉第电磁感应定律 问题1 据前面所学 电路中存在持续电流的条件是什么 问题2 什么叫电磁感应现象 产生感应电流的条件是什么 1 闭合电路 2 有电源 产生感应电流的条件是 1 闭合电路 2 磁通量变化 利用磁场产生电流的现象 知识回顾 由于闭合回路中的面积变化引起磁通量变化 2 1 B S 3 在电磁感应现象中 磁通量的变化的方式有哪些 由于闭合回路中的磁感应强度变化引起磁通量变化 2 1 B S 电路中产生持续电流的条件
2、是什么 1 电路闭合 2 有电源 电源在哪里 一 感应电动势 存在感应电流必然存在对应的电动势 物理学中 我们把在电磁感应现象中 产生的电动势叫做感应电动势 等效 一 感应电动势 产生电动势的那部分导体相当于电源 其电阻为电源的内阻 r 当开关断开后 电路中是否有电流呢 电源两端有电压吗 电源的电动势还存在吗 思考与讨论 当导线断开后 电路中是否还有电流呢 线圈内的感应电动势还存在吗 思考与讨论 感应电动势的有无 完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化 与电路的通断 电路的组成是无关的 电路断开时有感应电动势 但无感应电流 例1 在赤道的上方 一根沿东西方向的水平导体自由下落 下落过程中
3、导体上各点的电势高低是 A 东端高B 西端高C 中点高D 无感应电动势产生 A 探究 影响感应电动势大小的因素 问题 我们怎样能够感知到感应电动势的大小 电流表偏转的角度 探究 影响感应电动势大小的因素 问题 电流表指针的偏转角度与感应电动势的大小有什么关系呢 等效 探究 影响感应电动势大小的因素 提供器材 猜想 可能与什么因素有关 探究 影响感应电动势大小的因素 体验探究过程 交流汇报心得 模拟实验一 一根磁铁慢速插入 一根磁铁快速插入 分析归纳 感应电动势大小不同 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 模拟实验二 一根磁铁快速插入 两根磁铁快速插入
4、分析归纳 感应电动势大小不同 磁通量变化量 不同 都产生感应电流I 磁铁的快慢相同 感应电流I大小不同 定性结论 感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关 感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关 磁通量变化率 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 t成正比 2 数学表达式 国际单位时 若有n匝线圈 则相当于有n个电源串联 总电动势为 注意 公式中 应取绝对值 不涉及正负 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 1 内容 2 公式 即 单位为伏 韦伯 秒则k 1 注意 公式中 取绝对值 不涉及正负 感应电流的方向另行判断 二 法拉第
5、电磁感应定律 当闭合电路中的线圈匝数是1匝时 感应电动势大小的表达式 思考 当闭合电路中的线圈匝数是n时 感应电动势大小的表达式该怎么写呢 思考 穿过线圈内的磁通量 一样吗 1匝线圈 n匝线圈 穿过线圈内的磁通量 一样 思考 当闭合电路中的线圈匝数是n时 感应电动势大小的表达式该怎么写呢 法拉第电磁感应定律 若线圈有n匝 电动势为 若线圈有1匝 电动势为 3 理解 t的意义 注意 磁通量 BS 与匝数无关 问题1 磁通量大 磁通量变化一定大吗 问题2 磁通量变化大 磁通量的变化率一定大吗 可以类比速度 速度的变化和加速度 磁通量的变化率和磁通量 磁通量的变化无直接关系 磁通量大 小 零 磁通量
6、的变化率不一定大 小 零 磁通量的变化大 小 磁通量的变化率不一定大 小 思考与讨论 1 磁感应强度B不变 垂直于磁场的回路面积S发生变化 S S2 S1 此时 2 垂直于磁场的回路面积S不变 磁感应强度B发生变化 B B2 B1 此时 4 应用 用公式求E的二种常见情况 感生电动势 动生电动势 例2 如图所示 一个50匝的线圈的两端跟R 99 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20 2 电阻为1 磁感应强度以100T s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 解析 练1 在磁感应强度随时间变化的磁场中 垂直磁场放置一个面积为0 1m2的圆环 在0 2s内磁
7、场的磁感应强度由0增大到0 3T 求圆环中的平均感应电动势 答案 0 15 例题3 课后T1 下列说法正确的是 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 线圈中的磁通量越大 线圈中产生的感应电动势一定越大C 线圈处在磁场越强的位置 线圈中产生的感应电动势一定越大D 线圈中磁通量变化得越快 线圈中产生的感应电动势越大 D 练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
8、最小 感应电动势最大 例4 如图所示 线圈匝数n 100匝 面积S 50cm2 线圈总电阻r 10 外电路总电阻R 40 沿轴向匀强磁场的磁感应强度由B1 0 4T在0 1s内均匀减小为零再反向增为B2 0 1T 求 1 磁通量的变化率为多少 2 感应电流大小为多少 3 线圈的输出功率为多少 例5 如下图所示 半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO 以角速度 作匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为B 从金属环面与磁场方向重合时开始计时 则在金属环转过30 角的过程中 环中产生的电动势的平均值是多大 6 如图 半径为r的金属环绕通过某直径的轴00 以角速度 作匀速转动 匀强磁场的磁感应强度为B 从金属
9、环面与磁场方向重合时开始计时 则在金属环转过900角的过程中 环中产生的电动势的平均值是多大 第2课时 三 导体作切割磁感线运动 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 L v t 产生的感应电动势为 穿过回路的磁通量的变化为 B S BLv t V是相对于磁场的速度 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角 导体斜切磁感线 3 速度v为平均值 瞬时值 E就为平均值 瞬时值 为v与B夹角 4 外力克服安培力做功 其他形式的能转变成电路的电能 匀强磁场 v B L两两垂直 三 导体作切割磁感线时的感
10、应电动势 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 1 区别 例 如图 匀强磁场的磁感应电动势为B 长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动 速度v与L成 角 求金属棒ab产生的感应电动势 E B Lsin V 有效长度 导线在垂直速度方向上的投影长度 练习1 半径为R的半圆形导线在匀强磁场B中 以速度V向右匀速运动时 E E B 2R V 有效长度 弯曲导线在垂直速度方向上的投影长度 2 求下面图示情况下
11、 a b c三段导体两端的感应电动势各为多大 Ea Eb Ec BLV 3 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 已知导轨的总电阻为R 导体棒ab的电阻为r 如图 水平面上有两根相距0 5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ 它们的电阻不计 在M和P之间接有R 3 0 的定值电阻 导体棒长ab 0 5m 其电阻为r 1 0 与导轨接触良好 整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中 B 0 4T 现使ab以v 10m s的速度向右做匀速运动 1 ab中的电流多大 ab两点间的
12、电压多大 2 维持ab做匀速运动的外力多大 3 ab向右运动1m的过程中 外力做的功是多少 电路中产生的热量是多少 WF 0 1J I 0 5A F 0 1N Q 0 1J U 1 5V 例与练 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 四 反电动势 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 四 反电动势 正因为反电动势的存在 所以对电动机 欧姆定律不成立 1
13、定义 电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流 这个电动势叫反电动势 2 作用 阻碍线圈的转动 线圈要维持转动 电源就要向电动机提供电能 电能转化为机械能和内能 如果电动机因机械阻力过大而停止转动 这时就没有了反电动势 线圈电阻一般都很小 线圈中电流会很大 电动机会烧毁 这时 应立即切断电源 进行检查 一 感应电流与感应电动势如何判断正 负极 二 法拉第电磁感应定律 1 定义式 2 推论 三 反电动势 线圈转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流 小结 1 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 感应电动势越大B 穿过线圈的磁通量为零 感应电动势一定为零C 穿
14、过线圈的磁通量的变化越大 感应电动势越大D 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大 D 注意 感应电动势E与 t的关系 随堂练习 2 一个匝数n 100 面积为10cm2的线圈垂直磁场放置 在0 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T 求线圈中的感应电动势 随堂练习 3 如图 一个水平放置的导体框架 宽度L 1 50m 接有电阻R 2 设匀强磁场和框架平面垂直 磁感应强度B 0 40T 方向如图 今有一导体棒ab跨放在框架上 并能无摩擦地沿框滑动 框架及导体ab电阻均不计 当ab以v 4 0m s的速度向右匀速滑动时 试求 1 导体ab上的感应电动势的大小 2 回路上感应电流的大小 E BLv
15、2 4V 随堂练习 4 如图 长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁场的磁感应强度为B 求杆OA两端的电势差 课堂练习 解 5 如图 有一匀强磁场B 1 0 10 3T 在垂直磁场的平面内 有一金属棒AO 绕平行于磁场的O轴顺时针转动 已知棒长L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒产生的感应电动势有多大 小结 也可用 进行计算 因为从O A 各点的线速度是均匀变化的 故取棒中点的速度代表棒的平均速度 由 仍得到上面的结果 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个匝数为n的矩形线圈 边长ab L1 bc L2线圈绕中心轴OO 以角速度 由图示位置逆时针方向转动
16、 求 1 转过1 4周时ab边产生的瞬时感应电动势 2 转过1 2周时ab边产生的瞬时感应电动势 转动1周的过程中ab边产生的感应电动势哪个时刻最大 哪个时刻最小 思考 练6 如图 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 初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直 经过t时间转过1200角 求 1 线框内感应电动势在时间t内的平均值 2 转过1200角时感应电动势的瞬时值 3Ba2 2t 练7 10 2Wb t s A B D 0 1 2 0 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0时刻感应电动势最大B 线圈中D时刻感应电动势为零C 线圈中D时刻感应电动势最大D 线圈中0到D时间内平均感应电动势为0 4V ABD 练8 斜率表示 的变化率 解析 选A B D 由法拉第电磁感应定律知线圈从O至D时间内的平均感应电动势由感应电动势的物理意义知 感应电动势的大小与磁通量的大小 和磁通量的改变量 均无必然联系 仅由磁通量的变化率决定 而任何时刻磁通量的变化率就是 t图象上该时刻切线的斜率
