《苏州市实验高中2020人教版物理课件第四章电磁感应4法拉第电磁感应定律40》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苏州市实验高中2020人教版物理课件第四章电磁感应4法拉第电磁感应定律40（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 法拉第电磁感应定律,着,1.感应电动势: (1)在_现象中产生的电动势。 (2)产生感应电动势的导体或线圈相当于_。,电磁感应,电源,2.法拉第电磁感应定律: (1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一 电路的磁通量的_成正比。 (2)表达式:E= (n为线圈的匝数)。,变化率,3.导体切割磁感线时的感应电动势: (1)当磁场方向、导体、导体运动方向三者_ 时,导体所产生的感应电动势E=_。 (2)若导体与磁场方向垂直,导体运动方向与导体本身 垂直,但与磁场方向的夹角为时,如图所示,则求导 体所产生的感应电动势时,应将速度v进行_,利用,两两垂直,Blv,分解,速度垂直磁场的分量来
2、进行计算,其数值为 E=_=Blv1。,Blvsin,4.反电动势: (1)定义:电动机转动时,由于切割磁感线,线圈中产 生的_电源电动势作用的电动势。 (2)作用:_线圈的转动。,削弱,阻碍,主题一 法拉第电磁感应定律 【问题探究】 1.实验探究 探究1:如图所示,开关K均闭合,甲图中电流表指针发生 偏转;乙图中的条形磁铁插入线圈时电流计指针偏转,表明回路中有电流。甲图中产生的是恒定电流,乙图中产生的是感应电流,对比甲、乙两图,乙图的电源在哪里?,提示:产生感应电动势的那部分导体相当于电源。,探究2.1:利用如图所示的装置,将条形磁铁从线圈中插入、抽出时,观看实验视频,观察电流计指针偏转情况
3、,完成表格问题。,探究2.2:按如图所示的装置连接电路,观看实验视频,注意观察电流计指针的偏转情况,完成表格问题。,请根据实验,回答下列问题: (1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么? 提示:穿过电路的变化,回路中产生E感,从而产生 I感。,(2)电流表指针偏转程度与感应电动势的大小有什么 关系? 提示:由闭合电路欧姆定律知I= ,当电路中的总 电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。,(3)在实验中,快速和慢速效果有什么相同和不同? 相同的是_; 不同的是_ _。,磁通量变化量,磁通量变化的快慢,指针偏转的角度,感应,电动势的大小,2.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率 大
4、小关系如何? 提示:、 大小没有直接关系,很 大,、 可能很小,很小,、 可能很 大;=0, 可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平 行时)。当按正弦规律变化时,最大时, =0,反 之,当为零时, 最大。,3.在-t图象上,磁通量的变化率 应如何求解? 提示:磁通量的变化率 是-t图象上某点切线的斜 率。,【探究总结】 1.、 的比较:,2.对法拉第电磁感应定律的理解: (1)由E=n 可知:感应电动势的大小与磁通量的变化 率 成正比,与磁通量、磁通量的变化量无 关。 (2)E=n 所研究的对象是一个回路,E是在t内的平 均值,适用于任何由导体构成的回路。,(3)当仅由B引起时,则E=n ;当仅
5、由S引起 时,则E=n ;当由B、S的变化同时引起时,则 E=n n 。,【典例示范】 (多选)如图所示,A、B两闭合线圈为同样导线绕成,A有10匝,B有20匝,两圆线圈半径之比为21。均匀磁场只分布在B线圈内。当磁场随时间均匀减弱时 ( ),A.A中无感应电流 B.A、B中均有恒定的感应电流 C.A、B中感应电动势之比为21 D.A、B中感应电流之比为12,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1)由感应电流产生的条件判断感应电流有无。 (2)由法拉第电磁感应定律求出电动势的大小。,【解析】选B、D。穿过闭合电路的磁通量发生变化, 电路中产生感应电流;由法拉第电磁感应定律可以求 出感应电动
6、势;由电阻定律求出导线电阻,最后由欧姆 定律可以求出线圈电流。 磁场随时间均匀减弱,穿过闭合线圈A的磁通量减少,A 中产生感应电流,故A错误;磁场随时间均匀减弱,穿过 闭合线圈A、B的磁通量减少,A、B中都产生感应电流,故B正确;由法拉第电磁感应定律得,感应电动势:E= n =n S,其中 、S都相同,A有10匝,B有20匝, 线圈产生的感应电动势之比为12,A、B闭合线圈中 感应电动势EAEB=12,故C错误;线圈电阻R= = = ,两圆线圈半径之比为21,A有10 匝,B有20匝,、S都相同,则电阻之比RARB= rArB,=11,由欧姆定律I= 得,产生的感应电流之比 IAIB=12,故
7、D正确。,【规律方法】应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤 (1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况。 (2)利用楞次定律及安培定则确定感应电流的方向。,(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列 方程求解。用公式E=nS 求感应电动势时,S为线圈 在磁场范围内的有效面积。,【探究训练】 1.(2017天津高考)如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是( ),A.ab中的感应电流方向由b到a B.ab中的感
8、应电流逐渐减小 C.ab所受的安培力保持不变 D.ab所受的静摩擦力逐渐减小,【解析】选D。金属棒ab、电阻R、导轨构成闭合回路, 磁感应强度均匀减小( =k 为定值),则闭合回路中 的磁通量减小,根据楞次定律,可知回路中产生顺时针 方向的感应电流,ab中的电流方向由a到b,故A 错误; 根据法拉第电磁感应定律,感应电动势E= = =kS,回路面积S不变,即感应电动势为定值,根据欧,姆定律 I= ,所以ab中的电流大小不变,故B错误;安 培力F=BIL,电流大小不变,磁感应强度减小,则安培力 减小,故C错误;金属棒处于静止状态,所受合力为零, 对其受力分析,水平方向静摩擦力f与安培力F等大反
9、向,安培力减小,则静摩擦力减小,故D正确。,2.一个边长为a=1 m的正方形线圈,总电阻R=2 ,当线圈以v=2 m/s的速度通过磁感应强度为B=0.5 T的匀强磁场区域时,线圈平面总保持与磁场垂直。若磁场的宽度b1 m,如图所示,求:,(1)线圈进入磁场的过程中感应电流的大小。 (2)线圈在穿过整个磁场的过程中释放的焦耳热。,【解析】(1)根据E=Blv,I= ,知 I= = A=0.5 A (2)线圈穿过磁场的过程中,b1 m,故只在进入和穿出 时有感应电流,有Q=2I2Rt=2I2R =20.522 J =0.5 J 答案:(1)0.5 A (2)0.5 J,【补偿训练】 1.(2015
10、重庆高考)如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n,面积为S。若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差a-b( ),A.恒为 B.从0均匀变化到 C.恒为- D.从0均匀变化到-,【解题指南】解答本题时可按以下思路进行: (1)由楞次定律判断,在磁感应强度由B1均匀增大到B2的过程中,线圈两端a、b哪一端的电势高。 (2)由法拉第电磁感应定律计算,在磁感应强度由B1均匀增大到B2的过程中,线圈中产生的感应电动势。 (3)根据a、b之间电势差的大小与线圈中感应电动势之间的关系得到a-b。,【
11、解析】选C。由楞次定律可知,在磁感应强度由B1均 匀增大到B2的过程中,ba,所以a-bFcFb B.FcFbFd D.FcFbFd 【解析】选D。本题考查导体切割磁感线时感应电动 势及安培力的计算。线圈自由下落,到b点受安培力, 线圈全部进入磁场,无感应电流,则线圈不受安培力作 用,线圈继续加速,到d点出磁场时受到安培力作用,由 F= 知,安培力和线圈的速度成正比,D项对。,2.(多选)如图甲所示,两条足够长的光滑平行金属导 轨竖直放置,导轨间距为L=1 m,两导轨上端接有电阻, 阻值R=2 ,虚线OO下方存在垂直于导轨平面向里 的匀强磁场,磁场的磁感应强度为2 T,现将质量为 m=0.1
12、kg、电阻不计的金属杆ab,从OO上方某处由 静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接,触,且始终保持水平,不计导轨的电阻,已知金属杆下落0.3 m的过程中加速度a与下落距离h的关系如图乙所示,重力加速度g取10 m/s2,则 ( ),A.金属杆刚进入磁场时的速度为1 m/s B.下落了0.3 m时速度为5 m/s C.金属杆下落0.3 m的过程中,在电阻R上产生的热量为0.287 5 J D.金属杆下落0.3 m的过程中,通过电阻R的电荷量为0.05 C,【解析】选A、C。由乙图知,刚进入磁场时,金属杆的 加速度大小a0=10 m/s2,方向竖直向上。由牛顿第二 定律得:BI0L-mg
13、=ma0,设杆刚进入磁场时的速度为v0, 则有I0= ,联立得:v0= ,代入数值有:v0= 1 m/s,故A正确;下落时,通过a-h图象知a=0,表明金属 杆受到的重力与安培力平衡有mg=BIL,其中I= ,E=BLv可得下落0.3 m时杆的速度v= ,代入数值 有:v=0.5 m/s,故B错误;从开始到下落的过程中,由能 量的转化和守恒定律有:mgh=Q+ mv2,代入数值有 Q=0.287 5 J,故C正确;杆自由下落的距离满足2gh0= , 解得h0=0.05 m,所以杆在磁场中运动的距离x=h-h0= 0.25 m,通过电阻R的电荷量q= t= t= ,代入数值有:q= 0.25 C
14、=0.25 C,故D错误。,【补偿训练】 1.如图所示,平行导轨间距为d,一端连接一个阻值为R的电阻,磁场的磁感应强度为B,方向与导轨所在平面垂直,一根足够长的金属棒与导轨成角放置,金属棒与导轨的电阻不计,当金属棒沿垂直于棒的方向以速度v滑行时,通过电阻R的电流强度是 ( ),A. B. C. D. 【解析】选D。导体棒的有效切割长度为 ,由E= Blv和I= 可得通过电阻R的电流强度是 ,故D正确。,2.(多选)如图所示,一导线弯成闭合线圈,以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外。线圈总电阻为R,从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止,下列结论正确的是( ),A.感
15、应电流一直沿顺时针方向 B.线圈受到的安培力先变大,后变小 C.感应电动势的最大值E=Brv D.穿过线圈某个横截面的电荷量为,【解析】选A、B。在闭合线圈进入磁场的过程中,通 过闭合线圈的磁通量逐渐增大,根据楞次定律和安培 定则可知感应电流的方向一直为顺时针方向,A正确。 导体切割磁感线的有效长度先变大后变小,感应电流 先变大后变小,安培力也先变大后变小,B正确。导体 切割磁感线的有效长度最大值为2r,感应电动势最大,值E=2Brv,C错误。穿过线圈某个横截面的电荷量为 q= ,D错误。,3.如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场,则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中,求:,(1)感应电动势的最大值为多少? (2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何? (3)从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感应电动势为多少?,【解析】(1)由E=Blv可知,当导体切割磁感线的有效 长度l最大时,E最大,又l最大为2R,所以感应电动势的 最大值E=2BRv。 (2)对于E随t变化的规律应求的是瞬时感应电动势,由 几何关系可求出导体切割磁感线的有效长度l随时间t 变化的情况为l=2 , 所以E=2Bv 。,(3)从开始运动至经过圆心的过程中导线的平均感应电动势 BR
