《图解法拉第电磁感应定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图解法拉第电磁感应定律（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章第四章 电磁感磁感应4.4法拉第法拉第电磁感磁感应定律定律图解法拉第电磁感应定律（1 1）闭合合电路路利用磁利用磁场产生生电流的流的现象象问题1 1：什么叫：什么叫电磁感磁感应现象？象？问题2 2：产生感生感应电流的条件是什么？流的条件是什么？（2 2）磁通量）磁通量变化化思考思考: :图解法拉第电磁感应定律问题3：试从本从本质上比上比较甲、乙两甲、乙两电路路的异同的异同 既然既然闭合合电路中有感路中有感应电流，流，这个个电路中就一定有路中就一定有电动势。甲甲NSG乙乙产生生电动势的那部分的那部分导体相当于体相当于电源源图解法拉第电磁感应定律1、定、定义：在：在电磁感磁感应现象中象中产生
2、的生的电动势叫感叫感应电动势（E）. . 闭合合电路中有感路中有感应电流，流，这个个电路路中就一定有感中就一定有感应电动势. .一、感一、感应电动势产生感生感应电动势的那部分的那部分导体体相当于相当于电源源. .图解法拉第电磁感应定律2、产生条件：只要穿生条件：只要穿过电路的路的磁通量磁通量发生生变化，化，电路中就路中就产生生感感应电动势。3、感、感应电动势与感与感应电流：流： 只只要磁通量要磁通量变化化,电路中就路中就产生感生感应电动势; 若若电路又路又闭合合,电路中就有感路中就有感应电流流.磁通量磁通量变化是化是电磁感磁感应的根本原因的根本原因; ; 产生感生感应电动势是是电磁感磁感应现象
3、的本象的本质. .图解法拉第电磁感应定律观察察实验,分析思考分析思考:问题1:在在实验中中,电流表流表指指针偏偏转原因是什么原因是什么?问题2:电流表指流表指针偏偏转程度跟感程度跟感应电动势的大的大小有什么关系小有什么关系?问题3:在在实验中，将条形磁中，将条形磁铁从同一高从同一高度插入度插入线圈中同一位置，快插入和慢插圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同和不同?图解法拉第电磁感应定律变化化产生生E产生生I问题1 1：在：在实验中，中，电流表指流表指针偏偏转原因是什么？原因是什么？图解法拉第电磁感应定律总电阻一定阻一定时,E越大越大,I越大越大,指指针偏偏转越大越大.问题2
4、 2：电流表指流表指针偏偏转程度跟感程度跟感应电动势的大小有什么关系？的大小有什么关系？图解法拉第电磁感应定律变化的快慢不同化的快慢不同 都都发生了生了变化化都都产生了生了E(I)产生的生的E(I)大小不等大小不等磁通量磁通量变化越快，感化越快，感应电动势越大。越大。 磁通量的磁通量的变化快慢化快慢越大越大?从条件上看从条件上看从从结果上看果上看相同相同不同不同问题3:在在实验中，将条形磁中，将条形磁铁从同一高从同一高度插入度插入线圈中同一位置，快插入和慢插圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同和不同?磁通量的磁通量的变化率化率图解法拉第电磁感应定律二、法拉第二、法拉第电磁感
5、磁感应定律定律电路中感路中感应电动势的大小，跟穿的大小，跟穿过这一一电路的磁通量的路的磁通量的变化率成化率成正比。正比。 1 1.内容内容: :注意：公式中注意：公式中取取绝对值，不涉及，不涉及正正负，感，感应电流的方向另行判断。流的方向另行判断。2 2.公式公式: :n为线圈的匝数圈的匝数图解法拉第电磁感应定律问题1：磁通量大：磁通量大,磁通量磁通量变化一定大化一定大吗?问题2：磁通量：磁通量变化大化大,磁通量的磁通量的变化率化率一定大一定大吗?(可以可以类比速度、速度的比速度、速度的变化和加速度化和加速度.) 磁通量的磁通量的变化率和磁通量、磁通量的化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系化无
6、直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量，磁通量的的变化率不一定大化率不一定大(小小,零零);磁通量的磁通量的变化大化大(小小)，磁通量的，磁通量的变化率不一定大化率不一定大(小小).思考与思考与讨论图解法拉第电磁感应定律物理意物理意义义与与电电磁感磁感应应关系关系磁通量磁通量穿穿过过回路的磁感回路的磁感线线的条数的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量磁通量变变化化穿穿过过回路的磁通回路的磁通量量变变化化了多少了多少产生生感感应电动应电动势势的条件的条件磁通量磁通量变变化率化率/t/t穿穿过过回路的回路的磁通磁通量量变化的快慢化的快慢决定感决定感应电动应电动势势的大小的大小3、理解、
7、理解:、/t的意的意义图解法拉第电磁感应定律1.磁感磁感应强度度B不不变,垂直于磁垂直于磁场的回路的回路面面积S发生生变化化,SS2-S1,此此时：2.垂直于磁垂直于磁场的回路面的回路面积S不不变,磁感磁感应强度度B发生生变化化,BB2-B1,此此时：4、应用用:用公式用公式求求E的二种的二种常常见情况：情况：（感生（感生电动势）（感生（感生电动势）图解法拉第电磁感应定律有一个有一个50匝的匝的线圈，如果穿圈，如果穿过它的磁它的磁通量的通量的变化率化率为0.5Wb/s，求感，求感应电动势。25V例与例与练1图解法拉第电磁感应定律一个一个100匝的匝的线圈，在圈，在0.5s内穿内穿过它它的磁通量
8、从的磁通量从0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求求线圈中的感圈中的感应电动势。16V例与例与练2图解法拉第电磁感应定律一个匝数一个匝数为100、面、面积为10cm2的的线圈垂直磁圈垂直磁场放置放置,在在0.5s内穿内穿过它的它的磁磁场从从1T增加到增加到9T。求。求线圈中的感圈中的感应电动势。1.6V例与例与练3图解法拉第电磁感应定律如如图，半径，半径为r的金属的金属环绕通通过某直某直径的径的轴00以角速度以角速度作匀速作匀速转动,匀匀强磁磁场的磁感的磁感应强度度为B，从金属，从金属环面面与磁与磁场方向重合方向重合时开始开始计时,则在在金金属属环转过900角的角的过程中，程中，环中中产生的
9、生的电动势的的平均平均值是多大是多大?00B例与例与练4图解法拉第电磁感应定律在磁感在磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场中中,有一有一矩形矩形线框框,边长ab=L1,bc=L2线框框绕中心中心轴00以角速度以角速度由由图示位置逆示位置逆时针方方向向转动。求。求:(1)线圈圈转过1/4周的周的过程程中的平均感中的平均感应电动势例与例与练5B00adcb图解法拉第电磁感应定律在磁感在磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场中中,有一有一矩形矩形线框框,边长ab=L1,bc=L2线框框绕中心中心轴00以角速度以角速度由由图示位置逆示位置逆时针方方向向转动。求。求:(2)线圈圈转过1/2周的周的过程程中的平均感
10、中的平均感应电动势例与例与练5B00adcb图解法拉第电磁感应定律/10- -2Wbt/sA B D0120.1单匝矩形匝矩形线圈在匀圈在匀强磁磁场中匀速中匀速转动，转轴垂垂直于磁直于磁场。若。若线圈所圈所围面面积里磁通量随里磁通量随时间变化的化的规律如律如图所示，所示，则：()A、线圈中圈中0时刻感刻感应电动势最大最大B、线圈中圈中D时刻感刻感应电动势为零零C、线圈中圈中D时刻感刻感应电动势最大最大D、线圈中圈中0到到D时间内内平均感平均感应电动势为0.4VABD例与例与练6斜率表示斜率表示的的变化率化率图解法拉第电磁感应定律ab Gabv回路在回路在时间t内增大的面内增大的面积为： S=L
11、vt产生的感生的感应电动势为：穿穿过回路的磁通量的回路的磁通量的变化化为：=BS=BLvt（V是相是相对于磁于磁场的速度）的速度）三、三、导体切割磁感体切割磁感线时的的感感应电动势如如图所示所示闭合合线框一部分框一部分导体体ab长l,处于于匀匀强磁磁场中，磁感中，磁感应强度是度是B，ab以速度以速度v匀匀速切割磁感速切割磁感线，求，求产生的感生的感应电动势图解法拉第电磁感应定律vB BV1V2若若导体运体运动方向跟磁感方向跟磁感应强度方向有度方向有夹角角(导体斜切磁感体斜切磁感线)注意：注意：2、导线的的长度度L应为有效有效长度度1、导线运运动方向和磁感方向和磁感线平行平行时,E=03、速度、
12、速度v为平均平均值(瞬瞬时值),E就就为平均平均值(瞬瞬时值)Lv为v与与B夹角角三、三、导体切割磁感体切割磁感线时的的感感应电动势图解法拉第电磁感应定律匀匀强磁磁场v 、B B、L L两两垂直两两垂直三、三、导体切割磁感体切割磁感线时的的感感应电动势图解法拉第电磁感应定律如如图，匀，匀强磁磁场的磁感的磁感应强度度为B，长为L的金属棒的金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面内运的平面内运动，速，速度度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感生的感应电动势。abvE=BLVsin例与例与练7图解法拉第电磁感应定律在磁感在磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场中中,有一个匝数有一个匝数为n的矩形的矩
13、形线圈圈,边长ab=L1,bc=L2线圈圈绕中心中心轴OO以角速度以角速度由由图示位置逆示位置逆时针方向方向转动。求。求:(1)转过1/4周周时ab边产生的瞬生的瞬时感感应电动势(2)转过1/2周周时ab边产生的瞬生的瞬时感感应电动势转动1周的周的过程中程中ab边产生生的感的感应电动势哪个哪个时刻最大刻最大?哪个哪个时刻最小刻最小?思考思考: :例与例与练8B00adcb图解法拉第电磁感应定律问题：公式：公式 与公式与公式 的区的区别和和联系？系？(1)求出的是平均感求出的是平均感应电动势,E和某段和某段时间或某个或某个过程程对应；求出的是瞬求出的是瞬时感感应电动势，E和某个和某个时刻或某个位
14、置刻或某个位置对应. (2)求出的是整个回路的求出的是整个回路的感感应电动势；求出的是某部求出的是某部分分导体的体的电动势。回路中感。回路中感应电动势为零零时，回路中某段，回路中某段导体的感体的感应电动势不一定不一定为零。零。vabcdL1、区区别：图解法拉第电磁感应定律(1)公式公式中的中的时间趋近于近于0时，则E为瞬瞬时感感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度，若代表平均速度，则E为平均感平均感应电动势。2、联系：系：问题：公式：公式 与公式与公式 的区的区别和和联系？系？公式公式和公式和公式是是统一的一的.图解法拉第电磁感应定律如如图,长为L的的铜杆杆OA以以O为轴在垂直于匀在垂直
15、于匀强磁磁场的平面内以角速度的平面内以角速度匀速匀速转动,磁磁场的磁感的磁感应强度度为B,求杆求杆OA两端的两端的电势差差.AOA例与例与练9图解法拉第电磁感应定律如如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m的足的足够长的平行金的平行金属属导轨MN和和PQ,它它们的的电阻不阻不计,在在M和和P之之间接有接有R=3.0的定的定值电阻阻,导体棒体棒长ab=0.5m,其其电阻阻为r=1.0,与与导轨接触良好接触良好.整个装置整个装置处于方向于方向竖直向直向下的匀下的匀强磁磁场中中,B=0.4T.现使使ab以以v=10ms的速度的速度向右做匀速运向右做匀速运动.(1)ab中的中的电流多大流多大
16、?ab两点两点间的的电压多大多大?(2)维持持ab做匀速运做匀速运动的外力多大的外力多大?(3)ab向右运向右运动1m的的过程中程中,外力做的功是多少外力做的功是多少?电路中路中产生的生的热量是多少量是多少?RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与例与练10图解法拉第电磁感应定律问题1：在：在P16图4.4-3中中,电源在源在电动机机线圈中圈中产生生电流的方向怎流的方向怎样?AB边、CD边受力方向怎受力方向怎样?线圈的运圈的运动方向怎方向怎样?直流直流电动机的原理机的原理:通通电导线在磁在磁场中中受安培力而运受安培力而运动.问题2：电动机机线圈在磁
17、圈在磁场中中转动会会产生生感感应电动势吗?方向怎方向怎样?图解法拉第电磁感应定律问题3：感：感应电动势是加是加强了了电源源产生的生的电流流,还是削弱了是削弱了电源的源的电流流?是有利于是有利于线圈圈转动还是阻碍了是阻碍了线圈的圈的转动?四、反四、反电动势 1、定、定义：电动机机转动时产生的感生的感应电动势总要削弱要削弱电源源产生的生的电流流,这个个电动势叫反叫反电动势. 2、作用：阻碍、作用：阻碍线圈的圈的转动. 线圈要圈要维持持转动, ,电源就要向源就要向电动机提供机提供电能能. .电能能转化化为其它形式的能其它形式的能. .图解法拉第电磁感应定律问题4：如果：如果电动机因机械阻力机因机械阻
18、力过大而大而停止停止转动,会会发生什么情况生什么情况?这时应采取采取什么措施什么措施?四、反四、反电动势 3、应用：用：电动机停止机停止转动,就没有反就没有反电动势,线圈中圈中电流流会很大会很大,电动机会机会烧毁,要立即要立即切断切断电源源,进行行检查.图解法拉第电磁感应定律关于关于电磁感磁感应，下述，下述说法中正确的是法中正确的是()A、穿、穿过线圈的磁通量越大圈的磁通量越大,感感应电动势越大越大B、穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量为零零,感感应电动势一一定定为零零C、穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量的的变化化越越大大,感感应电动势越大越大D、穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量变化化越越快快,感感应电动势
19、越大越大D注意注意:感感应电动势E与与、/t的关系的关系例与例与练11图解法拉第电磁感应定律如如图,一个水平放置的一个水平放置的导体框架体框架,宽度度L=1.50m,接接有有电阻阻R=0.20,设匀匀强磁磁场和框架平面垂直和框架平面垂直,磁磁感感应强度度B=0.40T,方向如方向如图.今有一今有一导体棒体棒ab跨跨放在框架上放在框架上,并能无摩擦地沿框滑并能无摩擦地沿框滑动,框架及框架及导体体ab电阻均不阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s的速度向右匀的速度向右匀速滑速滑动时，试求：求：(1)导体体ab上的感上的感应电动势的大小的大小(2)回路上感回路上感应电流的大小流的大小E=BLv=0.
20、80V例与例与练12图解法拉第电磁感应定律小小结：由于由于导体运体运动过程中感程中感应电动势不不变，瞬，瞬时值等于平均等于平均值，所以也可，所以也可用下式求用下式求E.如果如果这时跨接在跨接在电阻两端有一个阻两端有一个电压表，表，测得的就是外得的就是外电路上的路上的电压，即，即图解法拉第电磁感应定律如如图,有一匀有一匀强磁磁场B=1.010- -3T，在垂直磁，在垂直磁场的平面内的平面内,有一金属棒有一金属棒AO,绕平行于磁平行于磁场的的O轴顺时针转动,已知棒已知棒长L=0.20m，角速，角速度度=20rad/s，求：棒，求：棒产生的感生的感应电动势有有多大？多大？例与例与练13图解法拉第电磁
21、感应定律小小结：也可用：也可用进行行计算算,因因为从从OA,各点的各点的线速度速度是均匀是均匀变化的化的,故取棒中点的速度代表故取棒中点的速度代表棒的平均速度，由棒的平均速度，由仍得到上面的仍得到上面的结果果.图解法拉第电磁感应定律如如图，边长为a的正方形的正方形闭合合线框框ABCD在匀在匀强磁磁场中中绕AB边匀速匀速转动，磁感，磁感应强度度为B，初始，初始时刻刻线框所在的平面与磁框所在的平面与磁感感线垂直，垂直，经过t时间转过1200角，求：角，求：（1）线框内感框内感应电动势在在时间t内的平均内的平均值.（2）转过1200角角时感感应电动势的瞬的瞬时值.3Ba2/(2t)例与例与练14图解法拉第电磁感应定律
