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1、2法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随随堂堂训练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.通过电动势的概念分析通过电动势的概念分析,知道感应电动势的概念知道感应电动势的概念,理解和掌理解和掌握法拉第电磁感应定律握法拉第电磁感应定律,能够运用法拉第电磁感应定律定量能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小。计算感应电动势的大小。2.会计算导体切割磁感线时的感应电动势。会计算导体切割磁感线时的感应电动势。3.会用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向。会用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向。知知识识概概览览课前基础认知一、电磁感
2、应定律一、电磁感应定律1.感应电动势。感应电动势。(1)在在电磁感应电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势现象中产生的电动势叫作感应电动势,产生感产生感应电动势的那部分导体就相当于应电动势的那部分导体就相当于电源电源。(2)在电磁感应现象中在电磁感应现象中,若闭合导体回路中有感应电流若闭合导体回路中有感应电流,电路就电路就一定有感应电动势一定有感应电动势;如果电路如果电路断开断开,这时虽然没有感应电流这时虽然没有感应电流,但但感应电动势依然存在感应电动势依然存在。2.磁通量的变化率。磁通量的变化率。磁通量的变化率表示磁通量的变化率表示磁通量磁通量变化的快慢变化的快慢,用用表示表示,其中其中表
3、示磁通量的变化量表示磁通量的变化量,t表示发生磁通量变化所用的时间表示发生磁通量变化所用的时间。3.法拉第电磁感应定律。法拉第电磁感应定律。(1)内容内容:闭合电路中感应电动势的大小闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁跟穿过这一电路的磁通量的通量的变化率变化率成正比。成正比。(3)在国际单位制中在国际单位制中,磁通量的单位是磁通量的单位是韦伯韦伯,感应电动势的单位感应电动势的单位是是伏特伏特。微判断微判断(1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大,产生的感产生的感应电动势就越大。应电动势就越大。()(2)感应电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断。感应
4、电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断。()(3)穿过闭合回路的磁通量最大时穿过闭合回路的磁通量最大时,其感应电动势一定最大其感应电动势一定最大。()(4)导体棒在磁场中运动速度越大导体棒在磁场中运动速度越大,产生的感应电动势一定越产生的感应电动势一定越大。大。()二、导线切割磁感线时的感应电动势二、导线切割磁感线时的感应电动势1.如图甲所示如图甲所示,导线垂直于磁场运动导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时两两垂直时,E=Blv。2.如图乙所示如图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线但与磁感线方向夹角为方向夹角为时时,E=Blvsin。微微训练 如如
5、图所示图所示,一金属弯杆处在磁感应强度大小为一金属弯杆处在磁感应强度大小为B、方、方向垂直纸面向里的匀强磁场中向垂直纸面向里的匀强磁场中,已知已知lab=lbc=l,当它以速度当它以速度v向向右平动时右平动时,a、c两点间的电势差为多少两点间的电势差为多少?答案答案:Blvsin解析解析:公式公式E=Blv中的中的l为导体切割磁感线的有效长度为导体切割磁感线的有效长度,也就是也就是与磁感应强度与磁感应强度B和速度和速度v垂直的长度垂直的长度,因此该金属弯杆的有效因此该金属弯杆的有效长度为长度为lsin,故感应电动势大小为故感应电动势大小为Blvsin,a、c两点间的电势两点间的电势差为差为Bl
6、vsin。课堂重难突破一一法拉第法拉第电磁感磁感应定律定律的理解与的理解与应用用重难归纳 2.磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率。(1)、和和的的比较比较。(2)关于关于、和和的几点说明。的几点说明。穿过电路的磁通量与匝数多少没有关系。穿过电路的磁通量与匝数多少没有关系。磁感线从同一个面的正反两面穿过时磁感线从同一个面的正反两面穿过时,磁通量为正反两个磁通量为正反两个面穿过的磁通量抵消后剩余的磁通量。面穿过的磁通量抵消后剩余的磁通量。匀强磁场中和磁场方向垂直的面翻转匀强磁场中和磁场方向垂直的面翻转180时时,磁通量的变化磁通量的变化量为量为=2BS。在
7、在-t图像上用图像的斜率表示磁通量的变化率。图像上用图像的斜率表示磁通量的变化率。图甲为电动汽车无线充电原理图图甲为电动汽车无线充电原理图,M为受电线圈为受电线圈,N为送电线为送电线圈。图乙为受电线圈圈。图乙为受电线圈M的示意图的示意图,线圈匝数为线圈匝数为n、电阻为、电阻为r、横、横截面积为截面积为S,a、b两端连接车载变流装置两端连接车载变流装置,磁场平行于线圆轴线磁场平行于线圆轴线向上穿过线圈。当线圈向上穿过线圈。当线圈N接入恒定电流时接入恒定电流时,能给汽车充电吗能给汽车充电吗?甲甲乙乙提示提示:当线圈当线圈N接入恒定电流时接入恒定电流时,穿过线圈穿过线圈M的磁通量不变的磁通量不变,不
8、不产生感应电动势产生感应电动势,不能为电动汽车充电。不能为电动汽车充电。典例剖析【例【例1】如图甲所示如图甲所示,一个圆形线圈匝数一个圆形线圈匝数n=1000、面积、面积S=210-2m2、电阻、电阻r=1,在线圈外接一阻值为在线圈外接一阻值为R=4的电的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向磁场方向垂直线圈平面向里里,磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。随时间变化的规律如图乙所示。(1)04s内内,求回路中的感应电动势。求回路中的感应电动势。(2)t=5s时时,a、b两点哪点电势高两点哪点电势高?(3)t=5s时时,求电阻
9、求电阻R两端的电压两端的电压U。答案答案:(1)1V(2)a点点(3)3.2V解析解析:(1)根据法拉第电磁感应定律得根据法拉第电磁感应定律得,04s内内,回路中的感应回路中的感应电动势电动势(2)t=5s时时,磁感应强度正在减弱磁感应强度正在减弱,根据楞次定律根据楞次定律,感应电流的磁感应电流的磁场方向与原磁场方向相同场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向垂直即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里纸面向里,由安培定则得感应电流的方向为由安培定则得感应电流的方向为ab,故故a点的电势点的电势高。高。学以致用1.如图所示如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁
10、场方向与圆磁场方向与圆环所在平面垂直环所在平面垂直,磁感应强度磁感应强度B随时间均匀增大。两圆环半径随时间均匀增大。两圆环半径之比为之比为21,圆环中产生的感应电动势分别为圆环中产生的感应电动势分别为Ea和和Eb。不考虑。不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是两圆环间的相互影响。下列说法正确的是()A.EaEb=41,感应电流均沿逆时针方向感应电流均沿逆时针方向B.EaEb=41,感应电流均沿顺时针方向感应电流均沿顺时针方向C.EaEb=21,感应电流均沿逆时针方向感应电流均沿逆时针方向D.EaEb=21,感应电流均沿顺时针方向感应电流均沿顺时针方向答案答案:B2.(多选多选)如图甲所示如
11、图甲所示,线圈线圈A(图中实线图中实线,共共100匝匝)的横截面积为的横截面积为0.3m2,总电阻总电阻r=2,A右侧所接电路中右侧所接电路中,电阻电阻R1=2,R2=6,电容电容C=3F,开关开关S1闭合。闭合。A中横截面积为中横截面积为0.2m2的区域的区域(图中虚线图中虚线)内有图乙所示的变化磁场内有图乙所示的变化磁场,t=0时刻时刻,磁场方向垂直磁场方向垂直于线圈平面向里。下列判断正确的是于线圈平面向里。下列判断正确的是()A.闭合闭合S2、电路稳定后、电路稳定后,通过通过R2的电流由的电流由b流向流向aB.闭合闭合S2、电路稳定后、电路稳定后,通过通过R2的电流大小为的电流大小为0.
12、4AC.闭合闭合S2、电路稳定后再断开、电路稳定后再断开S1,通过通过R2的电流由的电流由b流向流向aD.闭合闭合S2、电路稳定后再断开、电路稳定后再断开S1,通过通过R2的电荷量为的电荷量为7.210-6C答案答案:BD二二导体体切割磁感切割磁感线时的感的感应电动势重难归纳1.当当B、l、v三个量的方向相互垂直时三个量的方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个当有任意两个量的方向平行时量的方向平行时,E=0。3.公式中的公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而当导线不动而磁场运动时磁场运动时,也有电磁感应现象产生。也有电磁感应现象产生。2.式中的式中的
13、l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与则应取其与B和和v方向都垂直方向都垂直的等效线段长度来计算。如图中线段的等效线段长度来计算。如图中线段ab的长即为导线切割磁的长即为导线切割磁感线的有效长度。感线的有效长度。如图所示如图所示,在竖直向下的匀强磁场中在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属将一个水平放置的金属棒棒ab以水平初速度以水平初速度v0抛出抛出,设运动的整个过程中棒始终垂直于设运动的整个过程中棒始终垂直于初速度与磁感应强度初速度与磁感应强度,且不计空气阻力且不计空气阻力,则金属棒在
14、运动过程则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将怎样变化中产生的感应电动势大小将怎样变化?提示提示:ab做平抛运动做平抛运动,水平速度保持不变水平速度保持不变,感应电动势感应电动势E=Blv0保保持不变持不变。典例剖析【例【例2】如图所示如图所示,水平放置的两平行金属导轨相距水平放置的两平行金属导轨相距l=0.50m,左端接一电阻左端接一电阻R=0.20,磁感应强度磁感应强度B=0.40T的匀强磁场方的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下向垂直于导轨平面向下,导体棒导体棒ac(长为长为l)垂直放在导轨上垂直放在导轨上,并并能无摩擦地沿导轨滑动能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。导
15、轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当棒当棒ac以以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时的速度水平向右匀速滑动时,求求:(1)棒棒ac中感应电动势的大小中感应电动势的大小;(2)回路中感应电流的大小回路中感应电流的大小;(3)维持棒维持棒ac做匀速运动的水平外力的大小做匀速运动的水平外力的大小。答案答案:(1)0.80V(2)4.0A(3)0.80N解析解析:(1)棒棒ac垂直切割磁感线垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小为产生的感应电动势的大小为E=Blv=0.400.504.0V=0.80V。(2)回路中感应电流的大小为回路中感应电流的大小为(3)棒棒ac受到的安培力大小为受到的安培力大小
16、为F安安=BIl=0.404.00.50N=0.80N由于导体棒匀速运动由于导体棒匀速运动,水平方向受力平衡水平方向受力平衡则则F外外=F安安=0.80N。学以致用3.如图所示如图所示,MN、PQ是间距为是间距为l的平行光滑金属导轨的平行光滑金属导轨,置于磁置于磁感应强度为感应强度为B、方向垂直于导轨所在平面向里的匀强磁场中、方向垂直于导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为间接有一阻值为R的电阻。一根与导轨接触良好、有的电阻。一根与导轨接触良好、有效阻值效阻值为为的的金属棒金属棒ab垂直导轨放置垂直导轨放置,并在水平外力并在水平外力F作用下作用下以速度以速度v向右匀速运动向右匀速运动,不计导轨电阻不计导轨电阻,则则()A.通过电阻通过电阻R的电流方向为的电流方向为PRMB.ab两点间的电压为两点间的电压为BlvC.a端电势比端电势比b端高端高D.外力外力F做的功等于电阻做的功等于电阻R产生的产生的焦耳热焦耳热答案答案:C解析解析:根据右手定则可以知道回路中的电流方向为根据右手定则可以知道回路中的电流方向为baM RP,选项选项A错误。金属棒错误。金属棒ab相当于电源相当于电
