4.4法拉第电磁感应定律

4.4法拉第电磁感应定律第四章电磁感应东海县白塔高级中学高二物理组问题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问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同甲NSG乙相当于电源产生电动势相同点：两电路都是闭合的，有电流不同点：甲中有电池（电源）乙中有螺线管（相当于电源）既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。一、感应电动势想一想如下图所示的三个实验中，分别是哪部分相当于电源？图1中电源是导体棒AB；图2中电源是螺线管B；图3中电源是螺线管B。实验可知：产生感应电流的闭合电路断开就相当于接入一个阻值无穷大的电阻，电流为零，但是依然有感应电动势。可见，感应电动势才是电磁感应现象的本质，电磁感应现象重要的是看感应电动势的有无。⑶产生感应电流只不过是一个现象，它表示电路中在输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备了随时输出电能的能力。几点说明⑴不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势，产生感应电动势是电磁感应现象的本质。⑵磁通量是否变化是电磁感应的根本原因。若磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，再若电路又是闭合的，电路中将会有感应电流。思考与讨论•感应电动势的大小跟哪些因素有关？猜想或假设提出问题•感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关（磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示）实验1结论：用导线切割磁感线，产生感应电流的实验中，导线运动的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流越大•观察实验1:导线切割磁感线•观察实验2:电磁感应插磁铁,分析思考:问题1:在实验中,电流表指针偏转原因是什么?问题2:电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?Φ变化产生E产生I知：由rREI总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大。结论：在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?从条件上看从结果上看相同不同Φ变化的快慢不同Φ变化相同都产生了I产生的I大小不等•实验探究3:感应电动势精确实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。EkttE得出1．磁通量的变化率/t：表示磁通量变化的快慢．（1）磁通量的变化率跟磁通量、磁通量的变化不同．磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零，磁通量变化大不等于磁通量的变化率大．二、法拉第电磁感应定律2．法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．Ett（2）/t是指在时间t内磁通量变化快慢的平均值；t0，/t表示在某瞬时磁通量变化的快慢，式中物理量都取国际单位若线圈有n匝，则相当于n个相同的电源串联，所以整个线圈中的电动势为．EntEVWbts说明：计算时式中△Φ应取绝对值，目的为了得到E的大小，E、I的方向用第3节楞次定律或者右手定则判断。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).思考与讨论物理意义与电磁感应关系磁通量Ф穿过回路的磁感线的条数多少没有直接关系磁通量变化△Ф穿过回路的磁通量变化了多少产生感应电动势的条件磁通量变化率ΔΦ/Δt穿过回路的磁通量变化的快慢决定感应电动势的大小★Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义后来磁通量减开始磁通量1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化,ΔS＝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,ΔB＝B2-B1,此时：2、应用:用公式求E的二种常见情况：tΦnEtSBnEtBSnE（感生电动势）（动生电动势）•1、穿过一个电阻为1Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少2Wb，则（）•A、线圈中的感应电动势一定是每秒减少2v•B、线圈中的感应电动势一定是2v•C、线圈中的感应电流一定是每秒减少2A•D、线圈中的感应电流一定是2A例与练tEV2REIA2不变！不变！•2、匝数为n＝200的线圈回路总电阻R＝50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通量Φ随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应电流的大小。例与练VVt5.01.010.015.0VtnE100AREI2•3、如图所示，用绝缘导线绕制的闭合线圈，共100匝，线圈总电阻为R=0.5Ω，单匝线圈的面积为30cm2。整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中，如果匀强磁场以如图所示变化，求线圈中感应电流的大小。例与练STsTtB/005.0/401.003.0VtBSt5105.1VtnE3105.1AREI3103•4、有一面积为S＝100cm2的金属环，电阻为R＝0.1Ω，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1－t2时间内通过金属环某一截面的电荷量为多少？例与练tERtIqWbBS001.0CRq01.0RtREIΦ/10-2Wbt/sABD0120.15、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0.4VABD斜率表示Φ的变化率例与练ab××××××××××××××××××××××××Gabv回路在时间Δt内增大的面积为：ΔS=LvΔt产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔStΦE=BLvΔtttBLvBLv说明:1、V是相对于磁场的速度2、v、B、L两两垂直三、导体切割磁感线时的感应电动势（1）垂直切割时：如图所示闭合线框一部分导体ab长l,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θvBV1V2（2）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)注意：2、导线的长度L应为有效长度1、导线运动方向和磁感线平行时,E=03、速度v为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值)Lvsin1BLvBLvEθ为v与B夹角sinvv对切割有贡献．cos//vv对切割无贡献．思考题求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？•如图所示，电阻不计的裸导体AB与宽为60cm的平行金属导轨良好接触，电阻R1＝3Ω，R2＝6Ω，整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5T。当AB向右以V＝5m/s的速度匀速滑动时，求流过电阻R1、R2的电流大小。例与练A××××××××××R2VBR1VBLvE5.1AREI5.011AREI25.022例题：长为L的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，如图所示，求ab两端的电势差．解析：ab两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动势（因为没有外电路），所以只要求出电动势即可．棒上各处速率不等，不能直接用E=BLv来求，但棒上各点的速度v=r与半径成正比，因此可用棒的中点速度作为平均切割速度代入公式计算：21,22LVEBLVBL　ωABCRO例：如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求：（1）图中哪部分相当于电源？（2）感应电动势E为多少？（3）流过电阻R的电流I为多少？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ω由图示位置逆时针方向转动。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:例与练B00'aωdcb问题：公式①tnEsinBLvE与公式②的区别和联系？(1)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；②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)①求出的是整个回路的感应电动势；②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。vabcdL1、区别：(1)公式①中的时间趋近于0时，则E为瞬时感应电动势(2)公式②中v若代表平均速度，则E为平均感应电动势。2、联系：公式①和公式②是统一的.问题1：在P16图4.4-3中,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?AB边、CD边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样?直流电动机的原理:通电导线在磁场中受安培力而运动.问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?方向怎样?问题3：感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动?四、反电动势1、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.电能转化为其它形式的能.问题4：如果电动机因机械阻力过大而停止转动,会发生什么情况?这时应采取什么措施?3、应用：电动机停止转动,就没有反电动势,线圈中电流会很大,电动机会烧毁,要立即切断电源,进行检查.