高二物理法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律1、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-------电源。一、感应电动势2、磁通量的变化率表示磁通量的变化的快慢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△Φ/△t成正比．二、法拉第电磁感应定律：2、数学表达式（单位为伏、韦伯、秒则k=1）二、法拉第电磁感应定律：若线圈有n匝，则相当于有n个电源串联，总电动势为：注意：（1）公式中Δφ的计算方法，（2）电动势E为平均值（3）感应电流的方向另行判断。讨论：磁通量大，磁通量变化一定大吗？磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？（与速度、速度的变化量和加速度的关系类比）磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化量不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化量大，磁通量的变化率也不一定大。能力·思考·方法【例1】如图12-3-5所示，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,初始时刻线框所在面与磁感线垂直,经过时间t转过1200角,求:(1)线框内感应电动势在t时间内的平均值;(2)转过1200角时,感应电动势的瞬时值.图12-3-5能力·思考·方法【解析】(1)设初始时刻线框朝纸外的一面为正面时,此时刻磁通量磁能量Φ1=Ba2,磁感线从正面穿入,t时刻后,磁通量Φ2=(1/2)Ba2,且此时刻磁通量的变化量应当是(Φ1+Φ2),而不是(Φ1-Φ2),(学生可比较一下转过1200与转过600时的区别).E=△Φ/△t求出平均电动势：E=3Ba２/2t；(2)计算感应电动势的瞬时值要用公式E=BLvsina，且a=1200、v2=2πa/(3t);E=πΒa2/(3t)；能力·思考·方法【例2】如图12-3-6所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左匀速滑动到右端.电路的固定电阻为R，其余电阻不计，试求MN从圆环的左端滑动到右端的过程中电阻R上的电流的平均值及通过的电量.图12-3-6能力·思考·方法【解析】本题粗看是MN在切割磁感线，属于“切割”类的问题，要用E=BLv,但切割杆MN的有效长度在不断变化，用公式E=BLv难以求得平均值.事实上，回路中的磁通量在不断变化，平均感应电动势可由磁通量的变化来求.由于△Φ=B△S=Bπr２；△t=2r/v，由法拉第电磁感应定律，E=△Φ/△t=Bπrv/2,所以I=E/R=Bπrv/2R,从而，通过的电量：q=Bπr2/R.能力·思考·方法【例3】如图12-3-7所示，abcd是一个固定的U型金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为l，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行的导体杆，它可在框架上自由滑动(无摩擦)，它的电阻为R.现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，已知以恒力F向右拉导体ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度.图12-3-7能力·思考·方法【解析】当导体杆向右滑动时，通过回路efcb的磁通量将发生变化，从而在回路中产生感应电动势E和感应电流I.设导体杆做匀速运动时的速度为v，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知：E=Blv、I=E/R;而磁场对导体杆的作用力为F安=BlI,且有F=F安，解得匀速滑动时的速度为：v=FR/B2l2.能力·思考·方法【例4】如图12-3-8所示，长都为l的金属棒OA、OB和圆弧组成闭合回路，磁感应强度为B的匀强磁场和回路所在平面垂直，保持棒OA和圆弧不动，将棒OB绕O点以角速度ω顺时针转动，B端一直与圆弧接触，求OB棒上感应动势的大小；图12-3-8能力·思考·方法【解析】方法一：在△t时间内OB扫过的面积△s=ωR2△t/2;回路中磁通量的变化量△Φ=B△s,再由E=△Φ/△t求出感应电动势E=BωR2/2；方法二：可以将OB看做是切割磁感线运动，切割速度为其中点速度v=ωl/2,则有E=Blv=Bωl2/2,可见此方法更为简单；因此在此题中将圆弧和OA去掉后的计算OB产生的感应电动势的结果是一样的，只不过此种情况下无感应电流.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三、导体作切割磁感线运动电动势E大小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ab××××××××××××××××××××××××Gabv回路在时间t内增大的面积为：ΔS=L(vΔt)产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔS=BLvΔt（V是相对于磁场的速度）θvBV1=VsinθV2=Vcosθ若导体斜切磁感线（θ为v与B夹角）（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）说明：1、导线的长度L应为有效长度2、V方向和B平行时，θ=0E=03、速度V为平均值，E就为平均值.速度V为瞬时值，E就为瞬时值.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θ角，求金属棒ab产生的感应电动势。abθvE=BL(Vsinθ)E=B(Lsinθ)V有效长度---导线在垂直速度方向上的投影长度练习：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=？××××××××××××××××××××××××××××××ＶＯRE=B·2R·V有效长度---弯曲导线在垂直速度方向上的投影长度问题：公式①与公式②的区别和联系？1、一般来说，①求出的是平均感应电动势，和某段时间或者某个过程对应，②求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。区别：2、①求出的是整个回路的感应电动势vabcdL区别：回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。1、公式①中的时间趋近于0时，E就为瞬时感应电动势2、公式②中v若代表平均速度，则求出的E就为平均感应电动势。联系：问题：公式①与公式②的区别和联系？四、反电动势V此电动势阻碍电路中原来的电流.故称之为反电动势NS电动机安培力方向转动速度方向电动机线圈的转动产生感应电动势是反电动势。这个电动势是削弱了电源电流,阻碍线圈的转动.线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为机械能。正因为反电动势的存在,所以对电动机,欧姆定律不成立.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。电源NS电源