法拉第电磁感应定律课件上课.

第四节法拉第电磁感应定律（一）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试从本质上比较甲、乙两电路的异同乙甲相同点：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）思考有电源就有电动势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就相当于电源.如何判断电势的高低？一.感应电动势2．感应电动势与感应电流：有感应电动势不一定存在感应电流（要看电路是否闭合），有感应电流一定存在感应电动势．思考与讨论•感应电动势的大小跟哪些因素有关？闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，感应电动势E的大小可能与磁通量的变化量△φ有关，也与完成磁通量变化所用的时间△t有关。探究实验：影响感应电动势大小的因素实验：将条形磁铁如图所示插入线圈中，电流表指针发生偏转。问题1、电流表指针偏转原因是什么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？问题2：将条形磁铁从同一高度，插入线圈中，快插入和慢插入由什么相同和不同？磁通量变化的快慢不同磁通量的变化相同都产生了E(I)产生的E(I)大小不等从条件上看从结果上看相同不同小结：感应电动势的大小可能与磁通量变化的快慢有关，磁通量变化得快，感应电动势就大.说明：磁通量的变化快慢用磁通量的变化率来描述，即可表示为t实验结论越大，感应电流I越大，感应电动势E越大。t进一步猜想：感应电动势的大小很可能与磁通量的变化率有关，并且成正比。P5图4.2-1实验中：导线切割磁感线，产生感应电流，导线运动的速度越快、磁体的磁场超强，产生的感应电流越大P5图4.2-2实验中：向线圈插入条形磁铁，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大1、当时间△t相同时,磁通量变化△φ越大,感应电流就越大,表明感应电动势越大。2、当磁通量变化△φ相同时,所用时间△t越短,感应电流就越大,表明感应电动势越大感应电动势的大小跟磁通量变化△φ和所用时间△t都有关.现象结论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的变化率成正比。二、法拉第电磁感应定律2.表达式E=△φ/△t式中物理量都取国际单位若闭合电路是一个n匝线圈，则相当于n个相同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，所以整个线圈的感应电动势为实际工作中,为了获得较大的感应电动势,常常采用几百匝甚至几千匝的线圈3.表达式E=n△φ/△t•例1、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。VVt5.01.010.015.0VtnE100AREI2巩固练习•例2、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？tERtIqWbBS001.0CRq01.0RtREI1、有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。2、一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.07Wb。求线圈中的感应电动势。3、一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置,在0.5s内穿过它的磁场从2T增加到9T。求线圈中的感应电动势。课堂练习三、导体作切割磁感线运动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=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（V是相对于磁场的速度，）××××××××××××××××××××××××Gabv导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，长为L的导体棒ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势ab分析：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=BΔS=BLvΔtV是相对于磁场的速度平均值或瞬时值L应为有效长度tΦEθvBV1=VsinθV2=Vcosθ若导体斜切磁感线sinBLvBLvE1（θ为v与B夹角）ttBLv（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（v⊥L）2、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）公式E＝nΔΦ/Δt与E=BLvsinθ的区别和联系：1.区别：一般来说E＝nΔΦ/Δt，求出的是Δt时间内的平均感应电动势，常在穿过一个面的磁通量发生变化时用。E=BLvsinθ求出的是瞬时感应电动势，常在一部分导体做切割磁感线运动时用。2.联系：公式E＝nΔΦ/Δt中当Δt→0时，求出的E为瞬时感应电动势；E=BLvsinθ中当V代入平均速度时，则求出的E为平均感应电动势。四.反电动势1.既然线圈在磁场中转动,线圈中就会产生感应电动势.感应电动势加强了电源了产生的电流,还是削弱了它?是有得于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动?电动机转动时,线圈中产生的感应电动势总要削弱电源电动势的作用,阻碍线圈的转动.-----反电动势2.电动机由于机械故障停转,要立即切断电源.EFSN电机转动小结：一、法拉第电磁感应定律三、电磁感应现象中能量是守恒的二、导体作切割磁感线运动E=BLVsinθE=n△φ/△t如图甲所示，面积为0.1m2的10匝线圈EFG处在某磁场中，t＝0时，磁场方向垂直于线圈平面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示．已知线圈与右侧电路接触良好，电路中的电阻R＝4Ω，电容C＝10μF，线圈EFG的电阻为1Ω，其余部分电阻不计．则当开关S闭合，电路稳定后，在t1＝0.1s至t2＝0.2s这段时间内()A.电容器所带的电荷量为6×10－5CB.通过R的电流是2.5A，方向从b到aC.通过R的电流是2A，方向从a到bD.R消耗的电功率是0.16WC法拉第电磁感应定律的应用（二）如图甲所示，面积为0.1m2的10匝线圈EFG处在某磁场中，t＝0时，磁场方向垂直于线圈平面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示．已知线圈与右侧电路接触良好，电路中的电阻R＝4Ω，电容C＝10μF，线圈EFG的电阻为1Ω，其余部分电阻不计．则当开关S闭合，电路稳定后，在t1＝0.1s至t2＝0.2s这段时间内()A.电容器所带的电荷量为6×10－5CB.通过R的电流是2.5A，方向从b到aC.通过R的电流是2A，方向从a到bD.R消耗的电功率是0.16WC1．在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？2．在恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？温故知新NS甲乙产生电动势的那部分导体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。3.试从本质上比较甲、乙两电路的异同1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E）.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.感应电动势2、产生条件：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。磁通量变化是电磁感应的根本原因;产生感应电动势是电磁感应现象的本质.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定律内容tEtkE取适当单位则k=1tnE线圈由1匝n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无直接关系磁通量变化△Ф穿过回路的磁通量变化了多少磁通量变化率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理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义弄清：1、磁通量大，电动势一定大吗？2、磁通量变化大，电动势一定大吗？产生感应电动势的条件a.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化。此时：b.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变化。此时：用公式求E的二种常见情况：（动生电动势）（感生电动势）导体作切割磁感线运动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=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（V是相对于磁场的速度，）tΦEθvBV1=VsinθV2=Vcosθ若导体斜切磁感线sinBLvBLvE1（θ为v与B夹角）ttBLv（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（v⊥L）2、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）直接写出图12-3-3所示各种情况下导线ab两端的感应电动势的表达式（B.L.ν.θ已知）sinEBLV2EBRvEBRv电磁感应现象中“杆+导轨”两种模型（大本练习上详解）如图所示：长L=0.4m，电阻r=0.1Ω的导体棒ab沿光滑金属导轨向右做速度为v=5m/s匀速直线运动，导轨cd端连接阻值为R=0.4Ω的电阻（其余电阻不计）。在垂直于导轨平面的空间内有磁感应强度为B=0.1T的匀强磁场。1、电路中相当于电源的部分是_______，_______相当于电源的正极。2、该电源的电动势E=____V，电路中的电流I=_______A。导体棒ab两端的电势差Uab=______V牛刀小试：如图所示：长L=0.4m，电阻R=0.1Ω的导体棒ab沿光滑金属导轨向右做速度为v=5m/s匀速直线运动，导轨cd端连接阻值为R=0.4Ω的电阻（其余电阻不计）。在垂直于导轨平面的空间内有磁感应强度为B=0.1T的匀强磁场。3、导体棒ab所受安培力的大小F安=_____N，方向_____，为使导体棒匀速运动，所需施加的外力F=_____N，方向_____。4、外力F做功的功率P=____W，安培力做功的功率P=____W（安培力做_____功）电源的功率Pˊ=____W。电源内部消耗的功率P1=____W，电阻R消耗的功率P2=____W。练习1、如图所示，垂直穿过的匀强磁场，磁感强度为0.8T,导轨间距为0.5m，ab棒的电阻为1欧，外接电阻R的阻值为3欧，不计摩擦，ab棒在水平恒力F的作用下由初速为零开始运动，R上消耗的最大功率可以达到0.75W,若导轨足够长，求：1）ab棒所能达到的最大速度2）外力F的最大功率abRF练习2、如图，竖直平行放置的足够长的光滑导轨，相距0.5m，电阻不计，上端接阻值为4的电阻，下面连有一根接触良好的能自由运动的水平导体棒，重为2N，电阻为1，在导体间有与导轨平面垂直的匀强磁场，B=2T，现使导体棒在重力作用下向下运动，试分析导体棒下落的运动情况，1.导体棒下落的最大速度2.导体棒两端的最大电压3.上端电阻的最大功率RB4.导体棒下落到最大速度一半时的加速度；5.若此时导体棒已经下落了2m，则线框在下落过程中所产生的热量和此过程中通过R的电荷量？法拉第电磁感应定律的应用（三）知识回顾:感应电动势的有无取决于:感应电动势的大小取决于:磁通量是否变化磁通量的变化率t法拉第电磁感应定律:tΦnE(n为线圈的匝数)sin1BLvBLvEE求解重要的推论:（θ为v与B夹角）通常计算平均感应电动势多用于计算瞬时感应电动势例1:如图所示，一个500匝的线圈的两端跟R＝99Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是20，电阻为1Ω，满足下列情况下时,求线圈磁场所产生的感应电动势E?2cm通过电阻R的电流又各为