4.4_法拉第电磁感应定律(自整理)

楞次定律楞次定律指出：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它是判断感应电流方向的普遍规律。1．应用楞次定律判断步骤感应电流方向右手螺旋定则)(1增加或减少原磁通变化方向原磁场B)(12相同或相反与方向感应电流磁场BB愣次定律4.4法拉第电磁感应定律问题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知识回顾由于闭合回路中的面积变化引起磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1=BΔS3、在电磁感应现象中，磁通量的变化的方式有哪些？由于闭合回路中的磁感应强度变化引起磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1=ΔBS电路中产生持续电流的条件是什么？（1）电路闭合（2）有电源电源在哪里？一、感应电动势存在感应电流必然存在对应的电动势；物理学中，我们把在电磁感应现象中，产生的电动势叫做感应电动势。等效一、感应电动势BLVabcdRabcdR产生电动势的那部分导体相当于电源，其电阻为电源的内阻（r）NS乙甲SSV当开关断开后，电路中是否有电流呢？电源两端有电压吗？电源的电动势还存在吗？思考与讨论当导线断开后，电路中是否还有电流呢？线圈内的感应电动势还存在吗？思考与讨论感应电动势的有无，完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化，与电路的通断，电路的组成是无关的。电路断开时有感应电动势，但无感应电流。例1、在赤道的上方，一根沿东西方向的水平导体自由下落，下落过程中导体上各点的电势高低是（）A.东端高B.西端高C.中点高D.无感应电动势产生A探究：影响感应电动势大小的因素我们怎样能够感知到感应电动势的大小？电流表偏转的角度探究：影响感应电动势大小的因素电流表指针的偏转角度与感应电动势的大小有什么关系呢？等效探究：影响感应电动势大小的因素提供器材：猜想：可能与什么因素有关ＮＮ探究：影响感应电动势大小的因素体验探究过程：交流汇报心得：模拟实验一一根磁铁慢速插入ＮＮ一根磁铁快速插入分析归纳：从条件上看从结果上看相同不同感应电动势大小不同磁通量变化量△Φ相同都产生感应电流I磁铁插入的快慢不同感应电流I大小不同ＮＮＮ模拟实验二一根磁铁快速插入两根磁铁快速插入分析归纳：从条件上看从结果上看相同不同感应电动势大小不同磁通量变化量△Φ不同都产生感应电流I磁铁的快慢相同感应电流I大小不同定性结论：感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关磁通量变化率二、法拉第电磁感应定律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．2、数学表达式（国际单位时）若有n匝线圈，则相当于有n个电源串联，总电动势为：Ent注意：公式中Δφ应取绝对值,不涉及正负.tEtE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成正比。1、内容：2、公式：t（单位为伏、韦伯、秒则k=1）注意：公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。二、法拉第电磁感应定律当闭合电路中的线圈匝数是1匝时，感应电动势大小的表达式tE思考：当闭合电路中的线圈匝数是n时，感应电动势大小的表达式该怎么写呢？思考：穿过线圈内的磁通量Φ一样吗？1匝线圈n匝线圈穿过线圈内的磁通量Φ一样思考：当闭合电路中的线圈匝数是n时，感应电动势大小的表达式该怎么写呢？法拉第电磁感应定律：若线圈有n匝，电动势为：若线圈有1匝，电动势为：tE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3、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义注意：磁通量Ф=BS(与匝数无关)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：4、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）例2：如图所示，一个50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㎝2，电阻为1Ω，磁感应强度以100T／s的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？BEnnStt450100201010V100.1991EIARr解析：练1、在磁感应强度随时间变化的磁场中，垂直磁场放置一个面积为0.1m2的圆环。在0.2s内磁场的磁感应强度由0增大到0.3T，求圆环中的平均感应电动势。答案：0.15Ｖ例题3（课后T1）下列说法正确的是（）A.线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C.线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大D练2．一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，它的：A.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最大B.磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大C.磁通量最大,磁通量变化率最小,感应电动势最大D.磁通量最小,磁通量变化率最小,感应电动势最大√例4、如图所示，线圈匝数n=100匝，面积S=50cm2，线圈总电阻r=10Ω，外电路总电阻R=40Ω，沿轴向匀强磁场的磁感应强度由B1=0.4T在0.1s内均匀减小为零再反向增为B2=0.1T，求：（1）磁通量的变化率为多少？（2）感应电流大小为多少？（3）线圈的输出功率为多少？wwIUPVVIRUAVRrEIVsWbtnEsWbsWbtWbSBSB1.0210524010510540105.25.2/105.2100/105.21.0105.2105.2)(222223312线圈的输出功率外电路两端电压感应电流感应电动势为正，则解：选末状态的磁通量例5、如下图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO’以角速度ω作匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，则在金属环转过30°角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大？22123/621/6021/BrrBBStE6、如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00'以角速度ω作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在金属环转过900角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大?00'B22rBE第2课时三、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=L(vΔt)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）θvBV1V2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)3、速度v为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值)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=0Lvθ为v与B夹角sin1BLvBLvE4、外力克服安培力做功，其他形式的能转变成电路的电能。BLvE匀强磁场v、B、L两两垂直sinBLvEvBLL、夹角为与Bv三、导体作切割磁感线时的感应电动势问题：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.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=B(Lsinθ)V有效长度---导线在垂直速度方向上的投影长度练习1：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2、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？Ea=Eb=Ec=BLV3、在上题中，导体棒ab的质量为m。若开始导体棒ab在导轨上静止，用一水平向右的恒力F拉导体棒，使它向右运动，试分析导体棒的受力情况、运动情况。求出导体棒运动的最大速度。(已知导轨的总电阻为R,导体棒ab的电阻为r。)VabFR如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻不计,在M和P之间接有R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m／s的速度向右做匀速运动.(1)ab中的电流多大?ab两点间的电压多大?(2)维持ab做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动1m的过程中,外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少?RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与练•思考：•如图所示,电源在电动机线圈中产生的电流的方向以及AB.CD两个边受力的方向都可判断出.•四、反电动势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？是有利于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动？电动机转动是时,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.──反电动势四、反电动势正因为反电动势的存在,所以对电动机,欧姆定律不成立.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.电能转化为机械能和内能.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。.一、感应电流与感应电动势如何判断正、负极二、法拉第电磁感应定律tΦE1、定义式：2、推论：sin1BLvBLvE三、反电动势线圈转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流小结：1.关于电磁感应，下述说法中正确的是()A、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大B、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零C、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动势越大D、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D注意:感应电动势E与Φ、△Φ、△Φ/△t的关系随堂练习2.一个匝数n=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1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。tΦnEVV6.15.0001.0009.0100随堂练习3.如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=2Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图