4.4法拉第电磁感应定律--课件好的解析

选修3-21．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.一、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.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实验检验：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。二、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1、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：2、用公式求E的二种常见情况：tΦnEtSBnEtBSnE（动生电动势）（感生电动势）1、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。2、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•例4、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5、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××××××××××××××××××××××××Gabv三、导体切割磁感线时的感应电动势导体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=BΔStΦE=BLvΔtttBLvBLvEV是相对于磁场的速度平均值或瞬时值L应为有效长度V2V1θvB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)θ为v与B夹角sin1BLvBLvE四、对比两个公式tnEsinBLvE求平均感应电动势△t近于0时，E为瞬时感应电动势求平均感应电动势,v是平均速度求瞬时感应电动势，v是瞬时速度如果所示，通电线圈在磁场中受力转动，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源产生的电流，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？思考与讨论四、反电动势EFSN电机转动1、如图所示为穿过某回路的磁通量Φ随时间t变化的关系图，试根据图说明：（1）穿过某回路的磁通量Φ何时最大？何时最小？（2）Δφ/Δt何时最大？何时最小？（3）感应电动势E何时最大？何时最小？ΦtOt1t2t3t4注意区分几个物理量：①Φ、Δφ、Δφ/Δt②E只与Δφ/Δt有关，而与Φ、Δφ无关。五、巩固练习（1）磁通量t1和t3最大；t0、t2、t4最小；（2）磁通量变化率t0、t2、t4最大；t1和t3最小；（3）感应电动势t0、t2、t4最大；t1和t3最小；7、两块水平放置的平行板间距为d，用导线与一匝数为n的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的匀强磁场中，如图所示，两板间有一质量为m、带电量为＋q的油滴恰好静止，则线圈中的磁通量的变化率是多少？四、巩固练习mgqdU，U，：带电油滴静止设两板间的电势差为解qmgdUEU，于两板间的电势差为线圈中的感应电动势等tn，E由法拉第电磁感应定律nqmgdt：解得8、如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，其电阻为r，长为L，串接电阻R，匀强磁场磁感应强度为B，当ab导线以速度V向右匀速运动的过程中，求：（1）ab间的感应电动势多大？（2）ab间的电压多大？（3）为了使ab向右匀速运动，所加外力F多大？（4）在2秒时间内，外力做的功W多大？ab中产生的热量Q多大？电阻R上产生的热多大？(1)EBLV(2)BLVRURr22(3)BLVFRr2222(4)BLVWRr22222()BLVrQRr22222()BLVRQRr四、巩固练习9、如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图。一根长度大于2r的直导线MN，以速率V在圆上自左端匀速滑到右端，电路中定值电阻为R，其余电阻忽略不计。在滑动过程中，通过电阻R的电流的平均值为__________;当MN从圆环左端滑到右端的过程中，通过R的电荷量为_________,当MN通过圆环中心O时，通过R的电流为_________.222rBVVrrBtE：平均电动势解RrBVREI2平均电流RBrVrRrBVtIqR222的电量通过RrBVREI2通过中点时的电流四、巩固练习RvB解：公式BLv中的L是指切割磁感线的有效长度。在上图中L是圆弧切割磁感线的有效长度2R。所以E=2RBv，由右手定则得a点电势高。四、巩固练习10、半径为R的半圆形导线，沿垂直磁场和ab连线方向以速度V匀速直线运动，求导线两端产生的感应电动势大小；哪点电势高？abo11、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？四、巩固练习三种情况电动势均为E=BLv12、如图示，长为L的金属杆OA绕过O点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为ω。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求OA杆产生感应电动势的大小。解法一：用E＝BLV求E，V应为平均切割速率，因O点速率V0＝0，A点的速率VA＝ωL四、巩固练习所以棒切割磁感线的平均速率为V＝（V0＋VA）／2＝ωL／2则E＝BLV＝BωL2／2LBOAω解法二：用E＝ΔΦ/Δt求E。设经过Δt时间，OA棒扫过的扇形面积为ΔS＝ωΔtL2／2，E＝ΔΦ/Δt＝BΔS／Δt＝BωL2／213、如图，质量为m，电阻为r，长为L的金属杆AB，由静正开始无摩擦滑下，AB杆与竖直导轨接触良好，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求AB杆下落的最大速度。四、巩固练习BARVImgF解：AB运动过程中受力情况如图速度最大时，加速度为零，合力为零F=mg······(1)F=ILB······(2)E=BLVm······(4))3(rREI22)(LBrRmg：Vm解以上四式得14、如图，质量为m，电阻为r，长为L的金属杆AB，由静正开始无摩擦滑下，AB杆与斜导轨接触良好，匀强磁场垂直斜面向上，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求AB杆下滑的最大速度。四、巩固练习BARVθ解：速度最大时，加速度为零，合力为零F=mgSinθ······(1)F=ILB······(2)E=BLVm······(4))3(rREI22)(sinLBrRmg：Vm解以上四式得IFmg例：半径为r、电阻为R的金属环通过某直径的轴OO’以角速度ω做匀速转动，如图所示。匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环的平面的磁场方向重合时开始计时，则在转过30º的过程中。求：(1)环中产生的感应电动势的平均值是多大？解析：求感应电动势的平均值时，一般要用公式E＝nΔΦ/Δt。(1)金属环在转过30º的过程中，磁通量的变化量//6t又2/3EtBr所以030sin02rB12(2)金属环某一横截面内通过的电荷量是多少？由于E＝ΔΦ/Δt，I＝E／R，I＝Q／Δt，所以22BrQRR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？如图2所示，导线OMN在与磁场方向垂直的平面内，以角速度ω在匀强磁场中沿逆时针方向绕O点匀速转动，磁感应强度为B，方向垂直指向纸里，MN的电动势多大？解析：由于MN上各点的切割速度不等，应当用MN上各点的平均速度也就是MN中点的速度进行计算．设OM=r1，ON=r2，则1、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。tΦEtΦnE课堂小结当有N匝线圈时当单匝线圈时2、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义3、用公式求E的二种常见情况：tΦnE4、反电动势