2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 二 法拉第电磁感应定律课件 新人教版选修1-1

二、法拉第电磁感应定律情景导入学习目标预览分别给门的四角钉上大钉子，用电线沿着4个钉子绕制一个几十匝的大线圈，如图所示．线圈的两端连在一个电流表上．开门、关门时电流表指针发生偏转但指针偏转不明显，想一想，应该怎样改进？1.知道什么是感应电动势．2.了解什么是磁通量的变化量和磁通量的变化率．3.在实验基础上，了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题．4.培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、感应电动势1．概念：在电磁感应现象中产生的电动势叫，产生感应电动势的那部分导体相当于．2．产生条件：只要穿过回路的发生改变，在回路中就产生感应电动势．3．感应电流：感应电流的大小是由回路中产生的的大小和闭合回路的大小共同决定的．三者大小关系遵守定律．感应电动势电源磁通量感应电动势电阻闭合电路欧姆[思考]结合感应电流的产生条件想一下，感应电动势的产生条件是什么？提示：只要穿过导体回路的磁通量发生变化(回路可以不闭合)，回路中就产生感应电动势．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的成正比．2．公式：，若为n匝线圈，则产生的电动势为.3．在电磁感应现象中产生了感应电流，一定有其他能向转化，在转化的过程中遵守．变化率E＝ΔΦΔtE＝nΔΦΔt电能能量守恒定律[试做]如图所示，两个互相连接的单匝金属环，大环的面积是小环面积的3倍，当通过大环的磁通量变化率为ΔΦΔt时，感应电动势为E0，当通过小环的磁通量变化率为ΔΦΔt时，感应电动势为______．解析：E与ΔΦΔt和线圈的匝数n有关，跟其他因素无关．答案：E0要点一理解磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率物理量单位物理意义磁通量ΦWb表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少磁通量的变化量ΔΦWb表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少磁通量的变化率ΔΦΔtWb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢[特别提醒]Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接关系，即穿过一个平面的磁通量大，磁通量的变化量不一定大，磁通量的变化率也不一定大；穿过一个平面的磁通量的变化量大，磁通量不一定大，磁通量的变化率也不一定大；穿过一个平面的磁通量的变化率大，磁通量和磁通量的变化量都不一定大．[例1]下列说法正确的是()A．磁通量越大，磁通量的变化量也越大B．磁通量变化越大，磁通量的变化率也越大C．磁通量变化率越大，磁通量变化得越快D．磁通量等于零时，磁通量的变化率也为零[解析]Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接关系．穿过一个平面的磁通量大，磁通量的变化量不一定大，磁通量的变化率也不一定大，所以A、B均错．磁通量的变化率ΔΦΔt表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢，磁通量变化率越大，磁通量变化得就越快，故C正确．Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接关系．磁通量等于零时，磁通量可能正在变，此时磁通量的变化率可以不为零．[答案]C(1)Φ是状态量，ΔΦ是过程量．(2)Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、ΔvΔt三者类比．1．有一个单匝线圈，在0.2s内穿过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.08Wb，求穿过这个线圈的磁通量的变化率．解析：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(0.08－0.02)Wb＝0.06Wb，所以ΔΦΔt＝0.060.2Wb/s＝0.3Wb/s.答案：0.3Wb/s要点二法拉第电磁感应定律的应用1．公式E＝nΔΦΔt说明感应电动势E与磁通量的变化率成正比，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有直接关系．Φ、ΔΦ大，ΔΦΔt不一定大．2．公式中ΔΦ和ΔΦΔt都取绝对值，它只反映感应电动势的大小，不涉及方向．3．磁通量的变化率ΔΦΔt是Φ­t图象上某点切线的斜率．如图所示，t＝0.1s时，ΔΦΔt＝0，t＝0、0.2s、0.4s、0.6s时图线斜率最大，即ΔΦΔt最大．[例2]一个200匝、面积为20cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是______Wb；磁通量的平均变化率是______Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是______V.[解析]磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S－B1S＝(0.5×20×10－4－0.1×20×10－4)Wb＝8×10－4Wb.磁通量的变化率为ΔΦΔt＝8×10－40.05Wb/s＝1.6×10－2Wb/s.感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得E＝nΔΦΔt＝200×1.6×10－2V＝3.2V.[答案]8×10－41.6×10－23.2对磁通量的变化量、磁通量的变化率来说，穿过一匝线圈和穿过n匝线圈是一样的，而感应电动势则不一样，感应电动势与匝数成正比．2．有一正方形单匝线圈abcd处于匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直．在Δt＝0.5s时间内，磁通量由Φ1＝3Wb增加到Φ2＝6Wb.求：(1)在Δt内线圈中产生的感应电动势；(2)要使线圈中产生的感应电动势更大，可采取什么措施？解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E＝nΔΦΔt＝nΦ2－Φ1Δt＝6－30.5V＝6V.(2)由法拉第电磁感应定律知，要想增大感应电动势可增加线圈匝数n或增大磁通量的变化率．答案：(1)6V(2)见解析[随堂训练]1．闭合电路中产生的感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比()A．磁通量B．磁感应强度C．磁通量的变化率D．磁通量的变化量解析：依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量无关，与磁通量的变化量无关，与匝数和磁通量的变化率成正比．答案：C2．(多选)对于电路中有无感应电动势及其大小的说法正确的是()A．感应电动势的大小与ΔΦ无关B．感应电动势的大小与ΔΦΔt成正比C．只要穿过某一回路的磁通量有变化，这个电路中就一定存在感应电动势D．只要有磁通量穿过某一回路，这个电路中就一定存在感应电动势解析：不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势，感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt，而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然关系．答案：BC3．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终以2Wb/s均匀增加，则()A．线圈中感应电动势每秒增加2VB．线圈中感应电动势每秒减少2VC．线圈中感应电动势始终为2VD．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2V解析：由于磁通量均匀增加，磁通量的变化率ΔΦΔt恒为2Wb/s，由法拉第电磁感应定律知线圈中感应电动势始终为2V，感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt，而与电路的电阻R无关．答案：C4．(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转动轴垂直于磁场，若线圈所围面积的磁通量随时间变化规律如图所示，则()A．线圈中0时刻的感应电动势最大B．线圈中D时刻的感应电动势为零C．线圈中D时刻的感应电动势最大D．线圈中0至D时刻内平均感应电动势为0.4V解析：根据法拉第电磁感应定律E＝ΔΦΔt，因为0时刻和D时刻的感应电动势均为瞬时值，而根据E＝ΔΦΔt来求的一般为平均值，由数学知识可知，当Δt→0时，E就为瞬时值，而在图线Φ­t中反映瞬时值的是曲线上该点的斜率．由图可以看出，0时刻和t＝0.01s时曲线的斜率最大，则感应电动势最大；而D时刻曲线的斜率为零，则感应电动势为零．故A、B正确，C错误.0时刻Φ1＝0，D时刻Φ2＝4×10－3Wb，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝4×10－3Wb，经历的时间Δt＝0.005s，所以平均感应电动势E＝4×10－30.005V＝0.8V，故D错误．答案：AB5.如图所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s．设插入方式相同，试求：(1)两次线圈中平均感应电动势之比；(2)两次线圈之中电流之比；(3)两次通过线圈的电荷量之比．解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E1E2＝ΔΦΔt1·Δt2ΔΦ＝Δt2Δt1＝21.(2)利用欧姆定律可得I1I2＝E1R·RE2＝E1E2＝21.(3)由q＝It得q1q2＝I1·Δt1I2·Δt2＝11.答案：(1)2∶1(2)2∶1(3)1∶1