人教版選修32 4.4 法拉第電磁感應(yīng)定律 課件（27張).ppt

法拉第 1791 1876 是英國著名的物理學(xué)家 化學(xué)家 是他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 提出了電場和磁場的概念 這個概念的提出對近代物理的發(fā)展的重大意義 他家境貧寒 出身于鐵匠家庭 沒有受到過系統(tǒng)的正規(guī)教育 但卻在眾多領(lǐng)域中作出了驚人成就 堪稱位刻苦勤奮 探索真理以及不計個人名利的典范 第四節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律 回顧感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 1 閉合回路2 磁通量發(fā)生變化 回憶電路中有電流的條件 1 閉合回路2 電源提供電動勢 那電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電源在哪兒 電動勢又為多少呢 一 感應(yīng)電動勢 1 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢稱感應(yīng)電動勢2 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源 3 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件 回路中的磁通量發(fā)生變化 4 感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流 感應(yīng)電動勢是形成感應(yīng)電流的必要條件 有感應(yīng)電動勢不一定存在感應(yīng)電流 要看電路是否閉合 有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動勢 影響感應(yīng)電動勢大小的因素 既然閉合電路的磁通量發(fā)生改變就能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 那么感應(yīng)電動勢是否與磁通量的變化有關(guān)呢 感應(yīng)電動勢e的大小與磁通量的變化量 和完成磁通量變化所用的時間 t有關(guān) 1 提出問題 2 猜想與假設(shè) 設(shè)計實驗 控制變量法 進(jìn)行實驗 實驗結(jié)論 感應(yīng)電電勢大小與磁通量變化的快慢有關(guān) 二 法拉第電磁感應(yīng)定律 注 物理學(xué)中多數(shù)定律的得出 并不一定是直接歸納的結(jié)果 而是在分析了很多間接地實驗事實后被 悟 出來的 并且定律的正確往往也是由它的推論的正確性來證實的 在法拉第 紐曼 韋伯等人工作的基礎(chǔ)上 人們認(rèn)識到 1 內(nèi)容 電路中感應(yīng)電動勢的大小 跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比 這就是法拉第電磁感應(yīng)定律 1 內(nèi)容 電路中感應(yīng)電動勢的大小 跟穿過這一電路的磁通量變化率 t成正比 2 數(shù)學(xué)表達(dá)式 國際單位時k 1 問題 若閉合電路是n匝線圈 且穿過每匝線圈的磁通量相同 e 若有n匝線圈 則相當(dāng)于有n個電源串聯(lián) 總電動勢為 注意 公式中 應(yīng)取絕對值 不涉及正負(fù) 練習(xí) 二 法拉第電磁感應(yīng)定律 磁通量的變化率和磁通量 磁通量的變化不同 磁通量為零 磁通量的變化率不一定為零 磁通量的變化大 磁通量的變化率也不一定大 磁通量 磁通量的變化 磁通量的變化率 概念的比較 可以類比速度 速度的變化和加速度 1 下列說法正確的是 a 線圈中磁通量變化越大 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大b 線圈中的磁通量越大 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大c 線圈處在磁場越強(qiáng)的位置 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大d 線圈中磁通量變化得越快 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大 d 2 單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)軸垂直于磁場 若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示 則 a 線圈中0時刻感應(yīng)電動勢最大b 線圈中d時刻感應(yīng)電動勢為零c 線圈中d時刻感應(yīng)電動勢最大d 線圈中0到d時間內(nèi)平均感應(yīng)電動勢為0 4v abd 例 如圖所示 一個50匝的線圈的兩端跟r 99 的電阻相連接 置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中 線圈的橫截面積是20 2 電阻為1 磁感應(yīng)強(qiáng)度以100t s的變化率均勻減少 在這一過程中通過電阻r的電流為多大 解析 練習(xí)題 1 有一面積為s 100cm2的金屬環(huán) 電阻為r 0 1 環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖所示 磁場方向垂直環(huán)面向里 則在t1 t2時間內(nèi)金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 通過金屬環(huán)的電流 通過金屬環(huán)的電荷量為 0 01v 0 01c 0 1a 例題1 如圖 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 導(dǎo)體棒長度l以速度v勻速向右移動一段時間 t 求其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e 解 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 三 感應(yīng)電動勢的另一種表述 e blv 兩兩垂直 1 導(dǎo)線切割磁感線時的電動勢 2 當(dāng) 與 不垂直時 為運(yùn)動方向和磁感線方向的夾角 v b 例 如圖 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)電動勢為b 長為l的金屬棒ab在垂直于b的平面內(nèi)運(yùn)動 速度v與l成 角 求金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e bl vsin e b lsin v 有效長度 導(dǎo)線在垂直速度方向上的投影長度 練習(xí) 半徑為r的半圓形導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場b中 以速度v向右勻速運(yùn)動時 e e b 2r v 有效長度 彎曲導(dǎo)線在垂直速度方向上的投影長度 練1 2 如圖所示 一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路 虛線mn右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場 直徑cd始終與mn垂直 從d點(diǎn)到達(dá)邊界開始到c點(diǎn)進(jìn)入磁場為止 下列結(jié)論正確的是 a 感應(yīng)電流方向不變b cd段直導(dǎo)線始終不受安培力c 感應(yīng)電動勢最大值em bavd 感應(yīng)電動勢平均值 bav 答案 acd 例2 如圖所示 金屬桿ab可在平行金屬導(dǎo)軌上滑動 金屬桿電阻r0 0 5 長為l 0 3m 導(dǎo)軌一端串接一電阻r 1 勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度b 2t 在ab以v 5m s向右勻速運(yùn)動的過程中 求 1 ab間感應(yīng)電動勢e和ab間的電壓u 2 金屬桿上所加沿導(dǎo)軌平面的水平外力f的大小 3 在2s時間內(nèi)電阻r上產(chǎn)生的熱量q 答案 1 3v2v 2 1 2n 3 8j 1 如圖所示 讓線圈由位置1通過一個勻強(qiáng)磁場的區(qū)域運(yùn)動到位置2 下述說法中正確的是 a 在線圈進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中 線圈中有感應(yīng)電流 而且進(jìn)入時的速度越大 感應(yīng)電流越大 b 整個線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動時 線圈中有感應(yīng)電流 而且電流是恒定的 c 整個線圈在勻強(qiáng)磁場中加速運(yùn)動時 線圈中有感應(yīng)電流 而且電流越來越大 d 在線圈穿出勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中 線圈中有感應(yīng)電流 而且穿出時的速度越大 感應(yīng)電流越大 2 空間有一個水平向里的有界勻強(qiáng)磁場 如圖所示 一剛性正方形線圈 質(zhì)量為m 邊長為l 從磁場上方距磁場上邊界h 處自由落下 線圈總沿豎直面運(yùn)動 若線圈剛好勻速穿過磁場區(qū)域 則有界磁場的寬度h 線圈穿過磁場過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為 公式的比較 本質(zhì)上是統(tǒng)一的 后者是前者的一種特殊情況 導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時 用后者方便 而當(dāng)磁通量變化時 前者方便 小結(jié) 解析 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 回路中的感應(yīng)電流為 要使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流 則通過閉合回路的磁通量不變 即 解得 練 如圖所示 固定與水平面上的金屬框cdef 處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中 金屬棒ab擱在框架上 可無摩擦滑動 此時abed構(gòu)成一個邊長l的正方形 棒電阻r 其余電阻不計 開始時磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 若以t 0時起 磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加 每秒增加量k 同時保持棒靜止 求棒中的感應(yīng)電流 若以t 0時起 磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小 當(dāng)棒以恒定速度v向右勻速運(yùn)動 可使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流 則磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)怎樣隨時間變化 寫出b與t的關(guān)系式 四 反電動勢 v 此電動勢阻礙電路中原來的電流 故稱之為反電動勢 n s 電動機(jī) 安培力方向轉(zhuǎn)動速度方向 電動機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢是反電動勢 這個電動勢是削弱了電源電流 阻礙線圈的轉(zhuǎn)動 線圈要維持原來的轉(zhuǎn)動就必須向電動機(jī)提供電能 電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 正因為反電動勢的存在 所以對電動機(jī) 歐姆定律不成立 如果電動機(jī)因機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動 這時就沒有了反電動勢 線圈電阻一般都很小 線圈中電流會很大 電動機(jī)會燒毀 這時 應(yīng)立即切斷電源 進(jìn)行檢查 1