高中物理新課標版人教版選修精品：4.《法拉第電磁感應(yīng)定律》

新課標人教版課件系列 高中物理 選修3 2 4 3 法拉第電磁感應(yīng)定律 問題 試從本質(zhì)上比較甲 乙兩電路的異同 既然閉合電路中有感應(yīng)電流 這個電路中就一定有電動勢 產(chǎn)生電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電源 1 定義 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢 E 注 1 閉合電路中有感應(yīng)電流 這個電路中就一定有感應(yīng)電動勢 一 感應(yīng)電動勢 2 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電源 2 產(chǎn)生條件 只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化 電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 3 感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流 只要磁通量變化 電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 若電路又閉合 電路中就有感應(yīng)電流 磁通量變化是電磁感應(yīng)的根本原因 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì) 變化的快慢不同 都發(fā)生了變化 都產(chǎn)生了E I 產(chǎn)生的E I 大小不等 磁通量變化越快 感應(yīng)電動勢越大 磁通量的變化快慢 越大 問題 在實驗中 將條形磁鐵從同一高度插入線圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 磁通量的變化率 二 法拉第電磁感應(yīng)定律 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 1 內(nèi)容 注意 公式中 取絕對值 不涉及正負 感應(yīng)電流的方向另行判斷 2 公式 n為線圈的匝數(shù) 問題1 磁通量大 磁通量變化一定大嗎 問題2 磁通量變化大 磁通量的變化率一定大嗎 可以類比速度 速度的變化和加速度 磁通量的變化率和磁通量 磁通量的變化無直接關(guān)系 磁通量大 小 零 磁通量的變化率不一定大 小 零 磁通量的變化大 小 磁通量的變化率不一定大 小 思考與討論 3 理解 t的意義 1 磁感應(yīng)強度B不變 垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化 S S2 S1 此時 2 垂直于磁場的回路面積S不變 磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化 B B2 B1 此時 4 應(yīng)用 用公式求E的二種常見情況 感生電動勢 動生電動勢 有一個50匝的線圈 如果穿過它的磁通量的變化率為0 5Wb s 求感應(yīng)電動勢 25V 例與練1 一個100匝的線圈 在0 5s內(nèi)穿過它的磁通量從0 01Wb增加到0 09Wb 求線圈中的感應(yīng)電動勢 16V 例與練2 一個匝數(shù)為100 面積為10cm2的線圈垂直磁場放置 在0 5s內(nèi)穿過它的磁場從1T增加到9T 求線圈中的感應(yīng)電動勢 1 6V 例與練3 如圖 半徑為r的金屬環(huán)繞通過某直徑的軸00 以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B 從金屬環(huán)面與磁場方向平行時開始計時 則在金屬環(huán)轉(zhuǎn)過900角的過程中 環(huán)中產(chǎn)生的電動勢的平均值是多大 例與練4 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 有一矩形線框 邊長ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 1 線圈轉(zhuǎn)過1 4周的過程中的平均感應(yīng)電動勢 例與練5 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 有一矩形線框 邊長ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 2 線圈轉(zhuǎn)過1 2周的過程中的平均感應(yīng)電動勢 例與練5 10 2Wb t s A B D 0 1 2 0 1 單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(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 例與練6 斜率表示 的變化率 回路在時間t內(nèi)增大的面積為 S Lv t 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 穿過回路的磁通量的變化為 B S BLv t V是相對于磁場的速度 三 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 如圖所示閉合線框一部分導(dǎo)體ab長l 處于勻強磁場中 磁感應(yīng)強度是B ab以速度v勻速切割磁感線 求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 V1 V2 若導(dǎo)體運動方向跟磁感應(yīng)強度方向有夾角 導(dǎo)體斜切磁感線 注意 2 導(dǎo)線的長度L應(yīng)為有效長度 1 導(dǎo)線運動方向和磁感線平行時 E 0 3 速度v為平均值 瞬時值 E就為平均值 瞬時值 L 為v與B夾角 三 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 勻強磁場 v B L兩兩垂直 三 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 如圖 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B 長為L的金屬棒ab在垂直于B的平面內(nèi)運動 速度v與L成 角 求金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E BLVsin 例與練7 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 有一個匝數(shù)為n的矩形線圈 邊長ab L1 bc L2線圈繞中心軸OO 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 1 轉(zhuǎn)過1 4周時ab邊產(chǎn)生的瞬時感應(yīng)電動勢 2 轉(zhuǎn)過1 2周時ab邊產(chǎn)生的瞬時感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)動1周的過程中ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢哪個時刻最大 哪個時刻最小 思考 例與練8 1 求出的是平均感應(yīng)電動勢 E和某段時間或某個過程對應(yīng) 既可求出的是瞬時感應(yīng)電動勢也可求出平均感應(yīng)電動勢 求瞬時感應(yīng)電動勢時 E和某個時刻或某個位置對應(yīng) 2 求出的是整個回路的感應(yīng)電動勢 求出的是某部分導(dǎo)體的電動勢 回路中感應(yīng)電動勢為零時 回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零 1 區(qū)別 1 公式 中的時間趨近于0時 則E為瞬時感應(yīng)電動勢 2 公式 中v若代表平均速度 則E為平均感應(yīng)電動勢 2 聯(lián)系 公式 和公式 是統(tǒng)一的 如圖 長為L的銅桿OA以O(shè)為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 磁場的磁感應(yīng)強度為B 求桿OA兩端的電勢差 例與練9 如圖 水平面上有兩根相距0 5m的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ 它們的電阻不計 在M和P之間接有R 3 0 的定值電阻 導(dǎo)體棒長ab 0 5m 其電阻為r 1 0 與導(dǎo)軌接觸良好 整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中 B 0 4T 現(xiàn)使ab以v 10m s的速度向右做勻速運動 1 ab中的電流多大 ab兩點間的電壓多大 2 維持ab做勻速運動的外力多大 3 ab向右運動1m的過程中 外力做的功是多少 電路中產(chǎn)生的熱量是多少 WF 0 1J I 0 5A F 0 1N Q 0 1J U 1 5V 例與練10 問題1 在P16圖4 4 3中 電源在電動機線圈中產(chǎn)生電流的方向怎樣 AB邊 CD邊受力方向怎樣 線圈的運動方向怎樣 直流電動機的原理 通電導(dǎo)線在磁場中受安培力而運動 問題2 電動機線圈在磁場中轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢嗎 方向怎樣 問題3 感應(yīng)電動勢是加強了電源產(chǎn)生的電流 還是削弱了電源的電流 是有利于線圈轉(zhuǎn)動還是阻礙了線圈的轉(zhuǎn)動 四 反電動勢 1 定義 電動機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢總要削弱電源產(chǎn)生的電流 這個電動勢叫反電動勢 2 作用 阻礙線圈的轉(zhuǎn)動 線圈要維持轉(zhuǎn)動 電源就要向電動機提供電能 電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能 問題4 如果電動機因機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動 會發(fā)生什么情況 這時應(yīng)采取什么措施 四 反電動勢 3 應(yīng)用 電動機停止轉(zhuǎn)動 就沒有反電動勢 線圈中電流會很大 電動機會燒毀 要立即切斷電源 進行檢查 關(guān)于電磁感應(yīng) 下述說法中正確的是 A 穿過線圈的磁通量越大 感應(yīng)電動勢越大B 穿過線圈的磁通量為零 感應(yīng)電動勢一定為零C 穿過線圈的磁通量的變化越大 感應(yīng)電動勢越大D 穿過線圈的磁通量變化越快 感應(yīng)電動勢越大 D 注意 感應(yīng)電動勢E與 t的關(guān)系 例與練11 如圖 一個水平放置的導(dǎo)體框架 寬度L 1 50m 接有電阻R 0 20 設(shè)勻強磁場和框架平面垂直 磁感應(yīng)強度B 0 40T 方向如圖 今有一導(dǎo)體棒ab跨放在框架上 并能無摩擦地沿框滑動 框架及導(dǎo)體ab電阻均不計 當ab以v 4 0m s的速度向右勻速滑動時 試求 1 導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電動勢的大小 2 回路上感應(yīng)電流的大小 E BLv 0 80V 例與練12 小結(jié) 由于導(dǎo)體運動過程中感應(yīng)電動勢不變 瞬時值等于平均值 所以也可用下式求E 如果這時跨接在電阻兩端有一個電壓表 測得的就是外電路上的電壓 即 如圖 有一勻強磁場B 1 0 10 3T 在垂直磁場的平面內(nèi) 有一金屬棒AO 繞平行于磁場的O軸順時針轉(zhuǎn)動 已知棒長L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有多大 例與練13 小結(jié) 也可用 進行計算 因為從O A 各點的線速度是均勻變化的 故取棒中點的速度代表棒的平均速度 由 仍得到上面的結(jié)果 如圖 邊長為a的正方形閉合線框ABCD在勻強磁場中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動 磁感應(yīng)強度為B 初始時刻線框所在的平面與磁感線垂直 經(jīng)過t時間轉(zhuǎn)過1200角 求 1 線框內(nèi)感應(yīng)電動勢