法拉第電磁感應(yīng)的定律及其應(yīng)用

法拉第電磁感應(yīng)的定律及其應(yīng)用第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日（一）知識(shí)與技能1．知道什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2．知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別Φ、ΔΦ、E=△Φ/△t。3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式。4．知道E=BLvsinθ如何推得。5．會(huì)用E=n△Φ/△t和E=BLvsinθ解決問題。（二）過程與方法通過推導(dǎo)到線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLv，掌握運(yùn)用理論知識(shí)探究問題的方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．從不同物理現(xiàn)象中抽象出個(gè)性與共性問題，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個(gè)性的辯證唯物主義思想。2．了解法拉第探索科學(xué)的方法，學(xué)習(xí)他的執(zhí)著的科學(xué)探究精神教學(xué)目標(biāo)高二物理選修3-2教學(xué)第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日1、在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2、磁通量的變化率表示磁通量的變化快慢注意區(qū)分Φ、ΔΦ、高二物理選修3-2教學(xué)第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日1、磁通量大，磁通量變化一定大嗎？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。問題與思考1高二物理選修3-2教學(xué)第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日1、內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率△Φ/△t成正比．二、法拉第電磁感應(yīng)定律2、數(shù)學(xué)表達(dá)式（注意單位）若有n匝線圈，則相當(dāng)于有n個(gè)電源串聯(lián)，總電動(dòng)勢(shì)為：注意：公式中Δφ應(yīng)取絕對(duì)值，不涉及正負(fù)，感應(yīng)電流的方向另行判斷。3、方向：由楞次定律或右手定則確定。第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日⑶產(chǎn)生感應(yīng)電流只不過是一個(gè)現(xiàn)象，它表示電路中在輸送著電能；而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)才是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，它表示電路已經(jīng)具備了隨時(shí)輸出電能的能力。4、幾點(diǎn)說明：⑴不論電路是否閉合，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(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。⑵磁通量是否變化是電磁感應(yīng)的根本原因。若磁通量變化了，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再若電路又是閉合的，電路中將會(huì)有感應(yīng)電流。高二物理選修3-2教學(xué)第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日如圖所示為穿過某線路的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖，試根據(jù)圖說明：（1）穿過某線路的磁通量Φ何時(shí)最大？何時(shí)最??？（2）Δφ/Δt何時(shí)最大？何時(shí)最??？（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E何時(shí)最大？何時(shí)最小？ΦtOt1t2t3t4注意區(qū)分幾個(gè)物理量：①Φ、Δφ、Δφ/Δt②E只與Δφ/Δt有關(guān)，而與Φ、Δφ無關(guān)。問題與思考2高二物理選修3-2教學(xué)第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日×

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××三、導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)問題與思考（平動(dòng)切割）3：如圖所示閉合線圈一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它的長(zhǎng)為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng)勢(shì)？Gabv回路在時(shí)間t內(nèi)增大的面積為：ΔS=LvΔt產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：穿過回路的磁通量的變化為：ΔΦ=BΔS=BLvΔt（V是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度）第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日θvBV1=VsinθV2=Vcosθ若導(dǎo)體斜切磁感線（θ為v與B夾角）（若導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直，但跟磁感強(qiáng)度方向有夾角）問題與思考4第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為B，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab在垂直于B的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，速度v與L成θ角，求金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。abθvE=BLVsinθ問題與思考5說明：1、導(dǎo)線的長(zhǎng)度L應(yīng)為有效長(zhǎng)度2、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向和磁感線平行時(shí)，E=03、速度V為平均值（瞬時(shí)值），E就為平均值（瞬時(shí)值）第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日LvB1、如圖，一半圓形導(dǎo)體，半徑是R，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)以速度v向右運(yùn)動(dòng)，求它產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？2、求下面圖示情況下，a、b、c三段導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？練習(xí)第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日問題：公式①與公式②的區(qū)別和聯(lián)系？1、一般來說，①求出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E和某段時(shí)間或者某個(gè)過程對(duì)應(yīng)，而②求出的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E和某個(gè)時(shí)刻或者某個(gè)位置對(duì)應(yīng)。2、①求出的是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不是回路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)?；芈分懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，但是回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零。如右圖。vabcdLL小結(jié)區(qū)別：1、公式①中的時(shí)間趨近于0時(shí)，E就為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2、公式②中v若代表平均速度，則求出的E就為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。聯(lián)系：第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日如下圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的銅桿OA以O(shè)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求桿OA兩端的電勢(shì)差。ωAOA'問題與思考（旋轉(zhuǎn)切割）6第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)匝數(shù)為n的矩形線圈,邊長(zhǎng)ab=L1,bc=L2線圈繞中心軸OO'以角速度ω由圖示位置逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。試求:(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值;(2)線圈轉(zhuǎn)過1/4周的過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)設(shè)線圈的總電阻為R，線圈轉(zhuǎn)過1/4周的過程中通過某一截面的電量。cBdOO'abω問題與思考（線圈旋轉(zhuǎn)切割）7第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日如圖所示，長(zhǎng)L1寬L2的矩形線圈電阻為R，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣，線圈與磁感線垂直。求：將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場(chǎng)的過程中，⑴拉力的大小F；⑵拉力的功率P；

⑶拉力做的功W；

⑷線圈中產(chǎn)生的電熱Q；⑸通過線圈某一截面的電荷量q。與v無關(guān)⑴⑵⑶⑷⑸練習(xí)第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日問題與思考8、如圖所示，一水平放置的U形框，上面放一質(zhì)量為m的金屬棒，它的電阻為R，它與軌道的滑動(dòng)摩擦力為f，圖中的電源電動(dòng)勢(shì)為E，電源內(nèi)阻和導(dǎo)軌電阻均不計(jì)。合上電鍵后，（1）請(qǐng)分析棒將如何運(yùn)動(dòng)？（2）速度增大后，電路的電流如何變化？（3）最終的速度？fFv解析：當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)后，它就要切割磁感線，產(chǎn)生一個(gè)與外加電源相反的電動(dòng)勢(shì)E/=BLV，則vto可知，棒先做變加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)a=0時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，且速度達(dá)到最大。四、反電動(dòng)勢(shì)第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日問題與思考91、電動(dòng)機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)是加強(qiáng)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(dòng)還是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)？

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)削弱了電源的電流，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，線圈要維持原來的轉(zhuǎn)動(dòng)就必須向電動(dòng)機(jī)提供電能，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。2、如果電動(dòng)機(jī)因機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生什么情況？這時(shí)應(yīng)采取什么措施？電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)就沒有了反電動(dòng)勢(shì)，線圈電阻一般都很小，線圈中電流會(huì)很大，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)燒毀。這時(shí)，應(yīng)立即切斷電源，進(jìn)行檢查。第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日§4-4法拉第電磁感應(yīng)定律的的應(yīng)用第四章電磁感應(yīng)高二物理選修3-2教學(xué)忻州一中解鴻志1、電磁感應(yīng)中的電路問題2、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題3、電磁感應(yīng)中的能量問題教學(xué)目標(biāo)4、電磁感應(yīng)中的圖象問題（下講內(nèi)容）第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日例1、如下圖所示，半徑為r、電阻為R的金屬環(huán)通過某直徑的軸OO’以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，從金屬環(huán)的平面的磁場(chǎng)方向重合時(shí)開始計(jì)時(shí)，則在轉(zhuǎn)過30o的過程中。求：

oO'B(1)環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大？(2)金屬環(huán)某一橫截面內(nèi)通過的電荷量是多少？一、常規(guī)問題第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日解析：求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值時(shí)，一般要用公式E＝nΔΦ/Δt。(1)金屬環(huán)在轉(zhuǎn)過30o的過程中，磁通量的變化量oO'B（2）由于E＝ΔΦ/Δt，I＝E／R，I＝Q／Δt，所以第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日Φ/10-2Wbt/sABD0120.1例2、單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)。若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則：()A、線圈中0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B、線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C、線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D、線圈中0到D時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4VABD第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日例3．如圖所示，平行于y軸的導(dǎo)體棒以速度v向右勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半徑為R、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，導(dǎo)體棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖像是【】第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日例4、如圖所示，一個(gè)50匝的線圈的兩端跟R＝99Ω的電阻相連接，置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈的橫截面積是20㎝2，電阻為1Ω，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：二、與電路的綜合第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日例5．如圖所示，光滑導(dǎo)軌傾角放置，其下端連接一個(gè)燈泡，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面，當(dāng)ab棒下滑到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，小燈泡獲得的功率為P0，除燈泡外，其它電阻不計(jì)。要使穩(wěn)定狀態(tài)燈泡的功率變?yōu)?P0，下列措施正確的是【】A．換一個(gè)電阻為原來一半的燈泡B．把磁感應(yīng)強(qiáng)度B增為原來的2倍C．換一根質(zhì)量為原來的倍的金屬棒D．把導(dǎo)軌間的距離增大為原來的倍C第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日例6．如圖（a）所示，一個(gè)電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線與阻值為2R的電阻R1連結(jié)成閉合回路。線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖（b）所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0

.導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求：0至t1時(shí)間內(nèi)，（1）通過電阻R1上的電流大小和方向；（2）通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日例7、第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日例8、如圖所示，豎直放置的足夠長(zhǎng)的U形導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)，上端串有電阻R（其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。金屬棒ab的質(zhì)量為m，與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后ab保持水平而下滑。求ab下滑的最大速度vm。三、與力學(xué)的綜合第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日例9、如圖所示，閉合導(dǎo)體線框abcd從高處自由下落一段定距離后，進(jìn)入一個(gè)有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)寬度h大于線圈寬度l。從bc邊開始進(jìn)入磁場(chǎng)到ad邊即將進(jìn)入磁場(chǎng)的這段時(shí)間里，下面表示該過程中線框里感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的圖象中，一定錯(cuò)誤的是BACD第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日BACD第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日例10、如圖，矩形線圈abcd質(zhì)量為m，寬為D，在豎直平面內(nèi)由靜止自由下落。其下方有如圖方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)上下邊界水平，寬也為D，ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)就開始做勻速運(yùn)動(dòng)，那么在線圈穿越磁場(chǎng)的全過程產(chǎn)生多少電熱？解：ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)就做勻速運(yùn)動(dòng)，說明安培力與重力剛好平衡，由于線圈和磁場(chǎng)寬度相同，dc邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)ab邊剛好穿出，因此穿出過程安培力與重力仍平衡，即線圈穿越磁場(chǎng)過程始終是勻速的，在這下落2d的過程中，線圈的動(dòng)能沒有變，重力勢(shì)能的減少全部轉(zhuǎn)化為電能，由焦耳定律電流通過導(dǎo)線時(shí)，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以全過程產(chǎn)生電熱等于全過程重力勢(shì)能的減少，Q=2mgD。三、與能量的綜合第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日例11、第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日1．電磁感應(yīng)中綜合問題的解題方法：①確定研究對(duì)象，受力分析、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的分析、同時(shí)進(jìn)行各量間制約關(guān)系的分析（一個(gè)確定、四個(gè)分析）。②選擇力、電物理規(guī)律，列方程。③解方程。必要時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論。可見，與一般的動(dòng)力學(xué)大體一樣!2．解答電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題，解題思路大體與解力學(xué)問題相同，只需增加對(duì)安培力的分析。分析這類題要緊緊抓住“速度變化引起安培力變化”的制約關(guān)系。從分析物體的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況入手是解題的關(guān)鍵和解題的鑰匙。用到的規(guī)律就是力學(xué)中的三大規(guī)律。3．解答電磁感應(yīng)與電路的綜合問題時(shí)，要先明確電路的組成模型，必要的話，畫出等效電路圖，而電路中的電流、電壓分析與恒定電路中完全一樣，要用到閉合電路歐姆定律等。方法總結(jié)第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日電磁感應(yīng)中的制約關(guān)系：電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析，思考方法是：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)