法拉第電磁感應(yīng)定律

by甘騰勝@20230328新粵教版(2019)高中物理選擇性必修第二冊(cè)第二章2.2法拉第電磁感應(yīng)定律溫故知新1、什么叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象？

磁生電的現(xiàn)象2、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？（1）電路閉合（2）磁通量發(fā)生變化3、電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？（1）電路閉合（2）有電源既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個(gè)電路中就一定有電動(dòng)勢(shì)。甲NSG乙產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源溫故知新4、試從本質(zhì)上比較甲、乙兩電路的異同感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1、定義：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)（E）。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2、產(chǎn)生條件：只要穿過(guò)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)。3、方向判斷：在內(nèi)電路中，由電源的負(fù)極指向正極，跟內(nèi)電路的電流方向一致。磁通量變化是電磁感應(yīng)的根本原因；產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。①有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；②有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定存在感應(yīng)電流。影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素（1）首先，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小與磁通量Φ的變化量ΔΦ有關(guān)。（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是否也與完成磁通量變化的時(shí)間Δt有關(guān)？（3）此外，感應(yīng)電流在線圈中產(chǎn)生，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是否跟線圈的匝數(shù)n有關(guān)呢？猜想或假設(shè)影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素實(shí)驗(yàn)裝置Φ變化產(chǎn)生E產(chǎn)生I影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素實(shí)驗(yàn)探究【思考1】在實(shí)驗(yàn)中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么？線圈受安培力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)

影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素實(shí)驗(yàn)探究【思考2】電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小有什么關(guān)系？總電阻一定時(shí)，E越大，I越大，指針偏轉(zhuǎn)越大。

影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素控制變量法1、考察ΔΦ對(duì)E的影響1根條形磁鐵2根條形磁鐵2、考察Δt對(duì)E的影響快速慢速3、考察n對(duì)E的影響1匝10匝100匝影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1、當(dāng)時(shí)間Δt相同時(shí)，磁通量變化ΔΦ越大，感應(yīng)電流就越大，表明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。2、當(dāng)磁通量變化ΔΦ相同時(shí)，所用時(shí)間Δt越短，感應(yīng)電流就越大，表明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大?！窘Y(jié)論】感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量變化ΔΦ和所用時(shí)間Δt都有關(guān)。法拉第電磁感應(yīng)定律德國(guó)物理學(xué)家紐曼在對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行嚴(yán)格分析后，于1845年指出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的定量規(guī)律：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比。由于之前法拉第做了大量開(kāi)創(chuàng)性的研究工作，人們將這一規(guī)律稱為法拉第電磁感應(yīng)定律。設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E，則有：

電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比定律內(nèi)容取適當(dāng)單位則k=1線圈由1匝n若閉合電路是一個(gè)n匝線圈，則相當(dāng)于n個(gè)相同的電源串聯(lián)，且穿過(guò)每匝線圈的磁通量變化率都相同。實(shí)際工作中，為了獲得較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，常常采用幾百匝甚至幾千匝的線圈。法拉第電磁感應(yīng)定律1、內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比。(磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大)2、數(shù)學(xué)表達(dá)式：

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：法拉第電磁感應(yīng)定律注意：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。

物理意義與電磁感應(yīng)關(guān)系磁通量Ф穿過(guò)回路的磁感線的條數(shù)的多少無(wú)直接關(guān)系磁通量變化ΔФ穿過(guò)回路的磁通量變化了多少產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件磁通量變化率ΔΦ/Δt穿過(guò)回路的磁通量變化的快慢

決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小法拉第電磁感應(yīng)定律3、理解:Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的意義法拉第電磁感應(yīng)定律【思考】（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?磁通量的變化率和磁通量、磁通量的變化無(wú)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)。(可以類比速度、速度的變化和加速度)法拉第電磁感應(yīng)定律

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，垂直于磁場(chǎng)的回路面積S發(fā)生變化，ΔS＝S2-S1，此時(shí)：

（動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)）（2）垂直于磁場(chǎng)的回路面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化，ΔB＝B2-B1，此時(shí)：

（感生電動(dòng)勢(shì)）

法拉第電磁感應(yīng)定律【練1】(單)在物理電磁學(xué)的發(fā)展史上，許多科學(xué)家付出了努力。下列說(shuō)法符合史實(shí)的是A．英國(guó)物理學(xué)家法拉第通過(guò)對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格分析后，得出了法拉第電磁感應(yīng)定律B．庫(kù)侖通過(guò)研究得出了電荷間的相互作用規(guī)律，并測(cè)出了自然界的最小帶電單位C．安培首先發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)，并且總結(jié)出“安培定則”來(lái)判斷電流與磁場(chǎng)的方向關(guān)系D．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，而法拉第發(fā)明了第一臺(tái)發(fā)電機(jī)D法拉第電磁感應(yīng)定律【練2】(單)關(guān)于電磁感應(yīng)，下述說(shuō)法中正確的是A．穿過(guò)線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大B．穿過(guò)線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零C．穿過(guò)線圈的磁通量的變化越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D．穿過(guò)線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D法拉第電磁感應(yīng)定律【練3】(多)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ABD法拉第電磁感應(yīng)定律【練4】(單)如圖所示，a、b是同一導(dǎo)線制成的粗細(xì)均勻的閉合導(dǎo)線環(huán)，兩導(dǎo)線環(huán)的半徑之比為4:5，其中僅在a環(huán)所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)該磁場(chǎng)均勻變化時(shí)，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流之比為A．1:1 B．4:5 C．5:4 D．16:25C法拉第電磁感應(yīng)定律【練5】如圖，半徑為r的金屬環(huán)繞通過(guò)某直徑的軸00'以角速度ω作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，從金屬環(huán)面與磁場(chǎng)方向重合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則在金屬環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)90°角的過(guò)程中，環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大?E=2Bωr2法拉第電磁感應(yīng)定律【練6】在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一矩形線框，邊長(zhǎng)ab=L1，bc=L2，線框繞中心軸00'以角速度ω由圖示位置逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。求:(1)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1/4周的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1/2周的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

回路在時(shí)間t內(nèi)增大的面積為：產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：穿過(guò)回路的磁通量的變化為：（v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度）導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖所示閉合線框一部分導(dǎo)體bc長(zhǎng)L，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，bc以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向有夾角(導(dǎo)體斜切磁感線)【注意】1、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向和磁感線平行時(shí),E=0。2、導(dǎo)線的長(zhǎng)度L應(yīng)為有效長(zhǎng)度(如果不是直導(dǎo)線，則L為導(dǎo)體首尾相連的線段在垂直于速度方向上的投影)。3、速度v為平均值(瞬時(shí)值),E就為平均值(瞬時(shí)值)。（θ為v與B夾角）

有效長(zhǎng)度2、導(dǎo)線的長(zhǎng)度L應(yīng)為有效長(zhǎng)度(如果不是直導(dǎo)線，則L為導(dǎo)體首尾相連的線段在垂直于速度方向上的投影)。導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)【練7】如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為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)。

【練8】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，線框繞中心軸00'以角速度ω由圖示位置逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。求:(1)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1/4周后的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1/2周后的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

【思考】轉(zhuǎn)動(dòng)1周的過(guò)程中ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)哪個(gè)時(shí)刻最大?哪個(gè)時(shí)刻最小?導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兩條公式的區(qū)別與聯(lián)系

1、區(qū)別：(1)①求出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),E和某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng)；②求出的是瞬時(shí)