高中物理 第一章 第4节法拉第地磁感应定律课件 新人教版选修3-2.ppt

,第4节 法拉第电磁感应定律,据前面所学，电路中存在持续电流的条件是什么？,什么叫电磁感应现象？产生感应电流的条件是什么？,1,2,复习,（1）闭合电路；,（2）有电源,产生感应电流的条件是： （1）闭合电路；（2）磁通量变化。,利用磁场产生电流的现象,法拉第（17911876）是英国著名的物理学家、化学家。他发现了电磁感应现象，提出电场和磁场的概念。场的概念对近代物理的发展的重大意义。 他家境贫寒，出身于铁匠家庭，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。,既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。,比较甲、乙两电路的异同,3,产生电动势的那部分导体相当于电源,学习目标,运用,理解,知道,法拉第电磁感应定律计算感应电动势,法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式,磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率 决定感应电动势大小的因素,自主学习,1、有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。,2、一个100匝的线圈，在0. 5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。,25V，16V,问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？ 问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？,变化,产生E,产生I,总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大。,变化的快慢不同,都发生了变化,一、观察实验，分析并思考回答下面的问题：,问题3：该实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？,都产生了I,产生的I大小不等,二、感应电动势,1、感应电动势,（E）,1)定义:,在电磁感应现象中产生的电动势。,2)磁通量变化越快，感应电动势越大。,电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。,2、法拉第电磁感应定律,1)内容:,平均磁通变化率,平均感应电动势,三、理解:、/t的意义,1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化,SS2-S1,此时：,2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变化,BB2-B1,此时：,四、应用:用公式 求E的二种常见情况：,（感生电动势）,（动生电动势）,当堂训练1,1、一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。,1.6V,2、如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R99的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是202，电阻为1，磁感应强度以100Ts的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？,2、如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R99的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是202，电阻为1，磁感应强度以100Ts的变化率均匀减少。在这一过程中通过电阻R的电流为多大？,解析：,3、如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00'以角速度作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 金属环转过900角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大?,4、（双选）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( ),A、线圈中0时刻感应电动势最小 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内 平均感应电动势为0.4V,BD,斜率表示的变化率,（课时2）导体作切割磁感线运动,如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势,回路在时间t内增大的面积为：,S=Lvt,产生的感应电动势为：,穿过回路的磁通量的变化为：,=BS,=BLvt,（V是相对于磁场的速度）,若导体斜切磁感线,（为v与B夹角）,（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）,说明：,1、导线的长度L应为有效长度,2、导线运动方向和磁感线平行时，E=0,3、速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）,感应电动势,公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。在上图中E=BLv，L是圆弧切割磁感线的有效长度。,例1：如图，匀强磁场的磁感应电动势为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成角，求金属棒ab产生的感应电动势。,E=BLVsin,练习：半径为R的半圆形导线在匀强磁场B中，以速度V向右匀速运动时，E=？,E = 2 B R V,思考题,求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？,问题：公式 与公式 的区别和联系？,1、一般来说， 求出的是平均感应电动势，和某段时间或者某个过程对应。 求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。,区别：,2、求出的是整个回路的感应电动势，回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。,1、公式中的时间趋近于0时，E就为瞬时感应电动势,2、公式中v若代表平均速度，则求出的E就为平均感应电动势。,联系：,1 、如下图所示,是一个水平放置的导体框架,宽度L=0.50m,接有电阻R=0.20,磁感应强度B=0.40T,方向如图所示.今有一导体棒ab横放在框架上,并能无摩擦的沿框滑动,其他部分电阻均不计,当ab以v=4t m/s的速度向右匀加速滑动时,试求: 1)导体棒ab在5s内产生 的感应电动势的大小 2)导体棒ab在5s末产生 的感应电动势的大小,2、如图，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和 P之间接有阻值为R 3.0的定值电阻，导体棒ab长0.5m，其电阻为r 1.0 ，与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，B0.4T。现使ab以v10ms的速度向右做匀速运动。 （1）a b中的电流大? a b两点间的电压多大？ （2）维持a b做匀速运动的外力多大？ （3）a b向右运动1m的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？,（1） 0.5A 1.5V,（2）0.1N,（3）0.1J 0.1J,一台电动机，线圈电阻是0.4 ，当电动机两端加220V电压时，通过电动机的电流是50A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?,解:电动机消耗的电功率P、电动机的发热功率P热、转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量守恒定律: PP热+P机 由焦耳定律，电动机的热功率为 P热 I2R, 消耗的电功率为PUI 电动机所做机械功的功率P机PP热UII2R 根据功率与做功的关系，电动机每分钟所做的机械功为 WP机t=(IU一I2R)t=(50X220-502X0.4)X60J=6X105J,四、反电动势,V,此电动势阻碍电路中原来的电流. 故称之为反电动势,课时3,N,S,电动机,安培力方向 转动速度方向,电动机线圈的转动产生感应电动势是反电动势。这个电动势削弱了电源电流, 阻碍线圈的转动. 线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为机械能。 正因为反电动势 的存在,所以对电动机,欧姆定律不成立.,1、关于电磁感应，下列说法正确的是（） A、穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大； B、某时刻穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零； C、穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大； D、穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大。,C,2、关于感应电动势的大小，下列说法正确的是 A、穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大； B、穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零； C、穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零； D、穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零；,D,3、下列几种说法中正确的是（） A、闭合线圈中磁通量的变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 B、闭合线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 C、闭合线圈放在磁场越强的地方，线圈产生的感应电动势一定越大 D、闭合线圈中磁通量的变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大,D,4、关于感应电动势的大小，下列说法正确的是 A、跟穿过闭合电路的磁通量有关 B、跟穿过闭合电路的磁通量的变化大小有关 C、跟穿过闭合电路的磁通量的变化快慢有关 D、跟电路中电阻大小有关,C,5、把一条形磁铁插入同一个闭合线圈中，第一次快插，第二次慢插，两次的初末位置相同，则两次中（） A、磁通量的变化率相同 B、磁通量的变化量相同 C、产生的感应电流相同 D、产生的感应电动势相同,B,6、如图面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6，线圈电阻R2=4，求： （1）磁通量变化率，回路的感应电动势； （2）a、b两点间电压Uab,（1）0.04Wb/s，4V （2）2.4V,7、两块水平放置的板间距为d，用导线与一n匝线圈连接，线圈置于方向竖直向上的匀强磁场中，如图所示，两板间有一质量为m、带电量为q的油滴恰好静止，则线圈中的磁通量的变化率是多少？,（mgd/nq）,7、如图所示，裸金属线组成滑框，ab可滑动，其电阻为r，长为L，串接电阻R，匀强磁场为B，当ab以V向右匀速运动过程中，求： （1）ab间感应电动势。 （2）ab间的电压。 （3）保证ab匀速运动，所加外力F。 （4）在2秒的时间内，外力功；ab生热Q；电阻 R上生热。,