44 法拉第電磁感應(yīng)定律ppt課件

1、4 4、4 4 法拉第法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 引入： 在本章第一節(jié)中，我們知道在電能生磁的根底上，法拉第發(fā)現(xiàn)了磁也能生電，從而深化地提示了電景象和磁景象之間是有聯(lián)絡(luò)的。在此根底上，我們當然要問：要產(chǎn)生感應(yīng)電流，需求滿足什么條件？第二節(jié)我們就探求了這個問題。在處理了什么條件下會產(chǎn)生感應(yīng)電流的問題后，我們自然又會問：產(chǎn)生出來的感應(yīng)電流方向如何？第三節(jié)楞次定律和右手的那么又協(xié)助我們回答了這個問題。如今我們又有一個新的問題：怎樣計算出來的感應(yīng)電流的大小？要弄清這個問題，我們來學(xué)習(xí)第四節(jié)：法拉第電磁感應(yīng)定律。助學(xué)目的：ttnE21=2EBL wtnE 1、經(jīng)過自主預(yù)習(xí)，知道什么是感應(yīng)電動勢； 2

2、、經(jīng)過自主預(yù)習(xí)，小組討論，知道磁通量的變化率表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別，和 的含義； 3、經(jīng)過自主預(yù)習(xí)，小組討論，教師點撥，了解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達式；會推導(dǎo)公式 以及E=BSW,會用 和 處理實踐問題。、sinBlvE sinBlvE 實驗景象回想實驗景象回想NS電路中產(chǎn)生繼續(xù)電流的條件是什么？電路中產(chǎn)生繼續(xù)電流的條件是什么？1 1電路閉合電路閉合2 2 有電源有電源 電源在哪里？電源在哪里？一、磁通量一、磁通量 磁通量變化磁通量變化 磁通量變化率磁通量變化率與電磁感應(yīng)的關(guān)系與電磁感應(yīng)的關(guān)系 物理意義物理意義與電磁感應(yīng)的關(guān)與電磁感應(yīng)的關(guān)系系 磁通量磁通量 B B和和S

3、 S的乘積或穿的乘積或穿過回路的磁感線過回路的磁感線的條數(shù)。的條數(shù)。=BS=BS無關(guān)無關(guān) 磁通量變化磁通量變化 末形狀和初形狀末形狀和初形狀的磁通量之差。的磁通量之差。=感應(yīng)電動勢產(chǎn)生感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件的條件 磁通量變化率磁通量變化率穿過回路的磁通穿過回路的磁通量的變化快慢量的變化快慢決議感應(yīng)電動勢決議感應(yīng)電動勢的大小的大小tt12t1212tt 問題：問題： 影響感應(yīng)電動勢大小的要素有哪些？影響感應(yīng)電動勢大小的要素有哪些？1將條形磁體插入線圈，將條形磁體插入線圈，電流表指針偏轉(zhuǎn)。其緣由是什電流表指針偏轉(zhuǎn)。其緣由是什么？電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感么？電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系

4、？應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系？2將條形磁體從同一高度插入線圈中，快將條形磁體從同一高度插入線圈中，快插入和慢插入有什么一樣和不同？插入和慢插入有什么一樣和不同？從條件上看從條件上看從結(jié)果上看從結(jié)果上看相同相同 不同不同磁通量變化量磁通量變化量 一樣一樣都產(chǎn)生感應(yīng)電流都產(chǎn)生感應(yīng)電流 I磁鐵插入的所用時間不同磁鐵插入的所用時間不同感應(yīng)電流感應(yīng)電流 I 大小不同大小不同問題：問題： 影響感應(yīng)電動勢大小的要素有哪些？影響感應(yīng)電動勢大小的要素有哪些？從條件上看從條件上看從結(jié)果上看從結(jié)果上看相同相同 不同不同磁通量變化量磁通量變化量 一樣一樣都產(chǎn)生感應(yīng)電流都產(chǎn)生感應(yīng)電流 I磁鐵插入的快慢不同磁鐵插入的快慢不

5、同感應(yīng)電流感應(yīng)電流 I 大小不同大小不同實驗結(jié)果：實驗結(jié)果： 影響感應(yīng)電動勢大小影響感應(yīng)電動勢大小的要素是的要素是 。磁。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。磁通量變化的快慢磁通量變化的快慢感應(yīng)電動勢大小感應(yīng)電動勢大小不同不同磁通量變化快慢磁通量變化快慢不同不同猜測：猜測： 感應(yīng)電動勢大小與磁通量感應(yīng)電動勢大小與磁通量變化快慢有關(guān)。變化快慢有關(guān)。1 1、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢 E E 二、法拉第電磁感應(yīng)定律二、法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動勢的大小感應(yīng)電動勢的大小1 1定義定義: :在電磁感應(yīng)景象中產(chǎn)生的電動勢。在電磁感應(yīng)景象中產(chǎn)生的電動勢。2 2磁通量變化越快，感應(yīng)電

6、動勢越大。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。 磁通量變化磁通量變化磁通量變化快慢磁通量變化快慢磁通量磁通量 t 12 1212tt 1 1、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢 E E 二、法拉第電磁感應(yīng)定律二、法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動勢的大小感應(yīng)電動勢的大小1 1定義定義: :在電磁感應(yīng)景象中產(chǎn)生的電動勢。在電磁感應(yīng)景象中產(chǎn)生的電動勢。2 2磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。 電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路中感應(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。電路的磁通量的變化率成正比。 2 2、法拉第電磁感應(yīng)定律、法拉第電磁感應(yīng)定律 1 1內(nèi)容內(nèi)容: :tE

7、tKE (K(K是一個常數(shù)是一個常數(shù)) )tnE(n(n為線圈的匝數(shù)為線圈的匝數(shù)) )1 1、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢 E E 二、法拉第電磁感應(yīng)定律二、法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動勢的大小感應(yīng)電動勢的大小 電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路中感應(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。電路的磁通量的變化率成正比。 2 2、法拉第電磁感應(yīng)定律、法拉第電磁感應(yīng)定律 1 1內(nèi)容內(nèi)容: :tnE(n(n為線圈的匝數(shù)為線圈的匝數(shù)) )2 2數(shù)學(xué)表數(shù)學(xué)表達式達式: :t1212tt 平均磁通平均磁通量變化率量變化率 E平均感應(yīng)電動勢平均感應(yīng)電動勢 特別留意：1感應(yīng)電動勢的大小決議于穿過電路

8、的磁通量的變化率 ，而與 的大小、 的大小沒有必然聯(lián)絡(luò)。t2 是 t圖像的切線斜率。t3 求出的是平均感應(yīng)電動勢。tnE復(fù)習(xí)提問：1、和t之間有什么區(qū)別和聯(lián)絡(luò)？tt答： 大，和不一定大；、大， 不一定大。它們之間的關(guān)系與速度、速度變化量和速度變化率加速度的關(guān)系類似。2、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容及表達式是什么？ 電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路電路中感應(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。的磁通量的變化率成正比。tnE。 例：如下圖，一個50匝的線圈的兩端跟R99的電阻相銜接，置于豎直向下的勻強磁場中，線圈的橫截面積是202，電阻為1，磁感應(yīng)強度以100Ts的變化率均勻減少

9、。在這一過程中經(jīng)過電阻R的電流為多大？線圈某一橫截面內(nèi)經(jīng)過的電荷量是多少？BEnnStt450 100 20 1010V100.199 1EIARr解析：解析：穩(wěn)定練習(xí)：穩(wěn)定練習(xí)：1 1穿過一個單匝線圈的磁通量一直為每秒鐘穿過一個單匝線圈的磁通量一直為每秒鐘均勻地添加均勻地添加2 Wb2 Wb，那么：，那么： A A線圈中的感應(yīng)電動勢每秒鐘添加線圈中的感應(yīng)電動勢每秒鐘添加2 V2 V B B線圈中的感應(yīng)電動勢每秒鐘減少線圈中的感應(yīng)電動勢每秒鐘減少2 V2 V C C線圈中的感應(yīng)電動勢一直是線圈中的感應(yīng)電動勢一直是2 V2 V D D線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢三、重要的推論三、

10、重要的推論 如下圖閉合線圈一部分導(dǎo)體如下圖閉合線圈一部分導(dǎo)體abab處于勻強磁場處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度是中，磁感應(yīng)強度是B B，abab以速度以速度v v勻速切割磁感線，勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 回路在時間回路在時間t t內(nèi)增大的面積內(nèi)增大的面積為：為： S=LvtS=Lvt解：解：產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：穿過回路的磁通量的變化穿過回路的磁通量的變化為：為：=BS=BStE =BLvt=BLvtttBLv BLv G Gv vB BV V2 2V V1 1=Vsin =Vsin 假設(shè)導(dǎo)體斜切磁感假設(shè)導(dǎo)體斜切磁感線線 當速度當速度v與磁感應(yīng)強度

11、與磁感應(yīng)強度B不垂直時，可不垂直時，可將將B分解為平行于速度分量分解為平行于速度分量B|對感應(yīng)電對感應(yīng)電動勢無奉獻，垂直于速度分量動勢無奉獻，垂直于速度分量B，那，那么感應(yīng)電動勢：么感應(yīng)電動勢： IB|BBvsinBlvlvBE為B、v之間的夾角特別留意：特別留意：1、為B、v之間的夾角；2、公式E=BLv中的L指的是切割磁感線的有效長度，即導(dǎo)線在垂直磁場方向投影的長度的。Bv在上圖中在上圖中E=BLv，L是圓弧切割磁感線的有效長度。是圓弧切割磁感線的有效長度。公式公式 tnEsin BLvE與公式與公式 的比較的比較 (1) (1) 求出的是平均感應(yīng)電動勢求出的是平均感應(yīng)電動勢, E, E和

12、某段時間或某和某段時間或某個過程對應(yīng)；個過程對應(yīng)； 求出的是瞬時感應(yīng)電動勢，求出的是瞬時感應(yīng)電動勢，E E和某個和某個時辰或某個位置對應(yīng)時辰或某個位置對應(yīng). .(2)(2)求出的是整個回路的感應(yīng)電動勢；求出的是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?；芈分懈袘?yīng)電動勢為零時，回某部分導(dǎo)體的電動勢?；芈分懈袘?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。路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零。vabcdL區(qū)別：區(qū)別：(1)(1)公式中的時間趨近于公式中的時間趨近于0 0時，那么時，那么E E為瞬為瞬時感應(yīng)電動勢時感應(yīng)電動勢(2)(2)公式中公式中v v假設(shè)代表平均速度，那么假設(shè)

13、代表平均速度，那么E E為平均感應(yīng)電動勢。為平均感應(yīng)電動勢。聯(lián)絡(luò)：聯(lián)絡(luò)：公式和公式是一致的公式和公式是一致的.如圖，設(shè)勻強磁場的磁感應(yīng)強度為如圖，設(shè)勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，導(dǎo)，導(dǎo)體棒體棒ab的長度為的長度為L,以速度以速度v在導(dǎo)軌上向右勻在導(dǎo)軌上向右勻速運動。求此時速運動。求此時a、b兩點間的電勢差。知兩點間的電勢差。知導(dǎo)軌的總電阻為導(dǎo)軌的總電阻為R,導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒ab的電阻為的電阻為r。abvR在上題中，導(dǎo)體棒在上題中，導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量為的質(zhì)量為m。假設(shè)開。假設(shè)開場導(dǎo)體棒場導(dǎo)體棒ab在導(dǎo)軌上靜止，用一程度向右在導(dǎo)軌上靜止，用一程度向右的恒力的恒力F拉導(dǎo)體棒，使它向右運動，試分拉導(dǎo)體棒，使它向

14、右運動，試分析導(dǎo)體棒的受力情況、運動情況。求出導(dǎo)析導(dǎo)體棒的受力情況、運動情況。求出導(dǎo)體棒運動的最大速度。體棒運動的最大速度。abFVabF運動分析：運動分析：FF安安程度方向程度方向受力分析：受力分析：F合=F F安vEIF合a a=0?NYVm22)LBrRFvm（當當F=F安時，安時，a=0, 此時導(dǎo)體棒最大速度為此時導(dǎo)體棒最大速度為:BGF安安N當當mgsin =F安時，安時，a=0,此時導(dǎo)體棒最大速度為此時導(dǎo)體棒最大速度為:22sinLBmgRvm 如下圖，長為 的金屬桿OA繞過O點垂直于紙面的固定軸沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度為。一勻強磁場垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強度為B，磁場范圍足夠

15、大。求OA桿產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小。解析：解析： 由于由于OA桿是勻速轉(zhuǎn)動，故桿是勻速轉(zhuǎn)動，故OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的，其平均值與瞬時值一樣，求感其平均值與瞬時值一樣，求感應(yīng)電動勢的兩個公式均可以用。應(yīng)電動勢的兩個公式均可以用。 OlABCRO 例例4：如下圖，在磁感應(yīng)強度為：如下圖，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場的勻強磁場中，有半徑為中，有半徑為r的光滑半圓形導(dǎo)體框架。的光滑半圓形導(dǎo)體框架。OC為一端繞為一端繞O點在框架上滑動的導(dǎo)體棒，點在框架上滑動的導(dǎo)體棒，OA之之間連一個阻值為間連一個阻值為R的電阻其他電阻都不計，的電阻其他電阻都不計，假設(shè)使假設(shè)使OC以角速度以角

16、速度勻速轉(zhuǎn)動。試求：勻速轉(zhuǎn)動。試求：1圖中哪部分相當于電源？圖中哪部分相當于電源？2感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢E為多少？為多少？3流過電阻流過電阻R的電流的電流I為多少？為多少？如下圖，邊長為如下圖，邊長為a的正方形金屬線圈繞經(jīng)過的正方形金屬線圈繞經(jīng)過OO軸，以角速度軸，以角速度做勻速轉(zhuǎn)動，勻強磁場做勻速轉(zhuǎn)動，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為的磁感應(yīng)強度為B，求以下情況的平均感應(yīng)，求以下情況的平均感應(yīng)電動勢電動勢1線框從圖示位置轉(zhuǎn)過線框從圖示位置轉(zhuǎn)過9002線框從圖示位置轉(zhuǎn)過線框從圖示位置轉(zhuǎn)過18003線框從圖示位置轉(zhuǎn)過線框從圖示位置轉(zhuǎn)過300oO四四. .反電動勢反電動勢1.1.既然線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，線圈中

17、就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。既然線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢加強了電源了產(chǎn)生的電流感應(yīng)電動勢加強了電源了產(chǎn)生的電流, ,還是減弱了它？還是減弱了它？是有得于線圈的轉(zhuǎn)動是有得于線圈的轉(zhuǎn)動, ,還是妨礙了線圈的轉(zhuǎn)動？還是妨礙了線圈的轉(zhuǎn)動？電動機轉(zhuǎn)動是時電動機轉(zhuǎn)動是時, ,線圈線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢總要減弱電源電動勢總要減弱電源電動勢的作用的作用, ,妨礙線圈的轉(zhuǎn)妨礙線圈的轉(zhuǎn)動動. .反電動勢反電動勢2.2.電動機由于機械缺電動機由于機械缺點停轉(zhuǎn)點停轉(zhuǎn), ,要立刻切斷要立刻切斷電源。電源。2 2一個矩形線圈，在勻強磁場中繞一個固定軸做一個矩形線圈，在勻強磁場中繞一

18、個固定軸做勻速轉(zhuǎn)動，當線圈處于如下圖位置時，它的：勻速轉(zhuǎn)動，當線圈處于如下圖位置時，它的： A.A.磁通量最大磁通量最大, ,磁通量變化率最大磁通量變化率最大, ,感應(yīng)電動勢最大感應(yīng)電動勢最大B.B.磁通量最小磁通量最小, ,磁通量變化率最大磁通量變化率最大, ,感應(yīng)電動勢最大感應(yīng)電動勢最大C.C.磁通量最大磁通量最大, ,磁通量變化率最小磁通量變化率最小, ,感應(yīng)電動勢最大感應(yīng)電動勢最大D.D.磁通量最小磁通量最小, ,磁通量變化率最小磁通量變化率最小, ,感應(yīng)電動勢最大感應(yīng)電動勢最大 如下圖，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為r的圓導(dǎo)線處在垂直于圓平面的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，方向如圖。一根長度

19、大于2r的直導(dǎo)線MN，以速率V在圓上自左端勻速滑到右端，電路中定值電阻為R，其他電阻忽略不計。在滑動過程中，經(jīng)過電阻R的電流的平均值為_;當MN從圓環(huán)左端滑到右端的過程中，經(jīng)過R的電荷量為_,當MN經(jīng)過圓環(huán)中心O時，經(jīng)過R的電流為_.(Brv/2R, Br2/R,2Brv/R)(Brv/2R, Br2/R,2Brv/R)運用舉例運用舉例例例1 1、如下圖為穿過某線路的磁通量、如下圖為穿過某線路的磁通量隨隨時間時間t t變化的關(guān)系圖，試根據(jù)圖闡明：變化的關(guān)系圖，試根據(jù)圖闡明：1 1穿過某線路的磁通量穿過某線路的磁通量何時最大？何時最大？ 何時最??？何時最小？2 2/t/t何時最大？何時最小？何時

20、最大？何時最??？3 3感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢E E何時最大？何時最?。亢螘r最大？何時最小？tOt1t2t3t4留意區(qū)分幾個物理量：留意區(qū)分幾個物理量：、/t/tE E只與只與/t/t有關(guān)，有關(guān)， 而與而與、無關(guān)。無關(guān)。思索與討論：如下圖，長度都是L、質(zhì)量都為m的兩金屬桿ab、cd放在程度放置的足夠長的金屬導(dǎo)軌MN、EF上，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場強度豎直向上，假設(shè)ab以速度v向右運動，試回答以下問題：不計一切摩擦且導(dǎo)軌足夠長1cd桿將向哪兒動？2兩金屬桿各做什么性質(zhì)的運動？3從開場運動直到最后，在金屬框架上耗費掉的能量有多少abdcNFEMB 如圖，質(zhì)量為如圖，質(zhì)量為m,電阻為電阻為R,邊邊長為

21、長為l的正方形線圈從一勻的正方形線圈從一勻強場區(qū)域上方高強場區(qū)域上方高h處自在下處自在下落。設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度落。設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度為為B，方向如圖，試分析：，方向如圖，試分析：在線圈下邊剛進入磁場到在線圈下邊剛進入磁場到上邊尚未進入磁場的過程上邊尚未進入磁場的過程中，線圈有能夠做什么運中，線圈有能夠做什么運動，并討論其條件。動，并討論其條件。hlB下落下落h高度，線框速度為：高度，線框速度為：ghv2假設(shè)此時線框恰勻速進入假設(shè)此時線框恰勻速進入磁場，應(yīng)滿足：磁場，應(yīng)滿足：F安安=mg4422022LBgRmgvh而而F安安RvLBBLv22線框下落的高度應(yīng)為：線框下落的高度應(yīng)為：h0lBvF

22、安mgmgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg線框作減速運動，線框作減速運動，且加速度不斷減小且加速度不斷減小mgRv2L2BBLIF 安安02ghv 0hh 若h0lBvF安mg線框作加速運動，線框作加速運動，且加速度不斷減小且加速度不斷減小討論加速運動）若（勻速運動）若（減速運動）若（,442220442220442220223222221LBgRmgvhhLBgRmgvhhLBgRmgvhhvt(1)(2)(3)0引起磁通量變化的緣由引起磁通量變化的緣由 1穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運動穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運動 , 或者回路面積或者回路面積變化、取向變化等變化、取向變化等

23、 動生電動勢動生電動勢 2導(dǎo)體不動，磁場變化導(dǎo)體不動，磁場變化 感生電動勢感生電動勢 電動勢電動勢+-kEIkE: 非靜電的電場強度非靜電的電場強度+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + vBOP一一 動生電動勢動生電動勢動生電動勢的非靜電力場來源動生電動勢的非靜電力場來源 洛倫茲力洛倫茲力-mF- -+eF感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢磁通量磁通量mm變變動生電動勢動生電動勢磁場不變，回路面積磁場不變，回路面積 S S 變變感生電動勢感生電動勢回路不動，磁感應(yīng)強度變回路不動，磁感應(yīng)強度變Lf 在磁場中，導(dǎo)在磁場中，導(dǎo)體棒體棒ABAB以以 v v 沿金沿金屬導(dǎo)軌向右運動，屬導(dǎo)軌向右運動，導(dǎo)體切割磁力