高中物理_4-4《法拉第電磁感應定律》課件_新人教版選修3-2_

1、第四章電磁感應第四節(jié)法拉第電磁感應定律教教 學目標學目標 （一）知識與技能（一）知識與技能 1知道什么叫感應電動勢。 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、。 3理解法拉第電磁感應定律內容、數(shù)學表達式。 4知道E=BLvsin如何推得。 5會用法拉第電磁感應定律解決問題。 （二）過程與方法（二）過程與方法 通過推導到線切割磁感線時的感應電動勢公式E=BLv，掌握運用理論知識探究問題的方法。 （三）情感、態(tài)度與價值觀（三）情感、態(tài)度與價值觀 1從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題，培養(yǎng)學生對不同事物進行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想。 2了解法拉第探索科學的方法，學

2、習他的執(zhí)著的科學探究精神。 教學重點教學重點 法拉第電磁感應定律。 教學難點教學難點 平均電動勢與瞬時電動勢區(qū)別。 教學用具教學用具 演示法、歸納法、類比法 多媒體電腦、投影儀、投影片。（1 1）閉合電路）閉合電路利用磁場產生電流的現(xiàn)象利用磁場產生電流的現(xiàn)象問題問題1 1：什么叫電磁感應現(xiàn)象？：什么叫電磁感應現(xiàn)象？問題問題2 2：產生感應電流的條件是什么？：產生感應電流的條件是什么？（2 2）磁通量變化）磁通量變化思考思考: :問題問題3：試從本質上比較甲、乙兩電路的：試從本質上比較甲、乙兩電路的異同異同 既然閉合電路中既然閉合電路中有感應電流有感應電流，這，這個電路中就個電路中就一定有電動勢

3、一定有電動勢。甲甲NSG乙乙產生電動勢的那部分導體相當于電源產生電動勢的那部分導體相當于電源1、定義：、定義：在電磁感應現(xiàn)象中產在電磁感應現(xiàn)象中產生的電動勢叫生的電動勢叫感應電動勢（感應電動勢（E）. . 閉合電路閉合電路中中有感應電流有感應電流，這個電路，這個電路中中就就一定有感應電動勢一定有感應電動勢. .一、感應電動勢一、感應電動勢產生感應電動勢的那部分導體產生感應電動勢的那部分導體相當于相當于電源電源. .2、產生條件：、產生條件：只要只要穿過電路的穿過電路的磁通量發(fā)生變化磁通量發(fā)生變化，電路中，電路中就就產生產生感應電動勢。感應電動勢。3、感應電動勢與感應電流：、感應電動勢與感應電流

4、： 只要磁通量變化只要磁通量變化,電路中就產生感應電動勢電路中就產生感應電動勢; 若電路若電路又又閉合閉合,電路中就有感應電流電路中就有感應電流.磁通量變化是電磁感應的根本原因磁通量變化是電磁感應的根本原因; ; 產生感應電動勢是電磁感應現(xiàn)象的本質產生感應電動勢是電磁感應現(xiàn)象的本質. .觀察實驗觀察實驗,分析思考分析思考:問題問題1:在實驗中在實驗中,電流表電流表指針偏轉原因是什么指針偏轉原因是什么?問題問題2:電流表指針偏轉電流表指針偏轉程度跟感應電動勢的大程度跟感應電動勢的大小有什么關系小有什么關系?問題問題3:在實驗中，將條形磁鐵從同一高在實驗中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中同一位置，

5、快插入和慢插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入有什么相同和不同? 變化變化產生產生E產生產生I 問題問題1 1：在實驗中，電流表指針：在實驗中，電流表指針偏轉原因是什么？偏轉原因是什么？知：由rREI總電阻一定總電阻一定時時,E越大越大,I越越大大,指針偏轉指針偏轉越大越大.問題問題2 2：電流表指針偏轉程度跟：電流表指針偏轉程度跟感應電動勢的大小有什么關系？感應電動勢的大小有什么關系？變化的快慢不同變化的快慢不同 都發(fā)生了變化都發(fā)生了變化都產生了都產生了E(I)產生的產生的E(I)大小不等大小不等磁通量變化磁通量變化越快越快，感應電動勢越大。，感應電動勢越大。 磁通量的變

6、化快慢磁通量的變化快慢t越大越大?從條件上看從條件上看從結果上看從結果上看相同相同不同不同問題問題3:在實驗中，將條形磁鐵從同一高在實驗中，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入有什么相同和不同? 磁通量的變化率磁通量的變化率二、法拉第電磁感應定律二、法拉第電磁感應定律電路中感應電動勢的大小，跟穿電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的過這一電路的磁通量磁通量的的變化率變化率成成正正比。比。 1 1.內容內容: :tEtnE注意：注意：公式中公式中取絕對值取絕對值，不涉及，不涉及正負，感應電流的方向另行判斷。正負，感應電流的方

7、向另行判斷。2 2.公式公式: :n為線圈的匝數(shù)為線圈的匝數(shù)問題問題1：磁通量大：磁通量大,磁通量變化一定大嗎磁通量變化一定大嗎?問題問題2：磁通量變化大：磁通量變化大,磁通量的變化率磁通量的變化率一定大嗎一定大嗎?(可以類比速度、速度的變化和加速度可以類比速度、速度的變化和加速度.) 磁通量的變化率和磁通量、磁通量的磁通量的變化率和磁通量、磁通量的變化變化無直接關系無直接關系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量，磁通量的變化率不一定大的變化率不一定大(小小,零零);磁通量的變化大磁通量的變化大(小小)，磁通量的變化率不一定大，磁通量的變化率不一定大(小小).思考與討論思考與討論 物理意義

8、物理意義與電磁感應關系與電磁感應關系磁通量磁通量穿過回路的磁感穿過回路的磁感線的條數(shù)線的條數(shù)多少多少無直接關系無直接關系磁通量變化磁通量變化穿過回路的磁通穿過回路的磁通量量變化變化了多少了多少產生產生感應電動感應電動勢的勢的條件條件磁通量變化率磁通量變化率/t/t穿過回路的穿過回路的磁通磁通量量變化的快慢變化的快慢 決定決定感應電動感應電動勢的勢的大小大小3、理解、理解:、/t的意義的意義 1.磁感應強度磁感應強度B不變不變,垂直于磁場的回路垂直于磁場的回路面積面積S發(fā)生變化發(fā)生變化,SS2-S1,此時：此時： 2.垂直于磁場的回路面積垂直于磁場的回路面積S不變不變,磁感應磁感應強度強度B發(fā)生

9、變化發(fā)生變化,BB2-B1,此時：此時：4、應用、應用:用公式用公式 求求E的二種的二種常見情況：常見情況：tnEtSBnEtBSnE（感生電動勢）（感生電動勢）（動生電動勢）（動生電動勢）有一個有一個50匝的線圈，如果穿過它的磁匝的線圈，如果穿過它的磁通量的變化率為通量的變化率為0.5Wb/s，求感應電，求感應電動勢。動勢。 25V例與練例與練1一個一個100匝的線圈，在匝的線圈，在0.5s內穿過它內穿過它的磁通量從的磁通量從0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求線圈中的感應電動勢。求線圈中的感應電動勢。16V例與練例與練2一個匝數(shù)為一個匝數(shù)為100、面積為、面積為10cm2的線的線圈垂直

10、磁場放置圈垂直磁場放置, 在在0.5s內穿過它的內穿過它的磁場從磁場從1T增加到增加到9T。求線圈中的感。求線圈中的感應電動勢。應電動勢。1.6V例與練例與練3如圖，半徑為如圖，半徑為r的金屬環(huán)繞通過某直的金屬環(huán)繞通過某直徑的軸徑的軸00以角速度以角速度作勻速轉動作勻速轉動,勻強勻強磁場的磁感應強度為磁場的磁感應強度為B，從金屬環(huán)面，從金屬環(huán)面與磁場方向與磁場方向重合重合時開始計時時開始計時,則在則在 金金屬環(huán)轉過屬環(huán)轉過900角的過程中，環(huán)中產生角的過程中，環(huán)中產生的電動勢的的電動勢的 平均值是多大平均值是多大?00B22rBE例與練例與練4在磁感應強度為在磁感應強度為B的勻強磁場中的勻強磁

11、場中,有一有一矩形線框矩形線框,邊長邊長ab=L1,bc=L2線框繞中心線框繞中心軸軸00以角速度以角速度由圖示位置逆時針方由圖示位置逆時針方向轉動。求向轉動。求:(1)線圈轉過線圈轉過1/4周周的過程的過程 中的平均感應電動勢中的平均感應電動勢212LBLE 例與練例與練5B00adcb在磁感應強度為在磁感應強度為B的勻強磁場中的勻強磁場中,有一有一矩形線框矩形線框,邊長邊長ab=L1,bc=L2線框繞中心線框繞中心軸軸00以角速度以角速度由圖示位置逆時針方由圖示位置逆時針方向轉動。求向轉動。求:(2)線圈轉過線圈轉過1/2周周的過程的過程 中的平均感應電動勢中的平均感應電動勢212LBLE

12、 例與練例與練5B00adcb/10- -2Wbt/sA B D0120.1單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，轉軸垂單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，轉軸垂直于磁場。若線圈所圍面積里磁通量隨時間變直于磁場。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：化的規(guī)律如圖所示，則：( )A、線圈中、線圈中0時刻感應電動勢最大時刻感應電動勢最大 B、線圈中、線圈中D時刻感應電動勢為零時刻感應電動勢為零 C、線圈中、線圈中D時刻感應電動勢最大時刻感應電動勢最大 D、線圈中、線圈中0到到D時間內時間內 平均感應電動勢為平均感應電動勢為0.4VABD例與練例與練6斜率表示斜率表示的變化率的變化率ab G

13、abv回路在時間回路在時間t內增大的面積內增大的面積為：為： S=Lvt產生的感應電動勢為：產生的感應電動勢為：穿過回路的磁通量的變化穿過回路的磁通量的變化為：為：=BStE =BLvtttBLv BLv （V是相對于磁場的速度）是相對于磁場的速度）三、導體切割磁感線時的三、導體切割磁感線時的感應電動勢感應電動勢如圖所示閉合線框一部分導體如圖所示閉合線框一部分導體ab長長l,處于處于勻強磁場中，磁感應強度是勻強磁場中，磁感應強度是B，ab以速度以速度v勻勻速切割磁感線，求產生的感應電動勢速切割磁感線，求產生的感應電動勢vB BV1V2若導體運動方向跟磁感應強度方向有夾角若導體運動方向跟磁感應強

14、度方向有夾角(導體斜切磁感線導體斜切磁感線)注意：注意：2、導線的長度、導線的長度L應為應為有效長度有效長度1、導線運動方向和磁感線、導線運動方向和磁感線平行平行時時, E=03、速度、速度v為平均值為平均值(瞬時值瞬時值), E就為平均值就為平均值(瞬時值瞬時值)Lv為為v與與B夾角夾角sin1BLvBLvE三、導體切割磁感線時的三、導體切割磁感線時的感應電動勢感應電動勢BLvE 勻強磁場勻強磁場v 、B B、L L兩兩垂直兩兩垂直sinBLvE vBLL、夾角為與Bv三、導體切割磁感線時的三、導體切割磁感線時的感應電動勢感應電動勢如圖，勻強磁場的磁感應強度為如圖，勻強磁場的磁感應強度為B，

15、長為，長為L的金屬棒的金屬棒ab在垂直于在垂直于B的平面內運動，的平面內運動，速度速度v與與L成成角，求金屬棒角，求金屬棒ab產生的感應產生的感應電動勢。電動勢。abvE=BLVsin例與練例與練7在磁感應強度為在磁感應強度為B的勻強磁場中的勻強磁場中,有一個匝數(shù)為有一個匝數(shù)為n的矩形線圈的矩形線圈,邊長邊長ab=L1,bc=L2線圈繞中心軸線圈繞中心軸OO以角速度以角速度由圖示位置逆時針方向轉動。求由圖示位置逆時針方向轉動。求:(1)轉過轉過1/4周周時時ab邊產生的瞬時感應電動勢邊產生的瞬時感應電動勢(2)轉過轉過1/2周周時時ab邊產生的瞬時感應電動勢邊產生的瞬時感應電動勢2sinsin

16、21LnBLBLvE轉動轉動1周的過程中周的過程中ab邊產生邊產生的感應電動勢哪個時刻最大的感應電動勢哪個時刻最大?哪個時刻最小哪個時刻最小?思考思考: :例與練例與練8B00adcb問題：問題：公式公式 tnEsin BLvE與公式與公式 的的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別和聯(lián)系？ (1) 求出的是平均感應電動勢求出的是平均感應電動勢, E和某段時間或某個過程對應；和某段時間或某個過程對應； 求出的是瞬時感應電動勢，求出的是瞬時感應電動勢，E和某個和某個時刻或某個位置對應時刻或某個位置對應. (2)求出的是整個回路的求出的是整個回路的感應電動勢；感應電動勢；求出的是某部求出的是某部分導體的電動勢。回路中感應

17、分導體的電動勢。回路中感應電動勢為零時，回路中某段導電動勢為零時，回路中某段導體的感應電動勢不一定為零。體的感應電動勢不一定為零。vabcdL1、區(qū)別：區(qū)別：(1)公式公式中的時間趨近于中的時間趨近于0時，則時，則E為瞬時感應電動勢為瞬時感應電動勢(2)公式公式中中v若代表平均速度，則若代表平均速度，則E為平均感應電動勢。為平均感應電動勢。2、聯(lián)系：、聯(lián)系：問題：問題：公式公式 tnEsin BLvE與公式與公式 的的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別和聯(lián)系？公式公式和公式和公式是統(tǒng)一的是統(tǒng)一的.如圖如圖,長為長為L的銅桿的銅桿OA以以O為軸在垂直于勻為軸在垂直于勻強磁場的平面內以角速度強磁場的平面內以角速度勻速

18、轉動勻速轉動,磁場磁場的磁感應強度為的磁感應強度為B,求桿求桿OA兩端的電勢差兩端的電勢差.AOA221LBE例與練例與練9如圖如圖,水平面上有兩根相距水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行金的足夠長的平行金屬導軌屬導軌MN和和PQ,它們的電阻不計它們的電阻不計,在在M和和P之間接之間接有有R=3.0的定值電阻的定值電阻,導體棒長導體棒長ab=0.5m,其電阻為其電阻為r=1.0,與導軌接觸良好與導軌接觸良好.整個裝置處于方向豎直向整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中下的勻強磁場中,B=0.4T.現(xiàn)使現(xiàn)使ab以以v=10ms的速的速度向右做勻速運動度向右做勻速運動.(1)ab中的電流多大中的

19、電流多大? ab兩點間的電壓多大兩點間的電壓多大?(2)維持維持ab做勻速運動的外力多大做勻速運動的外力多大?(3)ab向右運動向右運動1m的過程中的過程中, 外力做的功是多少外力做的功是多少?電路中產生的熱量是多少電路中產生的熱量是多少? RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例與練例與練10問題問題1：在在P16圖圖4.4-3中中,電源在電動機線圈中產生電流的方向怎樣電源在電動機線圈中產生電流的方向怎樣?AB邊、邊、CD邊受力方向怎樣邊受力方向怎樣?線圈的運動方向怎樣線圈的運動方向怎樣?直流電動機的原理直流電動機的原理: 通電導線在磁場中通電導線

20、在磁場中 受安培力而運動受安培力而運動.問題問題2：電動機線圈在磁場中轉動會產生電動機線圈在磁場中轉動會產生感應電動勢嗎感應電動勢嗎?方向怎樣方向怎樣?問題問題3：感應電動勢是加強了電源產生的感應電動勢是加強了電源產生的電流電流,還是削弱了電源的電流還是削弱了電源的電流?是有利于線是有利于線圈轉動還是阻礙了線圈的轉動圈轉動還是阻礙了線圈的轉動?四、反電動勢四、反電動勢 1、定義：、定義：電動機轉動時產生的感應電電動機轉動時產生的感應電動勢動勢總要總要削弱削弱電源產生的電流電源產生的電流,這個電這個電動勢叫動勢叫反電動勢反電動勢. 2、作用：、作用：阻礙線圈的轉動阻礙線圈的轉動. 線圈要維持轉動

21、線圈要維持轉動, ,電源就要向電動機提供電能電源就要向電動機提供電能. .電能轉化為其它形式的能電能轉化為其它形式的能. .問題問題4：如果電動機因機械阻力過大而如果電動機因機械阻力過大而停止轉動停止轉動,會發(fā)生什么情況會發(fā)生什么情況?這時應采取這時應采取什么措施什么措施?四、反電動勢四、反電動勢 3、應用：、應用：電動機停止轉動電動機停止轉動, 就沒有反電動勢就沒有反電動勢,線圈中電流線圈中電流會很大會很大,電動機會燒毀電動機會燒毀,要立即要立即切斷電源切斷電源,進行檢查進行檢查.關于電磁感應，下述說法中正確的是關于電磁感應，下述說法中正確的是( )A、穿過線圈的磁通量越大、穿過線圈的磁通量

22、越大,感應電動勢越大感應電動勢越大B、穿過線圈的磁通量為零、穿過線圈的磁通量為零,感應電動勢一定感應電動勢一定為零為零C、穿過線圈的磁通量的變化越大、穿過線圈的磁通量的變化越大,感應電動感應電動勢越大勢越大D、穿過線圈的磁通量變化越快、穿過線圈的磁通量變化越快,感應電動勢感應電動勢越大越大D注意注意:感應電動勢感應電動勢E與與、 /t的關系的關系例與練例與練11如圖如圖,一個水平放置的導體框架一個水平放置的導體框架,寬度寬度L=1.50m,接有電阻接有電阻R=0.20,設勻強磁場和框架平面垂直設勻強磁場和框架平面垂直,磁感應強度磁感應強度B=0.40T,方向如圖方向如圖.今有一導體棒今有一導體

23、棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能無摩擦地沿框滑動并能無摩擦地沿框滑動,框架及框架及導體導體ab電阻均不計電阻均不計,當當ab以以v=4.0m/s的速度向右的速度向右勻速滑動時，試求：勻速滑動時，試求：(1)導體導體ab上的感應電動勢的大小上的感應電動勢的大小(2)回路上感應電流的大小回路上感應電流的大小E=BLv=0.80VA0 . 4rREI例與練例與練12小結：小結：由于導體運動過程中感應電動由于導體運動過程中感應電動勢不變，瞬時值等于平均值，所以也可勢不變，瞬時值等于平均值，所以也可用下式求用下式求E.tSBtEErRRIRU如果這時跨接在電阻兩端有一個電壓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，即表，測得的就是外電路上的電壓，即如圖如圖,有一勻強磁場有一勻強