選修1-1：3.2法拉第電磁感應(yīng)定律

新課導(dǎo)入亞洲最大的風(fēng)力發(fā)電站想一想，我們現(xiàn)實生活中需要強(qiáng)大的電力，是什么為我們大規(guī)模的使用電提供了依據(jù)呢？第一頁第二頁，共27頁。電氣化需要強(qiáng)大的電力。要利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來獲得大規(guī)模使用的電，還有許多規(guī)律要探索。

例如，怎樣使電磁感應(yīng)獲得的電壓高一些，就是一個必須解決的問題。法拉第電磁感應(yīng)定律的建立，為解決實際問題指明了方向，叩開了電氣化的大門。小資料第二頁第三頁，共27頁。

法拉第（1791—1876）是英國著名的物理學(xué)家、化學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出電場和磁場的概念。場的概念對近代物理的發(fā)展有重大意義。他家境貧寒，出身于鐵匠家庭，未受過系統(tǒng)的正規(guī)教育，但卻在眾多領(lǐng)域中作出驚人成就，堪稱刻苦勤奮、探索真理、不計個人名利的典范，對于青少年富有教育意義。法拉第第三頁第四頁，共27頁。３.２法拉第電磁感應(yīng)定律第四頁第五頁，共27頁。本章導(dǎo)航一．感應(yīng)電動勢二．法拉第電磁感應(yīng)定律第五頁第六頁，共27頁。一．感應(yīng)電動勢第六頁第七頁，共27頁。

定義：

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然在閉合電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這個電路中就一定有電動勢。我們把電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。電源能夠產(chǎn)生電動勢，那么在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。第七頁第八頁，共27頁。想一想如下圖所示的三個實驗中，分別是哪部分相當(dāng)于電源？第八頁第九頁，共27頁。圖1中電源是導(dǎo)體棒AB；

圖2中電源是螺線管B；

圖3中電源是螺線管B。

實驗可知：產(chǎn)生感應(yīng)電流的閉合電路斷開就相當(dāng)于接入一個阻值無窮大的電阻，電流為零，但是依然有電動勢。可見，感應(yīng)電動勢才是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象重要的是看感應(yīng)電動勢的有無。下面我們就來共同研究感應(yīng)電動勢的大小跟哪些因素有關(guān)。第九頁第十頁，共27頁。演示11．實驗裝置演示第十頁第十一頁，共27頁。2．實驗過程：

通過改變導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。感應(yīng)電動勢的大小，與導(dǎo)體棒切割磁感線的速度大小有關(guān)。速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。結(jié)論：第十一頁第十二頁，共27頁。演示21．實驗裝置演示第十二頁第十三頁，共27頁。２．實驗過程：

通過改變條形磁鐵插入和拔出螺線管的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。感應(yīng)電動勢的大小，與條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度大小有關(guān)，速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。結(jié)論：第十三頁第十四頁，共27頁。演示31．實驗裝置演示第十四頁第十五頁，共27頁。

2．實驗過程：

通過改變滑動變阻器滑片移動的速度大小，來研究影響感應(yīng)電動勢大小的因素。感應(yīng)電動勢的大小，與滑動變阻器滑片移動的速度大小有關(guān)。速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。結(jié)論：第十五頁第十六頁，共27頁。

產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：

穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

對于圖1所示實驗，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，通過導(dǎo)體棒做切割磁感線的運(yùn)動，改變了閉合電路的面積，從而改變穿過該電路的磁通量，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。導(dǎo)體棒運(yùn)動越快，則回路面積變化也越快，使得磁通量的變化越快，而電流表指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化快慢有關(guān)。磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。認(rèn)真分析三個實驗及其結(jié)論，找出共同的規(guī)律。第十六頁第十七頁，共27頁。

設(shè)時刻t1時穿過閉合電路的磁通量為Φ1，時刻t2時穿過閉合電路的磁通量為Φ2，則在時間Δt＝t2－t1內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的變化快慢可以用單位時間內(nèi)磁通量的變化量ΔΦ/Δt來表示，也叫磁通量的變化率。感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量變化△φ和所用時間△t都有關(guān)．結(jié)論：第十七頁第十八頁，共27頁。二．法拉第電磁感應(yīng)定律第十八頁第十九頁，共27頁。1．內(nèi)容：

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。

2．表達(dá)式：Ｅ＝ΔΦ/Δt

。

3．單位：E（V），Φ（Wb），t（s）

法拉第電磁感應(yīng)定律第十九頁第二十頁，共27頁。上面討論的是閉合電路由單匝線圈構(gòu)成的，設(shè)閉合電路是一個n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量的變化率都相同，那么整個線圈中的感應(yīng)電動勢又如何表示？若閉合電路是一個n匝線圈，則相當(dāng)于n個相同的電源串聯(lián)，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同，所以整個線圈的感應(yīng)電動勢Ｅ為E=n△Φ/△t

實際工作中，為了獲得較大的感應(yīng)電動勢，常常采用幾百匝甚至幾千匝的線圈。第二十頁第二十一頁，共27頁。

如圖所示把矩形線框abcd放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場里，線框平面跟磁感線垂直。設(shè)線框可動部分ab的長度是Ｌ，以速度υ向右運(yùn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢怎么表示？第二十一頁第二十二頁，共27頁。

【解析】在Δt時間內(nèi)可動部分由原來的位置ab移到a1b1，這時線框的面積變化量

ΔS=LvΔt

穿過閉合電路的磁通量的變量

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

代入E=ΔΦ/Δt

得到E=

BLv。第二十二頁第二十三頁，共27頁。法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)一步揭示了電與磁的相互聯(lián)系，同時也告訴我們：電能的產(chǎn)生一定是以消耗其他形式的能量為代價的。

今天，我們使用的電能從各種形式的能轉(zhuǎn)化而來：

風(fēng)力發(fā)電：是把空氣流動的動能轉(zhuǎn)化為電能。

水力發(fā)電：利用水的機(jī)械能帶動發(fā)電機(jī)來發(fā)電。

火力發(fā)電：是利用石油、天然氣或煤嫩燒時的內(nèi)能，推動蒸汽輪機(jī)再帶動發(fā)電機(jī)來發(fā)電。第二十三頁第二十四頁，共27頁。隨著社會對電力需求的不斷增大，人們一直在探索獲取電能的更好方法。但是到目前為止，各種獲得大規(guī)模電能的實用方案，都是以法拉第電磁感應(yīng)定律為理論基礎(chǔ)的，不同的只是如何來推動發(fā)電機(jī)而已。新西蘭地?zé)岚l(fā)電站第二十四頁第二十五頁，共27頁。

一、感應(yīng)電動勢

1．感應(yīng)電動勢：

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢

2．實驗表明：

感應(yīng)電動勢的大小跟磁通變化的快慢有關(guān)。

3．磁通量的變化率：

設(shè)時刻t