法拉第电磁感应的定律及其应用.ppt

4-4 法拉第电磁感应定律,第四章 电磁感应,高二物理选修3-2教学,忻州一中 解鸿志,（一）知识与技能 1知道什么叫感应电动势。 2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、E=/t。 3理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。 4知道E=BLvsin如何推得。 5会用E=n/t和E=BLvsin解决问题。 （二）过程与方法 通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。 （三）情感、态度与价值观 1从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。 2了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神,教学目标,高二物理选修3-2教学,1、在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。,一、感应电动势,2、磁通量的变化率,表示磁通量的变化快慢,注意区分、,高二物理选修3-2教学,1、磁通量大，磁通量变化一定大吗？,2、磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？,（可以类比速度、速度的变化和加速度。）,磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。,问题与思考1,高二物理选修3-2教学,1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率/ t成正比,二、法拉第电磁感应定律,2、数学表达式,（注意单位）,若有n匝线圈，则相当于有n个电源串联，总电动势为：,注意：公式中应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。,3、方向：由楞次定律或右手定则确定。,产生感应电流只不过是一个现象，它表示电路中在输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备了随时输出电能的能力。,4、几点说明：,不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势，产生感应电动势是电磁感应现象的本质。,磁通量是否变化是电磁感应的根本原因。若磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，再若电路又是闭合的，电路中将会有感应电流。,高二物理选修3-2教学,如图所示为穿过某线路的磁通量随时间t变化的关系图，试根据图说明： （1）穿过某线路的磁通量何时最大？何时最小？ （2）/t何时最大？何时最小？ （3）感应电动势E何时最大？何时最小？,注意区分几个物理量： 、/t E只与/t有关， 而与、无关。,问题与思考2,高二物理选修3-2教学, ,三、导体作切割磁感线运动,问题与思考（平动切割）3：如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，它的长为L，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）,问题与思考4,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,问题与思考5,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）,B,1、如图，一半圆形导体，半径是R，在垂直于匀强磁场B的平面内以速度v向右运动，求它产生的感应电动势？,2、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？,练 习,1、一般来说， 求出的是平均感应电动势，E和某段时间或者某个过程对应，而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。,2、求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。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。如右图。,小 结,区别：,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：,如下图所示，长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁场的磁感应强度为B，求杆OA两端的电势差。,问题与思考（旋转切割）6,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴OO以角速度由图示位置逆时针方向转动。试求: (1)线圈中产生感应电动势的最大值; (2) 线圈转过1/4周的过程中的 平均感应电动势。 (3) 设线圈的总电阻为R，线圈 转过1/4周的过程中通过某一截面的电量。,c,问题与思考（线圈旋转切割）7,如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力的大小F； 拉力的功率P； 拉力做的功W； 线圈中产生的电热Q ；通过线圈某一截面的电荷量q 。,与v无关,练 习,问题与思考8、如图所示，一水平放置的U形框，上面放一质量为m的金属棒，它的电阻为R，它与轨道的滑动摩擦力为f，图中的电源电动势为E，电源内阻和导轨电阻均不计。合上电键后，（1）请分析棒将如何运动？（2）速度增大后，电路的电流如何变化？（3）最终的速度？,解析：当棒运动后，它就要切割磁感线，产生一个与外加电源相反的电动势E/=BLV，则,可知，棒先做变加速运动，当a=0时，做匀速运动，且速度达到最大。,四、反电动势,问题与思考9,1、 电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？,电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流，这个电动势称为反电动势。反电动势的作用是阻碍线圈的转动。这样，线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能，电能转化为其它形式的能。,2、如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？,电动机停止转动，这时就没有了反电动势，线圈电阻一般都很小，线圈中电流会很大，电动机可能会烧毁。这时，应立即切断电源，进行检查。,4-4 法拉第电磁感应定律的的应用,第四章 电磁感应,高二物理选修3-2教学,忻州一中 解鸿志,1、电磁感应中的电路问题,2、电磁感应中的力学问题,3、电磁感应中的能量问题,教学目标,4、电磁感应中的图象问题（下讲内容）,例1、 如下图所示，半径为r、电阻为R的金属环通过某直径的轴OO以角速度做匀速转动。匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环的平面的磁场方向重合时开始计时，则在转过30的过程中。求：,(1)环中产生的感应电动势的平均值是多大？,(2)金属环某一横截面内通过的电荷量是多少？,一、常规问题,解析：,求感应电动势的平均值时，一般要用公式En/t。,(1)金属环在转过30的过程中，磁通量的变化量,（2）由于E/t，IER，IQt，所以,例2、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时刻感应电动势最大 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,ABD,例3如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势与导体棒位置x关系的图像是【 】,例4、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：,二、与电路的综合,例5如图所示，光滑导轨倾角放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为P0，除灯泡外，其它电阻不计。要使稳定状态灯泡的功率变为2P0，下列措施正确的是【 】 A换一个电阻为原来一半的灯泡 B把磁感应强度B增为原来的2倍 C换一根质量为原来的 倍的金属棒 D把导轨间的距离增大为原来的 倍,C,例6如图（a）所示，一个电阻值为R ，匝数为n的圆形金属线与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路。线圈的半径为r1 . 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图（b）所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0 . 导线的电阻不计。求：0至t1时间内，（1）通过电阻R1上的电流大小和方向；（2）通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。,例7、,例8、如图所示，竖直放置的足够长的U形导轨宽为L，上端串有电阻R（其余导体部分的电阻都忽略不计）。磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab保持水平而下滑。求ab下滑的最大速度vm。,三、与力学的综合,例9、如图所示，闭合导体线框abcd从高处自由下落一段定距离后，进入一个有理想边界的匀强磁场中，磁场宽度h大于线圈宽度l。从bc边开始进入磁场到ad边即将进入磁场的这段时间里，下面表示该过程中线框里感应电流i随时间t变化规律的图象中，一定错误的是,B,A,C,D,B,A,C,D,例10、如图，矩形线圈abcd质量为m，宽为D，在竖直平面内由静止自由下落。其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上下边界水平，宽也为D，ab边刚进入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程产生多少电热？,解：ab刚进入磁场就做匀速运动，说明安培力与重力刚好平衡，由于线圈和磁场宽度相同，dc边刚进入磁场时ab边刚好穿出，因此穿出过程安培力与重力仍平衡，即线圈穿越磁场过程始终是匀速的，在这下落2d的过程中，线圈的动能没有变，重力势能的减少全部转化为电能，由焦耳定律电流通过导线时，电能又全部转化为电热，所以全过程产生电热等于全过程重力势能的减少，Q =2mgD。,三、与能量的综合,例11、,1电磁感应中综合问题的解题方法： 确定研究对象，受力分析、进行运动状态分析、电磁感应现象的分析、同时进行各量间制约关系的分析（一个确定、四个分析）。 选择力、电物理规律，列方程。 解方程。必要时对结果进行讨论。 可见，与一般的动力学大体一样! 2解答电磁感应中的力学问题，解题思路大体与解力学问题相同，只需增加对安培力的分析。分析这类题要紧紧抓住“速度变化引起安培力变化”的制约关系。从分析物体的受力情况与运动情况入手是解题的关键和解题的钥匙。用到的规律就是力学中的三大规律。 3解答电磁感应与电路的综合问题时，要先明确电路的组成模型，必要的话，画出等效电路图，而电路中的电流、电压分析与恒定电路中完全一样，要用到闭合电路欧姆定律等。,方法总结,电磁感应中的制约关系：,电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析，思考方法是：电磁感应现象中感应电动势感应电流通电导线受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，循环结束时，制约的结果是加速度等于零，导体达到稳定状态。或加速度恒定，导体做匀变速运动状态,范例赏析,1、,本题总20分,2、,解：,（1）如图所示，线框abcd由静止沿斜面向上运动，到ab与ef线重