高中物理 法拉第电磁感应定律课件 新人教版

高中物理新人教版选修 系列课件 第四章 电磁感应 第四节 法拉第电磁感应定律 教学目标 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 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 会用法拉第电磁感应定律解决问题 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 教学重点法拉第电磁感应定律 教学难点平均电动势与瞬时电动势区别 教学用具演示法 归纳法 类比法多媒体电脑 投影仪 投影片 1 闭合电路 利用磁场产生电流的现象 问题1 什么叫电磁感应现象 问题2 产生感应电流的条件是什么 2 磁通量变化 思考 问题3 试从本质上比较甲 乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流 这个电路中就一定有电动势 产生电动势的那部分导体相当于电源 1 定义 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 E 闭合电路中有感应电流 这个电路中就一定有感应电动势 一 感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 2 产生条件 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 3 感应电动势与感应电流 只要磁通量变化 电路中就产生感应电动势 若电路又闭合 电路中就有感应电流 磁通量变化是电磁感应的根本原因 产生感应电动势是电磁感应现象的本质 观察实验 分析思考 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 问题3 在实验中 将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 变化 产生E 产生I 问题1 在实验中 电流表指针偏转原因是什么 总电阻一定时 E越大 I越大 指针偏转越大 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 变化的快慢不同 都发生了变化 都产生了E I 产生的E I 大小不等 磁通量变化越快 感应电动势越大 磁通量的变化快慢 越大 问题3 在实验中 将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 磁通量的变化率 二 法拉第电磁感应定律 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 1 内容 注意 公式中 取绝对值 不涉及正负 感应电流的方向另行判断 2 公式 n为线圈的匝数 问题1 磁通量大 磁通量变化一定大吗 问题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 磁通量的变化无直接关系 磁通量大 小 零 磁通量的变化率不一定大 小 零 磁通量的变化大 小 磁通量的变化率不一定大 小 思考与讨论 3 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 S S2 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 B B2 B1 此时 4 应用 用公式求E的二种常见情况 感生电动势 动生电动势 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 25V 例与练1 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 16V 例与练2 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 例与练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 例与练4 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一矩形线框 边长ab L1 bc L2线框绕中心轴00 以角速度 由图示位置逆时针方向转动 求 1 线圈转过1 4周的过程中的平均感应电动势 例与练5 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一矩形线框 边长ab L1 bc L2线框绕中心轴00 以角速度 由图示位置逆时针方向转动 求 2 线圈转过1 2周的过程中的平均感应电动势 例与练5 10 2Wb t s A B D 0 1 2 0 1 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 例与练6 斜率表示 的变化率 回路在时间t内增大的面积为 S Lv t 产生的感应电动势为 穿过回路的磁通量的变化为 B S BLv t V是相对于磁场的速度 三 导体切割磁感线时的感应电动势 如图所示闭合线框一部分导体ab长l 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 V1 V2 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角 导体斜切磁感线 注意 2 导线的长度L应为有效长度 1 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 L 为v与B夹角 三 导体切割磁感线时的感应电动势 匀强磁场 v B L两两垂直 三 导体切割磁感线时的感应电动势 如图 匀强磁场的磁感应强度为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 例与练7 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 求 1 转过1 4周时ab边产生的瞬时感应电动势 2 转过1 2周时ab边产生的瞬时感应电动势 转动1周的过程中ab边产生的感应电动势哪个时刻最大 哪个时刻最小 思考 例与练8 1 求出的是平均感应电动势 E和某段时间或某个过程对应 求出的是瞬时感应电动势 E和某个时刻或某个位置对应 2 求出的是整个回路的感应电动势 求出的是某部分导体的电动势 回路中感应电动势为零时 回路中某段导体的感应电动势不一定为零 1 区别 1 公式 中的时间趋近于0时 则E为瞬时感应电动势 2 公式 中v若代表平均速度 则E为平均感应电动势 2 联系 公式 和公式 是统一的 如图 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 例与练9 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 它们的电阻不计 在M和P之间接有R 3 0 的定值电阻 导体棒长ab 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下的匀强磁场中 B 0 4T 现使ab以v 10m s的速度向右做匀速运动 1 ab中的电流多大 ab两点间的电压多大 2 维持ab做匀速运动的外力多大 3 ab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 WF 0 1J I 0 5A F 0 1N Q 0 1J U 1 5V 例与练10 问题1 在P16图4 4 3中 电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样 AB边 CD边受力方向怎样 线圈的运动方向怎样 直流电动机的原理 通电导线在磁场中受安培力而运动 问题2 电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗 方向怎样 问题3 感应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了线圈的转动 四 反电动势 1 定义 电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流 这个电动势叫反电动势 2 作用 阻碍线圈的转动 线圈要维持转动 电源就要向电动机提供电能 电能转化为其它形式的能 问题4 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 四 反电动势 3 应用 电动机停止转动 就没有反电动势 线圈中电流会很大 电动机会烧毁 要立即切断电源 进行检查 关于电磁感应 下述说法中正确的是 A 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大B 穿过线圈的磁通量为零 感应电动势一定为零C 穿过线圈的磁通量的变化越大 感应电动势越大D 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大 D 注意 感应电动势E与 t的关系 例与练11 如图 一个水平放置的导体框架 宽度L 1 50m 接有电阻R 0 20 设匀强磁场和框架平面垂直 磁感应强度B 0 40T 方向如图 今有一导体棒ab跨放在框架上 并能无摩擦地沿框滑动 框架及导体ab电阻均不计 当ab以v 4 0m s的速度向右匀速滑动时 试求 1 导体ab上的感应电动势的大小 2 回路上感应电流的大小 E BLv 0 80V 例与练12 小结 由于导体运动过程中感应电动势不变 瞬时值等于平均值 所以也可用下式求E 如果这时跨接在电阻两端有一个电压表 测得的就是外电路上的电压 即 如图 有一匀强磁场B 1 0 10 3T 在垂直磁场的平面内 有一金属棒AO 绕平行于磁场的O轴顺时针转动 已知棒长L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒产生的感应电动势有多大 例与练13 小结 也可用 进行计算 因为从O A 各点的线速度是均匀变化的 故取棒中点的速度代表棒的平均速度 由 仍得到上面的结果 如图 边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边