第2节法拉第电磁感应定律

1、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 自感自感 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。电动势。 产生感应电动势的那部分导体就产生感应电动势的那部分导体就相当于相当于电源电源1 1磁通量的变化率磁通量的变化率 / t ：表示磁通量：表示磁通量变化的快慢变化的快慢 二、法拉第电磁感应定律的理解二、法拉第电磁感应定律的理解4 4磁通量的变化常由磁通量的变化常由B B的变化或的变化或S S的变化两种情况引起的变化两种情况引起(1)(1)当当仅由仅由B B的变化引起时，的变化引起时，E EnSnS(2)(2)当当仅由仅由S S的变化引起时，的变化引起时，E EnBn

2、B5 5由由E En n 计算出的是计算出的是t t时间内的平均感应电动势时间内的平均感应电动势【典例【典例1 1】 一个一个200200匝、面积为匝、面积为20 cm20 cm2 2的线圈放的线圈放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成在磁场中，磁场的方向与线圈平面成3030角，角，若磁感应强度在若磁感应强度在0.05 s0.05 s内由内由 0.1 T 0.1 T 增加到增加到0.5 0.5 T,T,在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？多少伏？【思路点拨【思路点拨】解答

3、本题时可按以下思路分析：解答本题时可按以下思路分析：【自主解答【自主解答】磁通量的变化量是由磁场的变化引磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式起的，应该用公式=BSsin=BSsin来计算，所以来计算，所以=BSsin=BSsin=(0.5-0.1)=(0.5-0.1)20201010-4-40.5 Wb0.5 Wb=4=41010-4-4 Wb Wb. .磁通量的变化率磁通量的变化率-4-34 10= Wb/s=8 10 Wb/s.t0.05感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律律E=n =200E=n =2008 81010-3-3 V=1.

4、6 V. V=1.6 V.答案：答案：4 41010-4-4 Wb 8 Wb 81010-3-3 Wb/s 1.6 V Wb/s 1.6 Vt【变式训练】一个面积【变式训练】一个面积S=4S=41010-2-2 m m2 2、匝数、匝数n=100n=100匝的线匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度强度B B随时间随时间t t变化的规律如图所示，则下列判断正确的变化的规律如图所示，则下列判断正确的是是( )( )A.A.在开始的在开始的2 s2 s内穿过线圈的磁通内穿过线圈的磁通量的变化率等于量的变化率等于-0.08 Wb/s

5、-0.08 Wb/sB.B.在开始的在开始的2 s2 s内穿过线圈的磁通内穿过线圈的磁通量的变化量等于零量的变化量等于零C.C.在开始的在开始的2 s2 s内线圈中产生的感内线圈中产生的感应电动势等于应电动势等于-0.08 V-0.08 VD.D.在第在第3 s3 s末线圈中的感应电动势等于零末线圈中的感应电动势等于零A【解析【解析】选选A.A.由由 得：得：在开始在开始2 s2 s内线圈中产生的感应电动势：内线圈中产生的感应电动势：E=100E=100 4 41010-2-2 V=-8 V V=-8 V磁通量的变化率：磁通量的变化率： =-0.08 Wb/s=-0.08 Wb/s第第3 s3

6、 s末虽然磁通量为零，但磁通量的变末虽然磁通量为零，但磁通量的变化率为化率为0.08 Wb/s0.08 Wb/s, ,所以选所以选A.A.BE=n=nStt-4 2t主题(3)感应电动势的图象类型问题(单选)矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图10-2-6所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是()图图10-2-6一、公式En 与EBLv的区别与联系E En nE EBLvBLv区区别别研究对研究对象象闭合回路闭合回路回路中做切割磁感回路中做切割磁感线运动的那部分线运动的那部分

7、导体导体适用范适用范围围对任何电磁感应现象对任何电磁感应现象普遍适用普遍适用只适用于导体切割只适用于导体切割磁感线运动的情磁感线运动的情况况联系联系(1)(1)E EBLBLv v可由可由E En n 推导出来推导出来(2)(2)对于公式对于公式E En n ，当，当t t00时，时，E E即为瞬时感应电动势即为瞬时感应电动势(3)(3)在在B B、L L、v v三者均不变时，两公式均可三者均不变时，两公式均可求求t t时间内的平均感应电动势时间内的平均感应电动势. .【双选】如图所示，一导线弯成半径为【双选】如图所示，一导线弯成半径为a a的半圆形闭合的半圆形闭合回路回路. .虚线虚线MNM

8、N右侧有磁感应强度为右侧有磁感应强度为B B的匀强磁场，方向的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面，回路以速度垂直于回路所在的平面，回路以速度v v向右匀速进入磁向右匀速进入磁场，直径场，直径CDCD始终与始终与MNMN垂直垂直. .从从D D点到达边界开始到点到达边界开始到C C点进点进入磁场为止，下列结论正确的是（入磁场为止，下列结论正确的是（ ）A.A.感应电流方向改变感应电流方向改变B.CDB.CD段直导线始终不受安培力段直导线始终不受安培力C.C.感应电动势最大值感应电动势最大值E Em m=Bav=BavD.D.感应电动势平均值感应电动势平均值 BavBav1E=4CD【思路点拨【思

9、路点拨】求解此题应注意以下三点：求解此题应注意以下三点：【标准解答【标准解答】选选C C、D.D.导体切割磁感线产生感应电动势，导体切割磁感线产生感应电动势，由右手定则可知，感应电流方向不变，由右手定则可知，感应电流方向不变，A A错误错误. .感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势，故势，故E Em m=Bav,C=Bav,C正确正确. . =B=B a a2 2 tt= = 由由得得 Bav,DBav,D正确正确. .E=t2av1E=412【典型题】如图所示，长为【典型题】如图所示，长为L L的导线下悬挂一小的导线下悬挂一小球，

10、在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为圆锥的偏角为，摆球的角速度为，摆球的角速度为，磁感应，磁感应强度为强度为B B，则金属导线中产生的感应电动势大小，则金属导线中产生的感应电动势大小为多少？为多少？【解析【解析】导线的有效长度为导线的有效长度为L L有有=Lsin=Lsin，据，据E= BLE= BL有有2 2知，感应电动势知，感应电动势E= BLE= BL2 2sinsin2 2.答案：答案： BLBL2 2sinsin2 2 121212【典例【典例4 4】如图所示，】如图所示，MNMN、PQPQ为光为光滑金属导轨（金属导轨电阻忽滑金属导

11、轨（金属导轨电阻忽略不计），略不计），MNMN、PQPQ相距相距L=50 cm,L=50 cm,导体棒导体棒ABAB在两轨道间在两轨道间的电阻为的电阻为r=1 ,r=1 ,且可以在且可以在MNMN、PQPQ上滑动，定值电阻上滑动，定值电阻R R1 1=3 ,R=3 ,R2 2=6 ,=6 ,整个装置放在磁感应强度为整个装置放在磁感应强度为B=1.0 TB=1.0 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于整个导轨平面，现用的匀强磁场中，磁场方向垂直于整个导轨平面，现用外力外力F F拉着拉着ABAB棒向右以棒向右以v=5 m/sv=5 m/s速度做匀速运动速度做匀速运动. .求：（求：（1 1）导体棒）导体

12、棒ABAB产生的感应电动势产生的感应电动势E E和和ABAB棒上的棒上的感应电流方向感应电流方向. .（2 2）导体棒）导体棒ABAB两端的电压两端的电压U UABAB= =？【思路点拨【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：解答本题时应把握以下三点：【标准解答【标准解答】(1)(1)导体棒导体棒ABAB产生的感应电动势产生的感应电动势E=BLvE=BLv= =2.5 V2.5 V由右手定则，由右手定则，ABAB棒上的感应电流方向向上，即沿棒上的感应电流方向向上，即沿BABA方方向向(2)R(2)R并并= =2 = =2 ，U UABAB=I=IR R并并= V1.7 V= V1.7 V答案：答

13、案：（1 1）2.5 V BA2.5 V BA方向方向 （2 2）1.7 V1.7 V1212 RRR +RE2.5I= A,R +r3并并531.1.下列几种说法正确的是下列几种说法正确的是( )( )A.A.线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大一定越大B.B.线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大C.C.线圈放在磁场越强的位置，产生的感应电动势一定线圈放在磁场越强的位置，产生的感应电动势一定越大越大D.D.线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感

14、应电动势越大越大课堂训练D【解析【解析】选选D.D.依据法拉第电磁感应定律可知，感应电依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关，与匝数动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关，与匝数和磁通量的变化率成正比和磁通量的变化率成正比. .因此，选项因此，选项A A、B B都是错误都是错误的的. .磁场的强弱与感应电动势也无关，所以选项磁场的强弱与感应电动势也无关，所以选项C C也是也是不对的不对的. .线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化率越大，依据法拉第电磁感应定律可知，感应的变化率越大，依据法拉第电磁感应定律可知，感应电

15、动势与磁通量的变化率成正比，在此条件下线圈中电动势与磁通量的变化率成正比，在此条件下线圈中产生的感应电动势越大，故选项产生的感应电动势越大，故选项D D是正确的是正确的. .3.3.如图所示，在竖直向下的匀如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金强磁场中，将一水平放置的金属棒属棒abab以水平初速度以水平初速度v v0 0抛出，抛出，设在整个过程中棒的取向不变，设在整个过程中棒的取向不变，且不计空气阻力，则金属棒在且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况是的大小变化情况是( )( )A.A.越来越大越来越大 B.B.越来越小越来越小

16、C.C.保持不变保持不变 D.D.无法判断无法判断C【解析【解析】选选C.C.金属棒被水平抛出后做平抛运动，切割金属棒被水平抛出后做平抛运动，切割速度保持速度保持v v0 0不变，故感应电动势不变，故感应电动势E=BLvE=BLv0 0保持不变，故保持不变，故C C对，对，A A、B B、D D都错都错. .5.(20105.(2010新课标全国卷新课标全国卷) )在电磁学发展过程中，许多科在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献学家做出了贡献. .下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )A.A.奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象

17、象B.B.麦克斯韦预言了电磁波；楞次用实验证实了电磁波的麦克斯韦预言了电磁波；楞次用实验证实了电磁波的存在存在C.C.库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值实验测定了元电荷的数值D.D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律了磁场对电流的作用规律AC【解析【解析】选选A A、C.C.赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项B B错误，洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律，安培错误，洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律

18、，安培发现了磁场对电流的作用规律，选项发现了磁场对电流的作用规律，选项D D错误错误. .6.6.（20102010全国高考全国高考）某地的地磁场磁感应强度的竖）某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为直分量方向向下，大小为4.54.51010-5-5 T. T.一灵敏电压表连接一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽在当地入海河段的两岸，河宽100 m,100 m,该河段涨潮和落潮该河段涨潮和落潮时有海水（视为导体）流过时有海水（视为导体）流过. .设落潮时，海水自西向东流，设落潮时，海水自西向东流，流速为流速为2 m/s2 m/s. .下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )

19、A.A.电压表记录的电压为电压表记录的电压为5 mV5 mVB.B.电压表记录的电压为电压表记录的电压为9 mV9 mVC.C.河南岸的电势较高河南岸的电势较高D.D.河北岸的电势较高河北岸的电势较高BD【解析【解析】选选B B、D.D.海水在落潮时自西向东流，该过程可以海水在落潮时自西向东流，该过程可以理解为：自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场理解为：自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场. .根据右手定则，北岸是正极电势高，南岸电势低，所以根据右手定则，北岸是正极电势高，南岸电势低，所以D D正确正确C C错错. .根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律E=BLvE=BLv=

20、4.5=4.51010-5-51001002 V=92 V=91010-3-3 V, V,所以所以B B正确正确A A错错. .7.(20107.(2010西安高二检测西安高二检测) )环形线圈放在均匀磁场中，设环形线圈放在均匀磁场中，设在第在第1 1秒内磁感线垂直于线圈平面向里，若磁感应强度随秒内磁感线垂直于线圈平面向里，若磁感应强度随时间变化的关系如图，那么在第时间变化的关系如图，那么在第2 2秒内线圈中感应电流的秒内线圈中感应电流的大小和方向是大小和方向是( )( )BA.A.感应电流大小恒定，顺时针方向感应电流大小恒定，顺时针方向B.B.感应电流大小恒定，逆时针方向感应电流大小恒定，逆

21、时针方向C.C.感应电流逐渐增大，逆时针方向感应电流逐渐增大，逆时针方向D.D.感应电流逐渐减小，顺时针方向感应电流逐渐减小，顺时针方向【解析【解析】选选B.B.由由B-tB-t图知：第图知：第2 2秒内秒内 恒定，则恒定，则E= SE= S也恒定，故感应电流也恒定，故感应电流 大小恒定，又由楞次定律判断大小恒定，又由楞次定律判断知电流方向沿逆时针方向，故知电流方向沿逆时针方向，故B B对，对，A A、C C、D D都错都错. .BtBtEI=R 感应电动势(电流)的图象 01s内B垂直纸面向里均匀增大，则由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中产生恒定的感应电流，方向为逆时针方向，排除A、C

22、选项；2s3s内，B垂直纸面向外均匀增大，同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，排除B选项，D正确. 注意理解图象表达的意义，特别是方向的变化.D1 1自感现象自感现象(1)(1)自感现象：由于导体本身电流发生自感现象：由于导体本身电流发生 而产而产生的电磁感应现象叫做自感现象生的电磁感应现象叫做自感现象(2)(2)自感电动势的方向：根据楞次定律判定自感电动势的方向：根据楞次定律判定自感电动势总要阻碍导体中电流的自感电动势总要阻碍导体中电流的 ，当，当导体中的电流增大时，自感电动势与原电流方向导体中的电流增大时，自感电动势与原电流方向 ；当导体中的电流减小时，自感电；当导体中的电流减小

23、时，自感电动势与原电流方向动势与原电流方向 变化变化变化变化相反相反相同相同2 2自感现象的应用自感现象的应用日光灯工作原理日光灯工作原理(1)(1)日光灯的电路图：主要由灯管、日光灯的电路图：主要由灯管、和启和启动器组成动器组成(2)(2)启动器的作用：自动开关的作用启动器的作用：自动开关的作用(3)(3)镇流器有两个作用：启动时，通过启动器的通断，镇流器有两个作用：启动时，通过启动器的通断，在镇流器中产生在镇流器中产生 ，从而激发日光灯管内，从而激发日光灯管内的气体导电正常工作时，镇流器的线圈产生自感电的气体导电正常工作时，镇流器的线圈产生自感电动势，阻碍电流的变化，这时镇流器就起着动势，

24、阻碍电流的变化，这时镇流器就起着 的作用，保证日光灯的正常工作的作用，保证日光灯的正常工作镇流器镇流器瞬间高电压瞬间高电压降压限流降压限流如右下图所示是日光灯电路的构造示意图，若按图示的如右下图所示是日光灯电路的构造示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是是( () )A AS S1 1接通，接通，S S2 2、S S3 3断开，日光灯就能正常发光断开，日光灯就能正常发光B BS S1 1、S S2 2接通，接通，S S3 3断开，日光灯就能正常发光断开，日光灯就能正常发光C CS S3 3断开，接通断开，接通S S1

25、 1、S S2 2后，再断开后，再断开S S2 2，日光灯就能正常发光日光灯就能正常发光D D当日光灯正常发光后，当日光灯正常发光后，再接通再接通S S3 3，日光灯仍能正常发光，日光灯仍能正常发光C【解析【解析】S S1 1接通，接通，S S2 2、S S3 3断开，电源电压断开，电源电压220 V220 V加在加在灯管两端，不能使气体电离，日光灯不能发光，选项灯管两端，不能使气体电离，日光灯不能发光，选项A A错误；错误；S S1 1、S S2 2接通，接通，S S3 3断开，灯管两端被短路，电压断开，灯管两端被短路，电压为零，日光灯不能发光，选项为零，日光灯不能发光，选项B B错误；当日

26、光灯正常错误；当日光灯正常发光后，再接通发光后，再接通S S3 3，则镇流器被短路，灯管两端电压，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，选项过高，会损坏灯管，选项D D错误；错误；S S3 3断开，断开，S S1 1、S S2 2接通，接通，灯丝被预热，发出电子，再断开灯丝被预热，发出电子，再断开S S2 2，镇流器中产生很，镇流器中产生很大的自感电动势，和原来电压一起加在灯管两端，使大的自感电动势，和原来电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光气体电离，日光灯正常发光【答案【答案】C C二、通电和断电自感比较二、通电和断电自感比较通电自感通电自感断电自感断电自感电路电路图图器

27、材器材要要求求A A1 1、A A2 2同规格，同规格，R RR RL L，L L较大较大L L很大很大( (有铁芯有铁芯) )，R RL LR RA A现象现象在在S S闭合瞬间，闭合瞬间，A A2 2灯立灯立即亮起来，即亮起来，A A1 1灯逐渐灯逐渐变亮，最终一样亮变亮，最终一样亮在开关在开关S S断开时，灯断开时，灯A A突突然闪亮一下后再渐然闪亮一下后再渐渐熄灭渐熄灭通电自感通电自感断电自感断电自感原因原因由于开关闭合时，流过电由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大势，阻碍了电流的增大，使流过，使流过A A1 1灯的电流比灯的