法拉第定律课堂

1、（1 1）闭合电路）闭合电路利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象问题问题1 1：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？问题问题2 2：产生感应电流的条件是什么？：产生感应电流的条件是什么？（2 2）磁通量变化）磁通量变化思考思考: :问题问题3：比较甲、乙两电路：比较甲、乙两电路 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这，这个电路中就个电路中就一定有电动势一定有电动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源1、定义：、定义：在电磁感应现象中产生的电在电磁感应现象中产生的电动势叫动势叫感应电动势（感应电动势（E）. . 闭合电路中闭

2、合电路中有感应电流有感应电流，这个电路，这个电路中就中就一定有感应电动势一定有感应电动势. .一、感应电动势一、感应电动势产生感应电动势的条件是产生感应电动势的条件是什么？什么？X x x x x xX x x x x xX x x x x x VRSNaba.b哪端是哪端是电源正极？电源正极？产生感应电动势的那部分导体产生感应电动势的那部分导体相当于相当于电源电源. .2、产生条件：、产生条件：只要穿过电路的只要穿过电路的磁通量磁通量发生变化发生变化，电路中就产生感应电动势。，电路中就产生感应电动势。3、感应电动势与感应电流：、感应电动势与感应电流：只要磁通只要磁通量变化量变化,电路中就产生

3、感应电动势电路中就产生感应电动势; 若电若电路路又又闭合闭合,电路中就有感应电流电路中就有感应电流.磁通量变化是电磁感应的根本原因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产生感应电动势是电磁感应现象的本质. .磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势越大。，感应电动势越大。 磁通量的变化快慢磁通量的变化快慢t越大越大?磁通量的变化率磁通量的变化率实验一实验一 1 1、内容：、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这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一电路的磁通量变化率/ / t t成正比成正比二、法拉第电磁感应定律：二、法拉第电磁感应定律：2 2

4、、数学表达式、数学表达式Ektt（国际单位时（国际单位时K=1K=1）问题：若闭合电路是问题：若闭合电路是n n匝线圈，且穿过每匝匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量相同，线圈的磁通量相同，E E？ 若有若有n n匝线圈，则相当于有匝线圈，则相当于有n n个电源串个电源串联，总电动势为：联，总电动势为：Ent注意：注意：公式中公式中应取绝对值，不涉及正负，感应应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向由楞次定律或右手定则判断电流的方向由楞次定律或右手定则判断问题问题1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定大吗磁通量变化一定大吗?问题问题2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗磁通量的变化率一

5、定大吗?(可以类比速度、速度的变化和加速度可以类比速度、速度的变化和加速度.) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量的变化率不一，磁通量的变化率不一定大定大(小小,零零);磁通量的变化大磁通量的变化大(小小)，磁通量的变化，磁通量的变化率不一定大率不一定大(小小).思考与讨论思考与讨论物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少产生产生感应电动感

6、应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义（1 1）仅由仅由S S变化引起时变化引起时磁通量变化产生电动势的几种情况磁通量变化产生电动势的几种情况（2 2）仅由仅由B B变化引起时：变化引起时：（3 3）仅由仅由变化引起时变化引起时EnttSBnEtBSnE 例题例题1 1：有一面积为：有一面积为S100cm2的金属环，电的金属环，电 阻为阻为R0.1，环中磁场变化规律如图所示，磁环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在场方向垂直环面向里，则在t

7、1t2时间内金属环时间内金属环中产生的感应电动势中产生的感应电动势 、通过金属环的通过金属环的电流电流 .0.01v0.1A问题问题4 4：公式中：公式中E E表示的是平均感应电动势还表示的是平均感应电动势还是瞬时感应电动势？是瞬时感应电动势？说明：说明：（1 1）所求所求E E为为t t时间内的平均时间内的平均 感应电动势感应电动势（2 2）t 0t 0时，时，E E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势 Ent三、导体作三、导体作切割磁感线运动切割磁感线运动 如图所示闭合线圈一部分导体如图所示闭合线圈一部分导体abab长为长为L L处于匀强磁场处于匀强磁场中，磁感应强度是中，磁感应强度是B B，

8、abab以速度以速度v v匀速切割磁感线，求匀速切割磁感线，求产生的感应电动势产生的感应电动势ab Gabv回路在时间回路在时间t t内增大的面积内增大的面积为：为：S=LvtS=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化穿过回路的磁通量的变化为：为：=BS=BStE =BLvt=BLvtttBLv BLv （V V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）（2 2）切割方向与磁场方向成角时：）切割方向与磁场方向成角时：如图所示，将如图所示，将v分解为垂直分解为垂直B和平行和平行B的的两个分量，其中：两个分量，其中：sinvv 对切割有贡献对切割有贡献cos/vv 对切

9、割无贡献对切割无贡献sinBLvBLvE所以：所以： 3、直接写出图所示各种情况下导线、直接写出图所示各种情况下导线ab两端的感两端的感应电动势的表达式应电动势的表达式(B.L.已知已知)E=Blvsin;E=2BRv;E=BRv有效长度有效长度: :导体端点在垂直切割方导体端点在垂直切割方向的投影长度。向的投影长度。二、导体切割磁感线产生感应电动势计算二、导体切割磁感线产生感应电动势计算导体切割磁感线产生感应电动势的大小：导体切割磁感线产生感应电动势的大小：sinBlvE 公式中公式中L L是导体切割磁感线的是导体切割磁感线的有效长度有效长度， 是是v v与与B B的方向夹角。的方向夹角。

10、上式适用上式适用导体平动导体平动，L L垂直垂直v v、B B。 若若=90=90( (v vB B) )时，则时，则E=BLvE=BLv； 若若=0=0( (v vB B) )时，则时，则E=0E=0。如图所示，边长为如图所示，边长为a的的正方形金属线圈绕通过正方形金属线圈绕通过OO轴，以角速度轴，以角速度做做匀速转动，匀强磁场的匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B，金属，金属线圈的平面与磁场方向线圈的平面与磁场方向重合时开始计时，则在重合时开始计时，则在转过转过90的过程中，金的过程中，金属框中产生的感应电动属框中产生的感应电动势的势的平均值平均值为多大？为多大？俯视图俯视图OB

11、aOOOB磁通量变化：磁通量变化：2BaBS 经过时间：经过时间：2241t感应电动势的平均值：感应电动势的平均值：22BatE如图，设匀强磁场的磁感应强度为如图，设匀强磁场的磁感应强度为B，导，导体棒体棒ab的长度为的长度为L,以速度以速度v在导轨上向右匀在导轨上向右匀速运动。求此时速运动。求此时a、b两点间的电势差。哪两点间的电势差。哪端电势高？已知导轨的总电阻为端电势高？已知导轨的总电阻为R,导体棒导体棒ab的电阻为的电阻为r。abvRbavRI+-BLvrRRUrRBLvrREIBLvEab考察的知识点及能力要求：考察的知识点及能力要求：右手定则右手定则法拉第定律法拉第定律闭合电路欧姆

12、定律闭合电路欧姆定律路端电压路端电压/10- -2Wbt/sA BD0120.1单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于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：如图所示，则：()A、线圈中、线圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D、线圈中、线圈中0到到D时间内时间内平均感应电动势为平均感应电动势为0.4VABD斜率表示斜率表示的的变化率变化率如图如图, ,水平面上有两根

13、相距水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平行金属导的足够长的平行金属导轨轨MNMN和和PQ,PQ,它们的电阻可忽略不计它们的电阻可忽略不计, ,在在M M和和P P之间接有阻值之间接有阻值为为R=3.0R=3.0的定值电阻的定值电阻, ,导体棒长导体棒长abab=0.5m,=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好. .整个装置处于方向竖直向下整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中的匀强磁场中,B=0.4T.,B=0.4T.现使现使abab以以v=10mv=10ms s的速度向右做的速度向右做匀速运动匀速运动. .（1 1）a ba b中的电流多大中

14、的电流多大? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？（3 3）a ba b向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是多少？电的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？路中产生的热量是多少？ RBrPMNaQbvW WF F=0.1J=0.1J课堂练习课堂练习I=0.5AI=0.5AF=0.1NF=0.1NQ=0.1JQ=0.1JU=1.5VU=1.5V如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴的金属环绕通过某直径的轴00以角以角速度速度作匀速转动作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为匀强

15、磁场的磁感应强度为B，从，从金属环面与磁场方向金属环面与磁场方向重合重合时开始计时时开始计时,则在则在金属环金属环转过转过900角的过程中，环中产生的电动势的角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大平均值是多大?00B22rBE例与练例与练4在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00以角速度以角速度由由图示位置逆时针方向转动。求图示位置逆时针方向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程中的平均感应电动势的过程中的平均感应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb在磁感应强度为在磁

16、感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一矩形线框有一矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴线框绕中心轴00以角速度以角速度由图示位由图示位置逆时针方向转动。求置逆时针方向转动。求:(2)线圈转过线圈转过1/2周周的过程的过程中的平均感应电动势中的平均感应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb/10- -2Wbt/sA BD0120.1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：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、线圈中0时刻感应

17、电动势最大时刻感应电动势最大B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大D、线圈中、线圈中0到到D时间内时间内平平均感应电动势为均感应电动势为0.4VABD例与练例与练6斜率表示斜率表示的的变化率变化率如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端的电势差两端的电势差.AOA221LBE例与练例与练9直流电动机的原理直流电动机的原理:问题问题1：电动机线圈在磁场中转动会产生电动机线圈在磁

18、场中转动会产生感应电动势吗感应电动势吗?是加强了电源产生的电流是加强了电源产生的电流,还是削弱了还是削弱了电源的电流电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动转动?通电导线在磁场中受通电导线在磁场中受安培力而运动安培力而运动.三、反电动势三、反电动势 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电电动机转动时产生的感应电动势动势总要削弱电源产生的电流总要削弱电源产生的电流,这个电这个电动势叫反电动势动势叫反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动线圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转化

19、为其它形式的能电能转化为其它形式的能. .问题问题2：如果电动机因机械阻力过大而：如果电动机因机械阻力过大而停止转动停止转动,会发生什么情况会发生什么情况?这时应采取这时应采取什么措施什么措施?四、反电动势四、反电动势问题问题1 1：电动机线圈的转动会产生感应电动势电动机线圈的转动会产生感应电动势. .这这个电动势是加强了电源产生的电流个电动势是加强了电源产生的电流, ,还是削弱了电还是削弱了电源的电流源的电流? ?是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动? ?问题问题2 2：如果电动机因机械阻力过大而停止转动如果电动机因机械阻力过大而停止转动, ,会发生什么情况会发生什么情况? ?这时应采取什么措施这时应采取什么措施? ?电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流流, ,这个电动势称为反电动势这个电动势称为反电动势. .反电动势的作用是反电动势的作用是阻碍线圈的转动阻碍线圈的转动. .这样线圈要维持原来的转动就必这样线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能须向电动机提供电能, ,电能转化为其它形式的能电能转化为其它形式的能. .电动机停止转动电动机停止转动, ,这时就