第2节感应电动势与电磁感应定律

1、第2节 感应电动势与电磁感应定律4.4.知道公式知道公式 是如何推导出的，知道它只适用于是如何推导出的，知道它只适用于导体切割磁感线运动的情况。会用它解答有关的问题。导体切割磁感线运动的情况。会用它解答有关的问题。 3.3.理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系，掌握法理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用。拉第电磁感应定律及应用。 2.2.知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能与磁通量的变化相区别。并能与磁通量的变化相区别。 1.1.理解感应电动势的概念，明确感应电动势的作用。理解感应电动势的概念

2、，明确感应电动势的作用。 sinBlvE 1.1.要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？ 这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的引起的. . 2.2.如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电动势如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电动势是否还存在呢？是否还存在呢？ 电动势是反映电源提供电能本领的物理量，电路不闭电动势是反映电源提供电能本领的物理量，电路不闭合时电源电动势依然存在合时电源电动势依然存在。 电磁感应现象中，闭合电路中出现了感应电流，那么电磁感应现象中，闭合电路中出现了感应电流

3、，那么有电动势存在吗？有电动势存在吗？ 请同学们回顾一下上一节中的三个探究实验，看能请同学们回顾一下上一节中的三个探究实验，看能否发现共同的东西。否发现共同的东西。一、感应电动势一、感应电动势 如图，导体如图，导体ABAB在磁场中做在磁场中做切割磁感线运动，电路中产生切割磁感线运动，电路中产生了感应电流，通电导体了感应电流，通电导体ABAB在磁在磁场中要受到安培力的作用，而场中要受到安培力的作用，而安培力阻碍导体安培力阻碍导体ABAB继续做切割继续做切割磁感线运动，要维持磁感线运动，要维持ABAB的运动，的运动，必须有外力做功，将机械能转必须有外力做功，将机械能转化为电能。化为电能。分析论证分

4、析论证实验一实验一 如图，将磁铁插入或拔如图，将磁铁插入或拔出螺线管时外力做功，使机出螺线管时外力做功，使机械能转化为电能。械能转化为电能。 螺线管螺线管A A所在电路中电所在电路中电源的电能，通过电磁感应转源的电能，通过电磁感应转变为螺线管变为螺线管B B中的电能。中的电能。实验二实验二实验三实验三 由以上分析可知：电磁感应现象也都伴随着能量的由以上分析可知：电磁感应现象也都伴随着能量的转化，电路中必然存在电动势，这种在电磁感应现象中转化，电路中必然存在电动势，这种在电磁感应现象中产生的电动势叫产生的电动势叫感应电动势感应电动势. .得出结论得出结论思考：思考： 在上述电磁感应现象中哪一部分

5、相当于电源呢？在上述电磁感应现象中哪一部分相当于电源呢？电源？电源？ 进一步研究表明，当磁通量变化而电路断开时，虽进一步研究表明，当磁通量变化而电路断开时，虽然没有感应电流，但电路中仍有感应电动势。因此，感然没有感应电流，但电路中仍有感应电动势。因此，感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。成功体验成功体验 如右图，是某同学设计如右图，是某同学设计的风速测量装置。请你解释的风速测量装置。请你解释这个装置是怎样工作的。这个装置是怎样工作的。 工作原理：工作原理：在风的作用下，上面的叶片转动，通过杆带动下面的在风的作用下，上面的叶片转动，通过杆

6、带动下面的永磁铁转动。永磁铁的转动导致下面螺线管中的磁通量发生变化，在永磁铁转动。永磁铁的转动导致下面螺线管中的磁通量发生变化，在螺线管中产生感应电动势，相当于电源。从而，电流表有了示数。风螺线管中产生感应电动势，相当于电源。从而，电流表有了示数。风速越大，叶片转的越快，磁通量变化的也越快，使得感应电流也发生速越大，叶片转的越快，磁通量变化的也越快，使得感应电流也发生变化。所以可以利用该装置测量风速。变化。所以可以利用该装置测量风速。信息窗信息窗绳系卫星发电设想绳系卫星发电设想那么，感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？那么，感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？二、电磁感应定律二、电磁感应定律探究感

7、应电动势大小与磁通量变化的关系探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题提出问题猜想与假设猜想与假设 感应电动势感应电动势E E的大小与磁通量的变化量的大小与磁通量的变化量有关。也有关。也与完成磁通量变化所用的时间与完成磁通量变化所用的时间t t有关。也就是与磁通量变有关。也就是与磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率率/ / t t表示）表示）实验探究实验探究实验表明：实验表明： 电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。这就是磁通量变化率成正比。这就是法拉第电磁感

8、应定律法拉第电磁感应定律。式中式中k k为比例常数，在国际单位制中为比例常数，在国际单位制中EVWbts 上式简化为上式简化为即：即：EkttE思考一：公式中思考一：公式中e e表示的是平均感应电动势还是瞬时感表示的是平均感应电动势还是瞬时感应电动势？应电动势？nEt21n t21n BBSt21n SSBt说明：说明：（1 1）所求所求E E为为t t时间内的平均感应电动势时间内的平均感应电动势 （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 思考二：若闭合电路是思考二：若闭合电路是n n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量相同，量相同，E

9、E？ 如果闭合电路是一个如果闭合电路是一个n n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同。由于量变化率都相同。由于n n匝线圈可以看成是由匝线圈可以看成是由n n个单匝线圈个单匝线圈串联而成，因此整个线圈中感应电动势是单匝线圈感应电串联而成，因此整个线圈中感应电动势是单匝线圈感应电动势的动势的n n倍倍应用公式应用公式 求求E E的两种常见情况：的两种常见情况：Ent1.1.磁感应强度磁感应强度B B不变不变, ,垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S S发生变化发生变化, , SSS S2 2-S-S1 1, ,此时：此时：2.2.垂直于磁场的回路面积垂直于

10、磁场的回路面积S S不变不变, ,磁感应强度磁感应强度B B发生化发生化, , B BB B2 2- -B B1 1, ,此时：此时：B SEntS BEnt（感生电动势）（感生电动势）（动生电动势）（动生电动势）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磁通量变化磁通量变化磁通量变化率磁通量变化率/t/t理解理解、/t/t的意义的意义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穿过回路的磁通穿过回路的磁通量变化量变化了多少了多少产生产生感应电感应电动势的条件动势的条件穿过回路的穿过回路的磁通磁通量变化的快慢量变化的快慢决定感应电决定感应电动势的大小动

11、势的大小导体切割磁感线时的导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势 Gabv 如图所示闭合线框一部分导体如图所示闭合线框一部分导体abab长长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，abab以速度以速度v v匀速切割磁感线。求产匀速切割磁感线。求产生的感应电动势？生的感应电动势？回路在时间回路在时间 内增大的面积为：内增大的面积为：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量为：穿过回路的磁通量的变化量为：（v v是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）分析：分析：ab GabvtSlv t B SBlv t Blv tEBlvtt 若导体运动

12、方向跟磁感应强度方向有一任意夹角若导体运动方向跟磁感应强度方向有一任意夹角 ( (导体斜切磁感线导体斜切磁感线) )vB BV1V2为为v与与B夹角夹角sin1BlvBlvE注意：注意：2.2.导线的长度导线的长度l应为应为有效长度有效长度1.1.导线运动方向和磁感线导线运动方向和磁感线平行平行时时, , E=0E=03.3.速度速度v v为平均值为平均值( (瞬时值瞬时值), ), E E就为平均值就为平均值( (瞬时值瞬时值) )l匀强磁场匀强磁场v v、B B、l两两两垂直两垂直夹角为与Bv总结：导体切割磁感线时的总结：导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势BlvE sinBlvE vl

13、Bl、 与与 的区别和联系的区别和联系解答：解答：(1)(1)区别区别 求出的是求出的是tt时间内的平均感应电动势，时间内的平均感应电动势，E E与某段时间或某个过程相对应；与某段时间或某个过程相对应； 求出的求出的是瞬时感应电动势，是瞬时感应电动势，E E与某个时刻或某个位置相对应与某个时刻或某个位置相对应 求的电动势是整个回路的感应电动势，而求的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分的电动势不是回路中某部分的电动势E=ntE=ntE=ntEBlvsinE=Blvsin(2)(2)联系联系 当当t0t0时，时， 为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势当当v v代表的是平均速度时，代表的是

14、平均速度时， 求出的是某段时间求出的是某段时间内的平均感应电动势内的平均感应电动势总结总结：一般说来，用：一般说来，用 求平均感应电动势方便些；求平均感应电动势方便些；而用而用 求瞬时感应电动势方便些求瞬时感应电动势方便些E=ntE=BlvsinE=ntE=Blvsin1.1.穿过一个电阻为穿过一个电阻为11的单匝闭合线圈的磁通量始终是每的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀减少秒均匀减少2Wb2Wb，则（），则（）A.A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少线圈中的感应电动势一定是每秒减少2v2vB.B.线圈中的感应电动势一定是线圈中的感应电动势一定是2v2vC.C.线圈中的感应电流一定是每秒减少

15、线圈中的感应电流一定是每秒减少2A2AD.D.线圈中的感应电流一定是线圈中的感应电流一定是2A2ABDBDE2VtEI2AR不变！不变！不变！不变！解析：解析：2.2.关于电磁感应，下述说法中正确的是关于电磁感应，下述说法中正确的是( )( )A.A.穿过线圈的磁通量越大穿过线圈的磁通量越大, ,感应电动势越大感应电动势越大B.B.穿过线圈的磁通量为零穿过线圈的磁通量为零, ,感应电动势一定为零感应电动势一定为零C.C.穿过线圈的磁通量的变化越大穿过线圈的磁通量的变化越大, ,感应电动势越大感应电动势越大D.D.穿过线圈的磁通量变化越快穿过线圈的磁通量变化越快, ,感应电动势越大感应电动势越大

16、D D注意注意: :感应电动势感应电动势E E与与、 /t t的关系的关系3.3.如图所示如图所示. .平行金属导轨的间距为平行金属导轨的间距为d d，一端跨接一阻值为，一端跨接一阻值为R R的电阻，匀强磁场的磁感应强度为的电阻，匀强磁场的磁感应强度为B B. .方向垂直于导轨平方向垂直于导轨平面指向里面指向里. .一根长金属棒置于导轨上，与导轨成一根长金属棒置于导轨上，与导轨成6060角，角，当金属棒以垂直于棒的速度当金属棒以垂直于棒的速度v v在导轨上滑行时，电阻在导轨上滑行时，电阻R R中的中的电流强度为电流强度为( (不计导轨和棒的电阻不计导轨和棒的电阻) ( ) ( )C CBdvA

17、. Rsin60BdvB.RBdvsin60C. RBdvcos60D.Rv v4.4.如图所示，一导线弯成半径为如图所示，一导线弯成半径为 的半圆形闭合回路虚的半圆形闭合回路虚线线MNMN右侧有磁感应强度为右侧有磁感应强度为B B的匀强磁场方向垂直于回路的匀强磁场方向垂直于回路所在的平面回路以速度所在的平面回路以速度v v向右匀速进入磁场，直径向右匀速进入磁场，直径CDCD始始终与终与MNMN垂直从垂直从D D点到达边界开始到点到达边界开始到C C点进入磁场为止，点进入磁场为止，下列结论正确的是下列结论正确的是( )( )mABCDCEBav1DEBav4感应电流方向不变段直导线始终不受安培

18、力感应电动势最大值感应电动势平均值 ACDACDm2BCDaEBav1Ba12EBav2 ACDat4v不在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，根据左手定则可以判断，段受安培力方向向下，当半圆闭合回路进入磁场一半时，即这时等效长度最大为 ，这时正确正确感应电动势最大正确，感应电动势平均值 ， 正确解析：5.5.长为长为L L的金属棒的金属棒abab，绕，绕b b端在垂直于匀强磁场的平面端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度内以角速度匀速转动，磁感应强度为匀速转动，磁感应强度为B B，如图所示，如图所示，求求abab两端的电势差两端的电势差解析解析: : abab两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动势（因为没有外电路），所以只要求出电动势即可势（因为没有外电路），所以只要求出电动势即可 棒上各处速率不等，不能直接用