选修32电磁感应教材分析常玉如PPT课件

1、产生感应电流的条件感应电动势大小法拉第电磁感应定律感应电流方向感应电流方向电磁感应现象电磁感应现象互感和自感互感和自感涡流涡流闭合电路磁通量变化感生电动势和动生电动势感生电动势和动生电动势计算平均或瞬时电动势（为B、v夹角，v与L垂直）楞次定律（通用）楞次定律（通用）右右手定则（垂直切割磁感线）手定则（垂直切割磁感线）互感：两个彼此绝缘的电路间的电磁感应现象互感：两个彼此绝缘的电路间的电磁感应现象断电自感和通电自感自感自感自感系数：由导体自身构造决定自感系数：由导体自身构造决定应用和防止应用和防止自感电动势自感电动势涡流现象涡流现象涡流的应用：冶炼、电磁阻尼、电磁驱动涡流的应用：冶炼、电磁阻尼

2、、电磁驱动涡流的防止涡流的防止电磁感应tnEsinBlvE tILE本章的知识结构本章的知识结构：第1页/共119页学情分析：初、高中对电磁感应认识学情分析：初、高中对电磁感应认识初中阶段主要是介绍电磁感应的概念、产生感应电流的条件及简单应用。初中：闭合电路的一部分导体，做切割磁感线运动，产生感应电流。高中阶段理解电磁感应的概念、产生感应电流的条件，掌握感应电动势、感应电流、力、能量的计算。高中：穿过闭合电路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，研究电磁感应的规律。从能的转化与守恒 观点看，电磁感应现象是把其它形式的能转化为电能的过程。麦克斯韦电磁波理论，解释了电磁感应现象的本质。第2页/共1

3、19页课程标准中对电磁感应的目标定位1.资料，了解电磁感应的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。2.实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。3.探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。4.实验，了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。第3页/共119页从考试说明看能力要求内容内容要求要求说明说明 电磁感应现象，磁通量，法拉电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律第电磁感应定律，楞次定律 1导体切割磁感线时感应电动势的计算，只只限于限于L垂直于垂直于B、v的情的情况况。2在电磁感应现象里，不要求判断内电路中

4、各点电势的高低。3根据“能量转化和守能量转化和守恒定律恒定律”会处理不同形式能量之间的转化问题。 导体切割磁感线时的感应电动导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则势，右手定则 反电动势反电动势 自感现象，涡流自感现象，涡流第4页/共119页近几年高考试题对电磁感应的考查情况2012 19楞次定律（跳环实验）楞次定律（跳环实验）6分分201317导体切割磁感线时的感应电动势（简单电路）导体切割磁感线时的感应电动势（简单电路）6分分201424导体切割磁感线时的感应电动势（单杆）导体切割磁感线时的感应电动势（单杆）24分分201522导体切割磁感线时的感应电动势导体切割磁感线时的感应电动势16分分

5、201616感生电动势和楞次定律感生电动势和楞次定律6分分201719/24自感现象自感现象/导体切割磁感线时的感应电动势导体切割磁感线时的感应电动势26分分第5页/共119页电磁感应电磁感应-课时安排建议课时安排建议1.划时代的发现划时代的发现(1课时课时).2.探究感应电流的产生条件探究感应电流的产生条件 (1课时课时). 3.楞次定律楞次定律 (2课时课时).4.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 (3课时课时).5.电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况 (1课时课时).6.互感和自感互感和自感 (1课时课时).7.涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动 (1课时课时

6、)8.电磁感应规律的综合应用电磁感应规律的综合应用(2课时课时)共计共计12课时课时(3周周)第6页/共119页第1节 划时代的发现1.回顾物理学史，体会探索物理规律的科学方法“探究磁生电的过程”历史背景；探索过程；机遇青睐。统一性磁生电对称性电生磁科学结论实验探索分析归纳提出问题推理假设科学信念科学思想科学方法科学规律科学信念；科学思想；科学精神。第7页/共119页2.利用科学史进行探究教学（1 1）、电）、电与磁有联系吗？与磁有联系吗？1919世纪世纪2020年代之前的年代之前的“偏偏执执”法物理学家法物理学家安培安培英国物理学家英国物理学家托马托马斯斯杨杨法物理学家法物理学家库仑库仑二者

7、二者显然肯显然肯定定是独立的，是独立的，无关的。无关的。丹麦物理学家丹麦物理学家奥斯特奥斯特我坚信：我坚信：电与电与磁是有关联的。磁是有关联的。我一定要找到我一定要找到她！她！第8页/共119页（2 2）、奥斯特）、奥斯特“碰巧碰巧”发现了发现了: :电流磁效应电流磁效应 电磁感应现象的发现是与电流磁效应的发现密切相连的。 在1820年4月的一次演讲中，奥斯特碰巧在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针。当电源接通时，小磁针居然转动了。随后的实验证明，电流的确能使磁针偏转。这种作用称为电流的磁效应。 电流的磁效应显示了载流导体对磁针的作用力，揭示了电现象与磁现象之间存在的某种联系。(3)(3)、电

8、流磁效应：发现的意义、电流磁效应：发现的意义 突破了突破了电、磁无关的电、磁无关的思维定势思维定势；前所未有地；前所未有地拓宽了拓宽了物理学研究的物理学研究的视视野野；增强增强了了人们对固有观念的人们对固有观念的怀疑精神怀疑精神和推翻固有权威成见的和推翻固有权威成见的自信力自信力；第9页/共119页（1 1）、艰难的探索：众多物理学家）、艰难的探索：众多物理学家“浅尝则止浅尝则止”2、利用动画视频、展示探索科学规律的历程与真理擦肩而过的实验：18221822年，安培和德莱里弗做了一个电流的磁感应效应实验。他们将强磁年，安培和德莱里弗做了一个电流的磁感应效应实验。他们将强磁体移向铜环，当线圈与电

9、池接通时，发现铜环发生了偏转，以为铜环被体移向铜环，当线圈与电池接通时，发现铜环发生了偏转，以为铜环被磁化，铜环中短暂的分子电流与强磁铁发生了作用。磁化，铜环中短暂的分子电流与强磁铁发生了作用。18291829年，美国物理学家享利在用实验考查绕有不同长度导线的电磁铁所年，美国物理学家享利在用实验考查绕有不同长度导线的电磁铁所产生的磁力大小时，意外地发现，当断开与通电线圈相连的开关时，会产生的磁力大小时，意外地发现，当断开与通电线圈相连的开关时，会产生强烈的电火花产生强烈的电火花。当时享。当时享利无法解释，也未做进一步研究。利无法解释，也未做进一步研究。第10页/共119页跑失良机的跑失良机的科

10、拉顿（英国）科拉顿（英国）：第11页/共119页第12页/共119页(2)(2)、法拉第：历经法拉第：历经1010年，年，“痴痴”心不改心不改“试验失败再试验试验失败再试验”：屡战屡败、屡败屡战屡战屡败、屡败屡战G_+一段通电直导线放在另一段一段通电直导线放在另一段直导线旁边直导线旁边G _ + 未通电直导线放在另一段通电线未通电直导线放在另一段通电线圈内部圈内部通电直导线放在不通电线圈内部通电直导线放在不通电线圈内部第13页/共119页实验实验1.1. 两根长两根长4 4英寸长的导线平行放置英寸长的导线平行放置, , 用两张厚纸将它们隔开用两张厚纸将它们隔开, , 先把先把其中的一根导线接到

11、电池的两端通电其中的一根导线接到电池的两端通电, ,再把另一根与电流计相连。再把另一根与电流计相连。 实验实验2.2. 将空心螺线管接到电池的两极将空心螺线管接到电池的两极, , 把一直导线引进螺线管把一直导线引进螺线管, , 直导线直导线两端与电流计相连两端与电流计相连 。实验实验3.3. 将实验将实验2 2中的直导线与电池两极相连中的直导线与电池两极相连, , 螺线管与电流计连接螺线管与电流计连接 。实验实验4.4. 把两根导线互相缠绕着把两根导线互相缠绕着, , 先把其中的一根的两头接到电池上通电先把其中的一根的两头接到电池上通电, , 把另一根的两头接到电流计上。把另一根的两头接到电流

12、计上。 麦克斯韦麦克斯韦： 科学家其实也有许多粗糙的想法和不成功的经验。科学家其实也有许多粗糙的想法和不成功的经验。他们是伟大的，但并不是高不可攀的。他们是伟大的，但并不是高不可攀的。第14页/共119页法拉第法拉第第一个第一个成功实验：成功实验：十年失败，一朝顿悟十年失败，一朝顿悟开关电池组电流计(2)(2)、法拉第：历经法拉第：历经1010年，年，“痴痴”心不改心不改第15页/共119页“把一根长度为203英尺（约62m）的铜丝绕在一个大圆木块上，再把另一根同样长的铜丝嵌绕在同一个圆木块上， 两线圈之间用绝缘线隔开，不让它们有接触。其中一匝线圈与一只电流计连成闭合回路，另一匝线圈则通过开关

13、与一组电池组相连实验中发现，当开关突然接通时，与另一线圈相连的电流计会发生突然而极其微小的摆动；当开关突然断开时，电流计也会发生同样的微弱效应。不过当开关一直接通，电流不断通过第一只螺线管时，在另一只螺线管上并没有什么类似的效应，与它连接的电流计也没有什么表现重新做这个实验我们查明了一个事实：开关突然接通时电流计指针的微小偏转常循着一个方向；开关突然断开时，电流计指针的偏转则循着另一个方向。 ” 法拉第公布的关于“极其微小的摆动”的发现，据说被一位贵夫人不解为“这有什么用？”法拉第以他坚定的信念作了绝妙的回答：“那么，一个新生的婴儿又有什么用呢？”今天，我们看到，法拉第的“电磁感应婴儿”已长成

14、地球与现代人类社会最不可缺的“超人”。第16页/共119页法拉第法拉第另一个另一个成功实验：成功实验：G_+法拉第：法拉第：“一朝顿悟一朝顿悟”磁生电磁生电是一种在是一种在变化变化、运动运动的过程中才能出现的效应。的过程中才能出现的效应。(2)(2)、法拉第：历经法拉第：历经1010年，年，“痴痴”心不改心不改第17页/共119页深入探究的真谛铁心铁心木筒木筒变化变化的电流的电流将条形磁铁将条形磁铁插入空心线圈插入空心线圈运动运动的磁铁的磁铁在磁铁中在磁铁中运动运动的导体的导体变化变化的磁场的磁场l 由磁得到电的现象叫电磁感应。由磁得到电的现象叫电磁感应。l 电磁感应现象中产生的电流叫感应电流

15、。电磁感应现象中产生的电流叫感应电流。l 电磁感应不是稳态效应，电磁感应不是稳态效应，而是而是动态效应动态效应。(2)(2)、法拉第：历经法拉第：历经1010年，年，“痴痴”心不改心不改第18页/共119页法拉第将其发现的全部法拉第将其发现的全部“磁生电磁生电”现象分成现象分成五类：五类：变化变化的电流的电流变化变化的磁场的磁场运动运动的恒定电流的恒定电流运动运动的磁铁的磁铁在磁场中在磁场中运动运动的导体的导体“磁生电磁生电”现象的现象的本质本质特征特征是：是：变变化化、运动运动 法拉第发现的电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了

16、重大贡献。同时也推动了电气化时代的到来.第19页/共119页1831年年10月月28日日 法拉第的创新：法拉第的创新： 圆盘发电机，首先圆盘发电机，首先向人类揭开了机械能向人类揭开了机械能转化为电能的序幕。转化为电能的序幕。第20页/共119页最早的电动机：电磁旋转器最早的电动机：电磁旋转器第21页/共119页（3）.自主学习：科学漫步第1节 划时代的发现(1)你能从这个电磁感应现象的发现的特例中总结科学发现或科学研究的一般思路和方法?(2)从法拉第十年探索的艰难历程,你对法拉第的研究思想，研究方法和精神，得到了什么体会和感想?(3)法拉第出生贫寒，只读了两年小学，但最终成为伟大的科学家，依靠

17、的是什么？对此，你有何感想?第22页/共119页1.教学流程：(探究性教学)第2节 探究感应电流的产生条件提出问题：产生感应电流有哪些方法？(可以是个性化引入)实验观察：三个典型实验(贯穿全章，1个演示、2个学生小组实验) 同时渗透法拉弟归纳的“产生电磁感应的五类原因”。分析论证：三个典型实验(五类原因)的共性问题：(导体动、 磁铁动、恒定电流动)和(磁场变、电流变)导致磁 场穿过闭合电路的某个量(磁通量)发生变化。归纳结论：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就 有感应电流。第23页/共119页2.实验1：(演示)第2节 探究感应电流的产生条件磁场中运动的导体导体切割磁感线观察重点：

18、导体不同运动产生的结果，从而了解切割磁感线的含义。导体运动情况导体运动情况表针摆动方向表针摆动方向静止在磁场中不动水平向右平动向左水平向左平动向右竖直向上运动不动竖直向下运动不动斜向右上运动向左定量图象表示第24页/共119页2. 实验2运动的磁铁运动的线圈导体与磁体相对运动，导体切割磁感线穿过线圈的磁场变强(插入)或变弱(抽出)第2节 探究感应电流的产生条件第25页/共119页2. 实验3第2节 探究感应电流的产生条件变化的电流运动的电流线圈内的磁场强弱变化操 作表 针开关闭合瞬间向右开关断开瞬间向左开关闭合，滑动变阻器滑片不动不动开关闭合，滑动变阻器滑片快速右移向右开关闭合，滑动变阻器滑片

19、快速左移向左开关闭合，滑变不动，将A快速抽出向左开关闭合，滑变不动，将A快速抽出向右第26页/共119页3. 分析论证：第2节 探究感应电流的产生条件线圈内磁场变强B内磁场变弱线圈内磁场变弱切割磁感线，回路面积变化。问题：通过三个实验，能否找到“产生感应电流”的共同规律？有磁感线穿过电路，B变或S变，还有B内磁场变强第27页/共119页3. 分析论证：第2节 探究感应电流的产生条件线圈内磁场变强B内磁场变弱线圈内磁场变弱切割磁感线，回路面积变化。问题：有感应电流产生时，磁场穿过闭合电路(线圈)的什么量发生了变化？磁感线的条数发生变化B内磁场变强问题：表示穿过电路或线圈(某个面积)的磁感线条数多

20、少的物理量是什么？磁通量： =BS (BS )第28页/共119页4. 归纳结论：第2节 探究感应电流的产生条件静态稳定运动变化简单统一穿过闭合电路的磁通量发生变化. =BSn =BScos 1. B大小变化;2. SB变化;3. B与S夹角变化.运动的导体运动的磁铁运动的恒定电流变化的电流变化的磁场只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就产生感应电流。物理学就是寻找不同自然现象之间的联系，追求统一解释的学科。第29页/共119页5. 实践检验：第2节 探究感应电流的产生条件你能测电磁场吗？摇绳能发电吗？第30页/共119页第2节 探究感应电流的产生条件(1)在书图4.2-2中，当磁棒插

21、入或抽出时，线圈中是动生电动势还是感生电动势，是每一匝导线切割磁感线，还是线圈内的磁场在变化？(2)课后“问题与练习”中的第7题，是一个创新试题，它涉及到导体的运动和磁场变化两个方面 ，学生解题时在入手方面普遍存在一定的困难。6、思考与讨论如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动，t=0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为L的正方形。（1）求t=0时感应电动势大小，比较M、N点电势高低，（2）如果使MN棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B应随时间t怎样变化？请推导这种情况下B与t的关系式。

22、（3）画出上述（2）中B与t的变化示意图。第31页/共119页拓展性思考：(1)当棒从图示位置向右匀加速运动时，情况又如何？(2)当B均匀变化时，能否确定棒的运动情况？当通过闭合回路的磁通量不变，则MN棒中不产生感应电流，有B0l2=Bl(l+vt)所以B=第32页/共119页教学的过程就是科学探究的过程提出问题：提出问题：怎样判定怎样判定感应电流感应电流的方向的方向实验探究：实验探究：运动的磁体运动的磁体实验验证：实验验证：变化的磁场变化的磁场总结规律：总结规律：楞次定律楞次定律分析推理：分析推理：右手定则右手定则深化理解：深化理解：两个推论两个推论实践应用：实践应用：跳环实验跳环实验落磁实

23、验落磁实验第3节 楞次定律 第33页/共119页1.实验探究：感应电流的方向如何确定？第3节 楞次定律 + +GNS试接触法第34页/共119页1.实验探究：感应电流的方向.第3节 楞次定律 B感方向向上向下向上向下关键：“中介”因素是感应电流的磁场方向第35页/共119页2.分析论证，归纳总结分析论证，归纳总结感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.1.谁在阻碍？ 2.阻碍什么？3.如何阻碍？ 4.能否阻止？5.为何阻碍？(暗示能量转化)第3节 楞次定律 楞次定律B感感与与B原原相同相同 减小减小时时B感感与与B原原相反相反 增加时增加时B感感阻碍阻碍 增加增加B感感阻碍阻碍 减小

24、减小B感感阻碍阻碍 变化变化1.阻碍不是“相反”2.阻碍不是“阻止”对关键词“阻碍”的理解学生总结：增反减同第36页/共119页3.实验验证实验验证：对楞次定律的：对楞次定律的检验检验第3节 楞次定律 实验时，首先明确B线圈的绕向，搞清电流流向和指针偏转的关系；其次搞清A线圈的绕向和形成的磁场方向；再次应用楞次定律分析开关闭合或断开时指针的偏转方向。然后再进行实验验证。第37页/共119页4.思考与讨论：对楞次定律的评估思考与讨论：对楞次定律的评估手握条形磁铁靠近圆环时，圆环产生的感应电流，获得了电能，是什么能量转变了电能？第3节 楞次定律 (1)如果说消耗了人的能量转变为电能时，手握磁铁靠近

25、圆环运动时，圆环中的感应电流的磁场对磁铁的作用力应做什么功？(2)如果说环中感应电流的磁场要阻碍环中磁能量增加时，圆环中的感应电流的磁场对磁铁的作用力方向应如何？(3) 你能否设计一个实验来验证你的推理？第38页/共119页5.楞次定律的楞次定律的应用应用例1.在同一铁芯上绕着两个线圈，下列情况下线圈P中是否有感应电流？判定其方向，并用实验验证.(1)在闭合开关S的瞬间；(2)线圈P中有恒定电流通过；(3)在断开开关S的瞬间.第3节 楞次定律 铁芯是必备的吗？第39页/共119页第3节 楞次定律 5.用楞次定律判定感应电流方向的步骤.感应电流的感应电流的磁场方向磁场方向感应电流感应电流的方向的

26、方向明确研明确研究的对究的对象是哪象是哪一个闭一个闭合电路合电路该电路磁通该电路磁通量如何变化量如何变化该电路磁场该电路磁场的方向如何的方向如何描述了：磁通量变化、磁场方向、描述了：磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系。感应电流方向三个因素的关系。回路中感应电流方向阻碍磁通量变化方向通过一些典型例题，让学生总结第40页/共119页5.楞次定律的应用楞次定律的应用.例2.矩形线圈abcd位于通电直导线附近，始终与导线在同一平面.分析下列情况下线圈中是否有感应电流？如果有电流，电流的方向怎样？(1)线圈不动，增大导线中的电流；(2)导线中的电流不变，线圈向上平动；(3)导线中的电流不变

27、，线圈向右平动.第3节 楞次定律 第41页/共119页6.从楞次定律到右手定则从楞次定律到右手定则.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.应用发现第3节 楞次定律 Iv第42页/共119页6.从楞次定律到右手定则从楞次定律到右手定则.问题：(1)磁场必须垂直“扎”手心吗？(2)拇指与其余四指必须垂直吗？(3)与左手定则比较，有何异同？(4)右手定则与楞次定律有何关系？应用发现第3节 楞次定律 第43页/共119页6.感应电流所受安培力的机械效果感应电流所受安培力的机械效果.第3节 楞次定律 探究1：用磁铁的任一极来移近或远离铝环A或B.(1)A、B环中是否会产生电流?(2)A、B环

28、分别怎样运动?(3)试用能量转化和守恒定律解释这一现象.效果1：感应电流所受的安培力总是阻碍它们的相对运动.第44页/共119页6.感应电流所受安培力的机械效果感应电流所受安培力的机械效果.第3节 楞次定律 探究2：如右图，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时 Ap、q将互相靠拢 Bp、q将互相远离 C磁铁的加速度仍为g D磁铁的加速度小于g效果2：感应电流所受的安培力总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.第45页/共119页7.楞次定律的推论阻碍变化 阻碍相对运动 改变面积感应电流的效果总要反抗引起感应电流的原因.第3节

29、 楞次定律 第46页/共119页问题与练习：问题与练习：7.“法拉弟圆盘发电机法拉弟圆盘发电机”第3节 楞次定律 旧版教材新版教材第47页/共119页法拉第做成的世界上第一个发电机模型的原理图。 把一个圆铜盘放在匀强磁场B中，使磁感线垂直通过铜盘，转动铜盘就可以获得动生电动势。这是因为整个铜盘可视为由很多根从中心到边缘的辐条组成，当铜盘转动时，每根辐条都同样地切割磁感线而引起动生电动势，相当于一节电池，整个铜盘就是一个并联电池组，其电动势与一根辐条上的电动势是相同的。 第48页/共119页如何从磁通量变化的角度解释法拉弟圆盘发电机的原理如何从磁通量变化的角度解释法拉弟圆盘发电机的原理.第3节

30、楞次定律 CDRASPI1II2I12IRv回路1：DSACD回路2：DPACD回路3：DRCD回路3回路1回路2CD(电源)顺时针转动时，回路1的增加，回路2的减少，回路3.？形成图示感应电流。第49页/共119页8.观察实验现象，并解释原因.跳环实验落磁实验从能量守恒的思想理解楞次定律闭合电路磁通量变化感应电流磁场与电流的作用力第3节 楞次定律 第50页/共119页教学设计方案教学设计方案感应电动势的认识感应感应电源：电源：产生产生感应感应电流电流的导体。根据感的导体。根据感应电流应电流判定判定正负极。正负极。感应电动势：感应电动势：是产生是产生感应电流的本质感应电流的本质原因。原因。感应

31、电动势的大小表表达达式式定量研究定量研究电磁感应定律因素电磁感应定律因素实验定性探究：实验定性探究：感应电动势因素感应电动势因素tE推论及应用反电动势：反电动势：导线切割磁感线的感应电动势E=Blvsin IrUE反热输入机械PPPNBSE反第4节 法拉弟电磁感应定律 第51页/共119页1.感应电动势感应电动势可以根据判断感应电流的方向确定。在楞次定律或右手定则中，感应电流的方向就是感应电动势的方向，即四指所指的那一端是感应电动势的正极(高电势端)。第4节 法拉弟电磁感应定律 第52页/共119页1.感应电动势感应电动势Iv谁是电源谁是电源？如何判断？如何判断感应电动势的正负极？感应电动势的

32、正负极？+ +GGNSG第4节 法拉弟电磁感应定律 第53页/共119页第4节 法拉弟电磁感应定律 2.感应电动势大小的影响因素将一根或两根条形磁铁从同一位置插入螺线管，第一次快速插入或（快速拔出），第二次缓慢插入. 观察电流计指针偏转的大小.(1)为什么有感应电流？(2)哪一次感应电流大?(3)感应电流大小跟什么因素有关?一根条形磁铁变化大小相同，即相同；变化快慢不同，即/t不同；变化越快，感应电流越大，电阻一定时，感应电动势越大.第54页/共119页第55页/共119页第56页/共119页第57页/共119页第58页/共119页第59页/共119页tkEtnEtE1212tt3.法拉弟电磁

33、感应定律法拉弟电磁感应定律第4节 法拉弟电磁感应定律 第60页/共119页3.法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律tnE对公式对公式E=n/t的理解：的理解：(1)E只与只与/t有关，而与、无关；(2) E是整个回路中产生的感应电动势，不是某段电是整个回路中产生的感应电动势，不是某段电路中的路中的E，回路中的，回路中的E为为0时，某段电路中的时，某段电路中的E也许也许不为不为0.(3)当当t较大时，E为平均感应电动势；当t0时，E为瞬时感应电动势。第4节 法拉弟电磁感应定律 第61页/共119页对E=n/t的理解是磁通量.是磁通量的变化量./t是磁通量的变化率.比较不同时刻感应电动势的大小.第

34、4节 法拉弟电磁感应定律 第62页/共119页4. 推导导体切割磁感线电动势的计算公式BlvEttBlvtnEsin1BlvEBlvE第4节 法拉弟电磁感应定律 第63页/共119页3.法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律sinBLvE 对公式对公式对E=Blv sin的理解：的理解：(1)适用于一段导体切割磁感线时的感应电动势计算，适用于一段导体切割磁感线时的感应电动势计算，L上各点的上各点的B相同相同；(2)理论上适用任意形状的导线，理论上适用任意形状的导线，L和和E分别分别为导线为导线上某上某；(3)可以计算平均值，也可计算瞬时值，可以计算平均值，也可计算瞬时值，为为B与与v的的夹角，夹

35、角，v与与L垂直垂直。第4节 法拉弟电磁感应定律 第64页/共119页对E=Blv的理解(lB, vl )E=Blv .l是切割磁感线的有效长度 或两端点在(B，v)方向长度。v是相对速度, v相=v2-v1 。 abO第4节 法拉弟电磁感应定律 第65页/共119页对E=Blv的理解221rrBLE221BLE 第4节 法拉弟电磁感应定律 第66页/共119页4. 推导导体切割磁感线电动势的计算公式的比较 与sinBlvEtnE(1)研究对象不同(2)物理意义不同(3)适用范围不同(4)本质相同，但各有方便的一面。第4节 法拉弟电磁感应定律 第67页/共119页5.关于反电动势的教学E反EU

36、IrE UIM第4节 法拉弟电磁感应定律 第68页/共119页5.关于反电动势的教学E反EUIR不适用？对电动机为什么RUI REUI反第4节 法拉弟电磁感应定律 第69页/共119页5.关于反电动势的教学E反EUIR热输入机械PPPRIIUIE2反IRUE反REUI反2.若电动机有负载时，相对于空载，会有什么变化？1.若电动机由于机械故障停转时，会产生什么后果？3.电动机从启动到正常运转过程中，电流会有什么变化？NBSE反第4节 法拉弟电磁感应定律 第70页/共119页电路接通瞬间，什么原因导致电流平滑增大？由于什么原因导致线圈电流开始较大？第71页/共119页1.电磁感应电磁感应 现象中的

37、感生电场现象中的感生电场磁场变强圆环回路是一个只有内电路的电路，可以证明：任何两点间的电势差为0。其环中自由电子定向运动形成感应电流(电动势)。导体环是电源1. 电荷为什么会定向运动？2. 非静电力是哪个力？3. 什么能转化为电能？第5节 电磁感应规律的两类情况 电磁感应规律：第一项为感生电动势第二项为动生电动势第72页/共119页B减弱时麦克斯韦电场理论：变化的磁场周围产生电场-感生电场感生电场的方向符合楞次定律1.第5节 电磁感应规律的两类情况 第73页/共119页1.电磁感应电磁感应 现象中的感生电场现象中的感生电场感生电场磁场变强非静电力：感生电场力.感生电场力做功：磁场能电能tBre

38、rtBrrerEeF2222020场力大小：每个电子所受的感生电第5节 电磁感应规律的两类情况 圆柱形磁场半径为R,若rRtBRrE22第74页/共119页电子能否在涡旋电场中被加速？电子能否在涡旋电场中被加速？ 当电子在真空管中(有方向如图所示的磁场B2)逆时针方向加速时，内圆柱内的磁场如何变化？它在真空 中产生的涡旋电场方向怎样？ F电F洛v 电子沿管做加速圆周运动时的向心力由什么力来提供？它的大小特点是什么？ 当电子在真空管中不断被加速时，管中的磁场B2应如何变化？B2和B1的变化率是否应有一定的关系？B1B2v第5节 电磁感应规律的两类情况 第75页/共119页一个长圆柱形螺线管包括了

39、另一个同轴的螺线管，它的半径只是外面螺线管半径的一半，两螺线管单位长度具有相同的圈数，且初时都没有电流。在同一瞬时，电流开始在两个螺线管中线性地增大，任意时刻，通过里边螺线管的电流为外边螺线管中电流的两倍且方向相同，由于增大的电流，一个处于两个螺线管之间初始静止的带电粒子开始沿一条同心圆轨道运动。如图所示，求该圆轨道半径， 第76页/共119页我们看到利用感生电场加速带电粒子的一种可能。 在核物理实验中需要的高能粒子， 也可通过感应加速器来加速射入高频变化的磁场的带电粒子而获得。如图所示环形真空室，当磁场增大时，令电子沿切线方向射入，而当磁场达到最大时，即将加速后的电子导出，由于磁场高频变化，

40、感生电场较强，而入射电子速度一般已很大，在很短的时间内可绕行几十万圈， 感生电场力在几十万圈路径上做的功可使电子动能加大到几十兆电子伏特。 为了使电子在环形真空室中按一定轨道R运动，磁场设计应满足一定的要求。 第77页/共119页应用应用实例实例-电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器是电子感应加速器是用用感生电场感生电场来加速电子来加速电子的一种设备。的一种设备。铁芯铁芯电子束电子束环形真空环形真空管管 道道线圈线圈第78页/共119页 它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁它的柱形电磁铁在两极间产生磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨

41、道。当道。当磁场发生变化磁场发生变化时，就会沿管道方向时，就会沿管道方向产生产生感生电场感生电场。射入其中的电子就。射入其中的电子就受到感生电场的受到感生电场的持续作用持续作用而不断加速。而不断加速。第79页/共119页2. 动生电动势中的非静电力洛伦兹力磁场没有变化，导体在磁场中切割磁感线运动时产生的感应电动势叫1. 电荷为什么会定向运动？2. 非静电力是哪个力？3. 什么能转化为电能？第5节 电磁感应规律的两类情况 第80页/共119页(2)由能的转化和守恒角度推动生电动势公式由能的转化和守恒角度推动生电动势公式守恒定律：能的转化和BLvEPP外电vF外F安IBILvvFP外外外力做功功率

42、:IEP 电闭合电路电功率：nBLvtSnBE动电动势公式由电磁感应定律推动生) 1 (动生电动势的四个推导：第81页/共119页(3)由洛伦兹力角度推导由洛伦兹力角度推导体切割磁感线的体切割磁感线的电动势公式电动势公式vF洛F电eLEBev 电洛FFBLvE v棒为孤立导体时Lv达到稳定状态时第5节 电磁感应规律的两类情况 第82页/共119页(3)由洛伦力角度推导由洛伦力角度推导体切割磁感线的体切割磁感线的电动势公式电动势公式闭合回路一部分导体切割磁感线时qLEBqvsin合电洛达到稳定时FFsinBLvE sin合vvvuLvv合uv合F洛F电vuF/F第5节 电磁感应规律的两类情况 第

43、83页/共119页(4)动生电动势产生的本质动生电动势产生的本质闭合回路一部分导体切割磁感线时v合F洛F电vuF/F(1)洛伦兹力的洛伦兹力的推动电子沿导体定推动电子沿导体定向移动做功，实现由其它能转化为电能，向移动做功，实现由其它能转化为电能，产生产生。是电源的。是电源的；(2)洛伦兹力的分力洛伦兹力的分力F与棒运动方向相反，与棒运动方向相反，对棒做负功，外力克服对棒做负功，外力克服F做功，实现做功，实现向向量的转化；量的转化；(3)洛伦兹力本身不做功，它只起到传递能洛伦兹力本身不做功，它只起到传递能量的作用，实现：由量的作用，实现：由向向转化。转化。机械EWF/电EWF第5节 电磁感应规律

44、的两类情况 第84页/共119页动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量变化闭合回路的任何部分都不动，空间磁场变化导致回路中磁通量变化原因由于S变化引起回路中 变化由于B变化引起回路中 变化非静电力是洛仑兹力的分力，由洛仑兹力对运动电荷作用而产生电动势变化磁场在它周围空间激发感生电场，非静电力是感生电场力，由感生电场力对电荷做功而产生电动势方向的来源非静电力能量转化楞次定律楞次定律或右手定则机械能转化为电能磁场能转化为电能第85页/共119页例1：腰长为L的等腰直角三角形线圈，三边的总电阻为R，当由图示位置向右以速度 v 匀速通过宽度为2L的匀强磁场的

45、过程中，试画出线圈中感应电流i随时间t 变化的图象。2LBvabcL(5)例题分析例题分析第5节 电磁感应规律的两类情况 第86页/共119页bc2LBavtvcE1R p pbc2LBavtvcER aE a bbc2LBavtv pcER aE2 a b) (02vLtRBvI，)2 (0vLvLI，)3 2()3(2vLvLvLtRBvI，逆时针电流为正第87页/共119页bc2LBavtv pbc2LBavtvbc2LBavtv pOmIItvLvL2vL3mI-第88页/共119页例2.光滑金属导轨光滑金属导轨L=0.4m,电阻不计电阻不计,均匀变化的磁场穿均匀变化的磁场穿过整个导轨

46、平面过整个导轨平面,如图甲所示。磁场的磁感应强度随如图甲所示。磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙。金属棒时间变化的情况如图乙。金属棒ab的电阻为的电阻为1,自自t =0时刻开始从导轨最左端以时刻开始从导轨最左端以v=1m/s的速度向右匀速的速度向右匀速运动运动,则则 ( )A.1s末回路中电动势为末回路中电动势为0.8VB.1s末末ab棒所受磁场力为棒所受磁场力为0.64N C.1s末回路中电动势为末回路中电动势为1.6VD.1s末末ab棒所受磁场力为棒所受磁场力为1.28NB/Tt/s0.52011.0乙乙CDv甲甲ab第89页/共119页(6)问题与练习2.n=100，R15，r5 ，

47、S10cm2.3.B=1T，l=1 m，v=1 m/s，R1.5，r0.5 .1. 感应电动势的大小;；2. 电流的大小和方向；3. A、B电势差UAB；4. 电阻R的电功率.新版教材变为双杆问题第5节 电磁感应规律的两类情况 第90页/共119页9.问题与练习在进入磁场区域的过程中：1. 感应电流大小和方向；2. ab两点的电压Uab；3. 通过线框某一横截面的电荷量q；4. 求外力F所做的功的功率；5. 线框中产生的焦耳热及ab边产生的焦耳热。4. l=0.1m，D=0.2 m，B=1.0 T，v=2.0 m/s，R0.4 ，在线框通过磁场区域的过程中：6. 以逆时针电流为正，在图中作出I

48、-t的关系图象；7. 以向右为正，在图中作出FA-t关系图象；8. 在图中作出Uab-t的关系图象。第5节 电磁感应规律的两类情况 第91页/共119页(6)问题与练习第5节 电磁感应规律的两类情况 第92页/共119页1.“游戏” 引入在断开开关的瞬间，人为什么有被“电”的感觉？第6节 互感和自感第93页/共119页2.问题引入1. 在闭合、断开开关的瞬间，线圈P中是否有感应电动势？2. 通过线圈M的磁通量是否变化？是否感应电动势？互感自感第6节 互感和自感第94页/共119页3.通电自感实验合上S，观察A、B亮度变化. 为什么会发生这样的现象?定性解释：I E感与I反向阻碍I增大。A1逐渐

49、变亮，A2立即变亮。第6节 互感和自感第95页/共119页R1ELRA1A2SR1ELRA1A2S通电自感：通电自感：闭合开关时，线圈中产生反电动势闭合开关时，线圈中产生反电动势。反电动势逐渐减小，线圈中的电流逐渐增大，电路稳定时这个反电动势为0，线圈中的电流也达到稳定值。3.通电自感第6节 互感和自感第96页/共119页3.通电自感R1ELRA1A2SR1EELRA1A2SELtOLREUIL1第97页/共119页3.通电自感I1I2实验图线定性分析图线课本图4.6-5图线合成图I2I100.050.10.150.20.250.30.3500.050.10.150.2系列1系列2理论图线I1

50、I2第6节 互感和自感第98页/共119页4.断电自感实验断开S，观察A亮度变化，为什么会发生这种现象？A闪亮后逐渐变暗，最后熄灭。定性解释：IL E感与I同向阻碍I减小。1.为什么灯A闪亮后逐渐熄灭？2.灯A继续发光的能量从何而来？第6节 互感和自感第99页/共119页4.断电自感实验ELASEELAS断电自感：断电自感：断开开关时，线圈中产生正向电动势断开开关时，线圈中产生正向电动势。随着电动势逐渐减小至0，线圈中的电流逐渐减小，最后为0。S断开时第6节 互感和自感第100页/共119页4.断电自感实验S断开时ELASILtOILOIAO-ILO理想图线-1.5-1-0.500.511.5024