2022版高中物理第四章4法拉第电磁感应定律课件新人教版选修3-2

4法拉第电磁感应定律[学习目标]1.知道什么是感应电动势.2.理解和掌握法拉第电磁感应定律的内容和表达式,会用法拉第电磁感应定律解答有关问题.3.掌握导体切割磁感线产生的电动势E=Blvsinθ的推导及意义,会用此关系式解答有关问题.4.知道反电动势的定义和作用.课前预习掌握新知知识梳理一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)在现象中产生的电动势.(2)产生感应电动势的那局部导体相当于.(3)在电磁感应现象中,只要闭合回路中有感应电流,这个回路就一定有;回路断开时,虽然没有感应电流,但依然存在.2.磁通量的变化率磁通量的变化率表示变化的快慢,用表示,其中ΔΦ表示磁通量的变化量,Δt表示发生磁通量变化所用的时间.电磁感应电源电动势电动势磁通量(1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的

成正比.变化率(2)表达式:E=

(单匝线圈),E=

(多匝线圈).(3)在国际单位制中,磁通量的单位是

,感应电动势的单位是

.二、导线切割磁感线产生的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B,l,v两两垂直时,如图(甲)所示,E=

.韦伯伏特Blv2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图(乙)所示,E=

.

Blvsinθ三、反电动势1.定义:电动机转动时,由于切割磁感线,线圈中产生的

电源电动势作用的电动势.2.作用:反电动势的作用是

线圈的转动.如果要使线圈维持原来的转动,电源就要向电动机提供能量,此时,电能转化为其他形式的能.削弱阻碍科学思维1.思考判断(1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大,产生的感应电动势就越大.(

)×(2)感应电动势的方向可用右手定那么或楞次定律判断.()(3)穿过闭合回路的磁通量最大时,其感应电动势一定最大.()(4)导体棒在磁场中运动速度越大,产生的感应电动势一定越大.()(5)闭合电路置于磁场中,当磁感应强度很大时,感应电动势可能为零;当磁感应强度为零时,感应电动势可能很大.()(6)电动机工作中由于机械阻力过大而停顿转动,就没有了反电动势,线圈中的电流就会很大,很容易烧毁电动机.()√××√√(1)感应电动势的大小与Φ或ΔΦ的大小有没有关系?Φ的大小与n有没有关系?答案:感应电动势E的大小与Φ或ΔΦ的大小没有关系.Φ的大小与n没有关系.(2)如下图,一边长为L的正方形导线框abcd垂直于磁感线,以速度v在匀强磁场中向右运动,甲同学说:由法拉第电磁感应定律可知,这时穿过线框的磁通量的变化率为零,所以线框中感应电动势应该为零.乙同学说:线框中ad和bc边均以速度v做切割磁感线运动,由E=BLv可知,这两条边都应该产生电动势且Ead=Ebc=BLv.他们各执一词,到底谁说得对呢?答案:这两个同学说的并不矛盾,虽然ad边与bc边都产生感应电动势,但由于方向相反,相当于两个电源并联没有对外供电,所以整个回路的电动势为零.可见,用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势,而用E=BLv求的是回路中做切割磁感线的那局部导体产生的电动势.课堂探究

突破要点要点一法拉第电磁感应定律的理解[探究导学]如下图,将一条形磁铁插入线圈中时,电流表的指针要发生偏转.(1)将磁铁分别快速与缓慢插入线圈中,哪种情况下电流表的指针偏转角度大?(2)将磁铁分别快速与缓慢插入线圈中,哪种情况下磁通量的变化率大?(3)磁通量的变化率的大小与感应电流的大小有什么关系?答案:(1)磁铁快速插入时电流表指针偏转角度大.(2)磁铁快速插入时磁通量的变化率大.(3)磁通量的变化率越大那么感应电流越大.(2)感应电动势E的大小与电路的电阻R也无关,但感应电流的大小I与E及回路总电阻R都有关.[例1]一个200匝、面积为20cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,假设磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T.(1)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?核心点拨:(1)磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1,即末态磁通量减去初态磁通量.答案:(1)4×10-4Wb

8×10-3Wb/s

(2)线圈中感应电动势的大小是多少?答案:(2)1.6V学霸笔记(教师备用)例1-1:如下图,半径为r的金属环绕通过其直径的轴OO′以角速度ω匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B.从金属环的平面与磁场方向平行时开场计时,在转过30°角的过程中,金属环中产生的电动势的平均值为()C[针对训练1-1](2021·湖南师大附中期末)关于法拉第电磁感应定律,下面说法正确的选项是()A.线圈中的磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势就越大B.线圈中的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势就越大C.线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势就越大D.线圈放在磁场越强的地方,线圈中产生的感应电动势就越大B要点二法拉第电磁感应定律的应用[探究导学]如图是某同学设计的用来测定风速的简易装置.当风吹动叶轮转动时,叶轮会带动磁铁转动;磁铁转动会使线圈产生感应电流,感应电流越大交流电表的读数越大.(1)根据你所学的知识判断这个装置能用来测量风速吗?(2)交流电表的读数越大说明风速越大.这是为什么?答案:(1)能用来测量风速.(2)风速越大,磁铁转动越快,那么线圈中产生的感应电动势就越大,从而感应电流越大,那么交流电表的读数就越大.[要点归纳]1.在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势.假设回路闭合,那么产生感应电流,感应电流引起热效应等,所以电磁感应问题常与电路知识综合考察.[例2](多项选择)如下图,垂直纸面的正方形匀强磁场区域内,有一位于纸面内、电阻均匀的正方形导体框abcd,现将导体框分别朝两个方向以v,3v速度匀速拉出磁场,那么导体框从两个方向移出磁场的两过程中()A.导体框中产生的感应电流方向一样B.导体框中产生的感应电流大小一样C.通过导体框截面的电荷量不一样D.通过导体框截面的电荷量一样AD审题指导学霸笔记(教师备用)例2-1:如图(甲)所示,截面积为0.2m2的100匝圆形线圈A处在变化的磁场中,磁场方向垂直纸面,其磁感应强度B随时间t的变化规律如图(乙)所示.R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF,线圈内阻不计.求(1)电容器充电时的电压;(2)2s后电容器放电的电荷量.(2)2s后电容器放电的电荷量Q=CUC=30×10-6×0.24C=7.2×10-6C.答案:(1)0.24V

(2)7.2×10-6C[针对训练2-1](多项选择)如图(甲)所示,线圈的匝数n=100匝,横截面积S=50cm2,线圈总电阻r=10Ω,沿轴向有匀强磁场,设图示磁场方向为正,磁场的磁感应强度随时间做如图(乙)所示规律变化,那么在开场的0.1s内()A.磁通量的变化量为0.25WbB.磁通量的变化率为2.5×10-2Wb/sC.a,b间电压为0D.在a,b间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25ABD要点三导体切割磁感线时的电动势[探究导学]如下图,一个半径为r的半圆形导体,处在磁感应强度为B的匀强磁场中.(1)当导体沿OP方向以速度v做匀速运动时,其感应电动势的大小是多少?(2)当导体沿MN方向以速度v做匀速运动时,其感应电动势的大小是多少?答案:(1)导线的有效长度l=2r,那么感应电动势E=Blv=2Brv.(2)导线的有效长度l=r,那么感应电动势E=Blv=Brv.[例3]如下图,平行金属导轨的间距为d,一端跨接一阻值为R的电阻,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于导轨所在平面向里,一根足够长的直金属棒与导轨成60°角放置,且接触良好,那么当金属棒以垂直于棒的恒定速度v沿金属导轨滑行时,其他电阻不计.求(1)棒中感应电动势的大小;(2)回路中感应电流的大小;(3)维持棒做匀速运动的水平外力的大小.思维导图规律方法有效切割长度确实定无论导体直棒,还是曲折的,l是指导体在与v垂直的方向上的投影长度.(教师备用)例3-1:如下图,导体AB的长为2R,绕O点以角速度ω匀速转动,OB为R,且OBA三点在一条直线上,有一匀强磁场磁感应强度为B,充满转动平面且与转动平面垂直,那么AB两端的电势差为()C[针对训练3-1]如下图,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开场到C点进入磁场为止,以下结论错误的选项是()A.感应电流方向不变段直线始终不受安培力C.感应电动势最大值E=BavB随堂演练检测效果1.(2021·湖南株洲期末)一个闭合线圈放在变化的磁场中,线圈产生的感应电动势为E.假设仅将线圈匝数增加为原来的4倍,那么线圈产生的感应电动势变为()A2.如下图,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;假设磁感应强度增大为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2.通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为(