选修1-1：3.2法拉第电磁感应定律

新课导入亚洲最大的风力发电站想一想，我们现实生活中需要强大的电力，是什么为我们大规模的使用电提供了依据呢？第一页第二页，共27页。电气化需要强大的电力。要利用电磁感应现象来获得大规模使用的电，还有许多规律要探索。

例如，怎样使电磁感应获得的电压高一些，就是一个必须解决的问题。法拉第电磁感应定律的建立，为解决实际问题指明了方向，叩开了电气化的大门。小资料第二页第三页，共27页。

法拉第（1791—1876）是英国著名的物理学家、化学家。他发现了电磁感应现象，提出电场和磁场的概念。场的概念对近代物理的发展有重大意义。他家境贫寒，出身于铁匠家庭，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。法拉第第三页第四页，共27页。３.２法拉第电磁感应定律第四页第五页，共27页。本章导航一．感应电动势二．法拉第电磁感应定律第五页第六页，共27页。一．感应电动势第六页第七页，共27页。

定义：

在电磁感应现象中，既然在闭合电路中产生了感应电流，这个电路中就一定有电动势。我们把电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。电源能够产生电动势，那么在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。第七页第八页，共27页。想一想如下图所示的三个实验中，分别是哪部分相当于电源？第八页第九页，共27页。图1中电源是导体棒AB；

图2中电源是螺线管B；

图3中电源是螺线管B。

实验可知：产生感应电流的闭合电路断开就相当于接入一个阻值无穷大的电阻，电流为零，但是依然有电动势。可见，感应电动势才是电磁感应现象的本质，电磁感应现象重要的是看感应电动势的有无。下面我们就来共同研究感应电动势的大小跟哪些因素有关。第九页第十页，共27页。演示11．实验装置演示第十页第十一页，共27页。2．实验过程：

通过改变导体棒做切割磁感线运动的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与导体棒切割磁感线的速度大小有关。速度越大，产生的感应电动势越大。结论：第十一页第十二页，共27页。演示21．实验装置演示第十二页第十三页，共27页。２．实验过程：

通过改变条形磁铁插入和拔出螺线管的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与条形磁铁插入或拔出螺线管的速度大小有关，速度越大，产生的感应电动势越大。结论：第十三页第十四页，共27页。演示31．实验装置演示第十四页第十五页，共27页。

2．实验过程：

通过改变滑动变阻器滑片移动的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与滑动变阻器滑片移动的速度大小有关。速度越大，产生的感应电动势越大。结论：第十五页第十六页，共27页。

产生感应电流的条件是：

穿过闭合电路的磁通量发生变化。

对于图1所示实验，磁场的磁感应强度不变，通过导体棒做切割磁感线的运动，改变了闭合电路的面积，从而改变穿过该电路的磁通量，从而产生了感应电动势。导体棒运动越快，则回路面积变化也越快，使得磁通量的变化越快，而电流表指针偏转角度越大，说明感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关。磁通量变化越快，感应电动势越大。认真分析三个实验及其结论，找出共同的规律。第十六页第十七页，共27页。

设时刻t1时穿过闭合电路的磁通量为Φ1，时刻t2时穿过闭合电路的磁通量为Φ2，则在时间Δt＝t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的变化快慢可以用单位时间内磁通量的变化量ΔΦ/Δt来表示，也叫磁通量的变化率。感应电动势的大小跟磁通量变化△φ和所用时间△t都有关．结论：第十七页第十八页，共27页。二．法拉第电磁感应定律第十八页第十九页，共27页。1．内容：

电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

2．表达式：Ｅ＝ΔΦ/Δt

。

3．单位：E（V），Φ（Wb），t（s）

法拉第电磁感应定律第十九页第二十页，共27页。上面讨论的是闭合电路由单匝线圈构成的，设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量的变化率都相同，那么整个线圈中的感应电动势又如何表示？若闭合电路是一个n匝线圈，则相当于n个相同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，所以整个线圈的感应电动势Ｅ为E=n△Φ/△t

实际工作中，为了获得较大的感应电动势，常常采用几百匝甚至几千匝的线圈。第二十页第二十一页，共27页。

如图所示把矩形线框abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分ab的长度是Ｌ，以速度υ向右运动，产生的感应电动势怎么表示？第二十一页第二十二页，共27页。

【解析】在Δt时间内可动部分由原来的位置ab移到a1b1，这时线框的面积变化量

ΔS=LvΔt

穿过闭合电路的磁通量的变量

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

代入E=ΔΦ/Δt

得到E=

BLv。第二十二页第二十三页，共27页。法拉第电磁感应定律进一步揭示了电与磁的相互联系，同时也告诉我们：电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的。

今天，我们使用的电能从各种形式的能转化而来：

风力发电：是把空气流动的动能转化为电能。

水力发电：利用水的机械能带动发电机来发电。

火力发电：是利用石油、天然气或煤嫩烧时的内能，推动蒸汽轮机再带动发电机来发电。第二十三页第二十四页，共27页。随着社会对电力需求的不断增大，人们一直在探索获取电能的更好方法。但是到目前为止，各种获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的，不同的只是如何来推动发电机而已。新西兰地热发电站第二十四页第二十五页，共27页。

一、感应电动势

1．感应电动势：

电磁感应现象中产生的电动势

2．实验表明：

感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。

3．磁通量的变化率：

设时刻t