圖解--法拉第電磁感應定律.ppt

第四章電磁感應 4 4法拉第電磁感應定律 1 閉合電路 利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象 問題1 什么叫電磁感應現(xiàn)象 問題2 產(chǎn)生感應電流的條件是什么 2 磁通量變化 思考 問題3 試從本質(zhì)上比較甲 乙兩電路的異同 既然閉合電路中有感應電流 這個電路中就一定有電動勢 產(chǎn)生電動勢的那部分導體相當于電源 1 定義 在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫感應電動勢 E 閉合電路中有感應電流 這個電路中就一定有感應電動勢 一 感應電動勢 產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源 2 產(chǎn)生條件 只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化 電路中就產(chǎn)生感應電動勢 3 感應電動勢與感應電流 只要磁通量變化 電路中就產(chǎn)生感應電動勢 若電路又閉合 電路中就有感應電流 磁通量變化是電磁感應的根本原因 產(chǎn)生感應電動勢是電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì) 觀察實驗 分析思考 問題1 在實驗中 電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么 問題2 電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應電動勢的大小有什么關系 問題3 在實驗中 將條形磁鐵從同一高度插入線圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 變化 產(chǎn)生E 產(chǎn)生I 問題1 在實驗中 電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么 總電阻一定時 E越大 I越大 指針偏轉(zhuǎn)越大 問題2 電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應電動勢的大小有什么關系 變化的快慢不同 都發(fā)生了變化 都產(chǎn)生了E I 產(chǎn)生的E I 大小不等 磁通量變化越快 感應電動勢越大 磁通量的變化快慢 越大 問題3 在實驗中 將條形磁鐵從同一高度插入線圈中同一位置 快插入和慢插入有什么相同和不同 磁通量的變化率 二 法拉第電磁感應定律 電路中感應電動勢的大小 跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比 1 內(nèi)容 注意 公式中 取絕對值 不涉及正負 感應電流的方向另行判斷 2 公式 n為線圈的匝數(shù) 問題1 磁通量大 磁通量變化一定大嗎 問題2 磁通量變化大 磁通量的變化率一定大嗎 可以類比速度 速度的變化和加速度 磁通量的變化率和磁通量 磁通量的變化無直接關系 磁通量大 小 零 磁通量的變化率不一定大 小 零 磁通量的變化大 小 磁通量的變化率不一定大 小 思考與討論 3 理解 t的意義 1 磁感應強度B不變 垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化 S S2 S1 此時 2 垂直于磁場的回路面積S不變 磁感應強度B發(fā)生變化 B B2 B1 此時 4 應用 用公式求E的二種常見情況 感生電動勢 感生電動勢 有一個50匝的線圈 如果穿過它的磁通量的變化率為0 5Wb s 求感應電動勢 25V 例與練1 一個100匝的線圈 在0 5s內(nèi)穿過它的磁通量從0 01Wb增加到0 09Wb 求線圈中的感應電動勢 16V 例與練2 一個匝數(shù)為100 面積為10cm2的線圈垂直磁場放置 在0 5s內(nèi)穿過它的磁場從1T增加到9T 求線圈中的感應電動勢 1 6V 例與練3 如圖 半徑為r的金屬環(huán)繞通過某直徑的軸00 以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動 勻強磁場的磁感應強度為B 從金屬環(huán)面與磁場方向重合時開始計時 則在金屬環(huán)轉(zhuǎn)過900角的過程中 環(huán)中產(chǎn)生的電動勢的平均值是多大 例與練4 在磁感應強度為B的勻強磁場中 有一矩形線框 邊長ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 1 線圈轉(zhuǎn)過1 4周的過程中的平均感應電動勢 例與練5 在磁感應強度為B的勻強磁場中 有一矩形線框 邊長ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 2 線圈轉(zhuǎn)過1 2周的過程中的平均感應電動勢 例與練5 10 2Wb t s A B D 0 1 2 0 1 單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)軸垂直于磁場 若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示 則 A 線圈中0時刻感應電動勢最大B 線圈中D時刻感應電動勢為零C 線圈中D時刻感應電動勢最大D 線圈中0到D時間內(nèi)平均感應電動勢為0 4V ABD 例與練6 斜率表示 的變化率 回路在時間t內(nèi)增大的面積為 S Lv t 產(chǎn)生的感應電動勢為 穿過回路的磁通量的變化為 B S BLv t V是相對于磁場的速度 三 導體切割磁感線時的感應電動勢 如圖所示閉合線框一部分導體ab長l 處于勻強磁場中 磁感應強度是B ab以速度v勻速切割磁感線 求產(chǎn)生的感應電動勢 V1 V2 若導體運動方向跟磁感應強度方向有夾角 導體斜切磁感線 注意 2 導線的長度L應為有效長度 1 導線運動方向和磁感線平行時 E 0 3 速度v為平均值 瞬時值 E就為平均值 瞬時值 L 為v與B夾角 三 導體切割磁感線時的感應電動勢 勻強磁場 v B L兩兩垂直 三 導體切割磁感線時的感應電動勢 如圖 勻強磁場的磁感應強度為B 長為L的金屬棒ab在垂直于B的平面內(nèi)運動 速度v與L成 角 求金屬棒ab產(chǎn)生的感應電動勢 E BLVsin 例與練7 在磁感應強度為B的勻強磁場中 有一個匝數(shù)為n的矩形線圈 邊長ab L1 bc L2線圈繞中心軸OO 以角速度 由圖示位置逆時針方向轉(zhuǎn)動 求 1 轉(zhuǎn)過1 4周時ab邊產(chǎn)生的瞬時感應電動勢 2 轉(zhuǎn)過1 2周時ab邊產(chǎn)生的瞬時感應電動勢 轉(zhuǎn)動1周的過程中ab邊產(chǎn)生的感應電動勢哪個時刻最大 哪個時刻最小 思考 例與練8 1 求出的是平均感應電動勢 E和某段時間或某個過程對應 求出的是瞬時感應電動勢 E和某個時刻或某個位置對應 2 求出的是整個回路的感應電動勢 求出的是某部分導體的電動勢 回路中感應電動勢為零時 回路中某段導體的感應電動勢不一定為零 1 區(qū)別 1 公式 中的時間趨近于0時 則E為瞬時感應電動勢 2 公式 中v若代表平均速度 則E為平均感應電動勢 2 聯(lián)系 公式 和公式 是統(tǒng)一的 如圖 長為L的銅桿OA以O為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 磁場的磁感應強度為B 求桿OA兩端的電勢差 例與練9 如圖 水平面上有兩根相距0 5m的足夠長的平行金屬導軌MN和PQ 它們的電阻不計 在M和P之間接有R 3 0 的定值電阻 導體棒長ab 0 5m 其電阻為r 1 0 與導軌接觸良好 整個裝置處于方向豎直向下的勻強磁場中 B 0 4T 現(xiàn)使ab以v 10m s的速度向右做勻速運動 1 ab中的電流多大 ab兩點間的電壓多大 2 維持ab做勻速運動的外力多大 3 ab向右運動1m的過程中 外力做的功是多少 電路中產(chǎn)生的熱量是多少 WF 0 1J I 0 5A F 0 1N Q 0 1J U 1 5V 例與練10 問題1 在P16圖4 4 3中 電源在電動機線圈中產(chǎn)生電流的方向怎樣 AB邊 CD邊受力方向怎樣 線圈的運動方向怎樣 直流電動機的原理 通電導線在磁場中受安培力而運動 問題2 電動機線圈在磁場中轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生感應電動勢嗎 方向怎樣 問題3 感應電動勢是加強了電源產(chǎn)生的電流 還是削弱了電源的電流 是有利于線圈轉(zhuǎn)動還是阻礙了線圈的轉(zhuǎn)動 四 反電動勢 1 定義 電動機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應電動勢總要削弱電源產(chǎn)生的電流 這個電動勢叫反電動勢 2 作用 阻礙線圈的轉(zhuǎn)動 線圈要維持轉(zhuǎn)動 電源就要向電動機提供電能 電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能 問題4 如果電動機因機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動 會發(fā)生什么情況 這時應采取什么措施 四 反電動勢 3 應用 電動機停止轉(zhuǎn)動 就沒有反電動勢 線圈中電流會很大 電動機會燒毀 要立即切斷電源 進行檢查 關于電磁感應 下述說法中正確的是 A 穿過線圈的磁通量越大 感應電動勢越大B 穿過線圈的磁通量為零 感應電動勢一定為零C 穿過線圈的磁通量的變化越大 感應電動勢越大D 穿過線圈的磁通量變化越快 感應電動勢越大 D 注意 感應電動勢E與 t的關系 例與練11 如圖 一個水平放置的導體框架 寬度L 1 50m 接有電阻R 0 20 設勻強磁場和框架平面垂直 磁感應強度B 0 40T 方向如圖 今有一導體棒ab跨放在框架上 并能無摩擦地沿框滑動 框架及導體ab電阻均不計 當ab以v 4 0m s的速度向右勻速滑動時 試求 1 導體ab上的感應電動勢的大小 2 回路上感應電流的大小 E BLv 0 80V 例與練12 小結(jié) 由于導體運動過程中感應電動勢不變 瞬時值等于平均值 所以也可用下式求E 如果這時跨接在電阻兩端有一個電壓表 測得的就是外電路上的電壓 即 如圖 有一勻強磁場B 1 0 10 3T 在垂直磁場的平面內(nèi) 有一金屬棒AO 繞平行于磁場的O軸順時針轉(zhuǎn)動 已知棒長L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒產(chǎn)生的感應電動勢有多大 例與練13 小結(jié) 也可用 進行計算 因為從O A 各點的線速度是均勻變化的 故取棒中點的速度代表棒的平均速度 由 仍得到上面的結(jié)果 如圖 邊長為a的正方形閉合線框ABCD在勻強磁場中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動 磁感應強度為B 初