高中物理新課標(biāo)版人教版選修精品：4.《法拉第電磁感應(yīng)定律》

新課標(biāo)人教版課件系列 高中物理 選修3 2 4 3 法拉第電磁感應(yīng)定律 問(wèn)題 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(yīng)電流 這個(gè)電路中就一定有電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源 1 定義 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E 注 1 閉合電路中有感應(yīng)電流 這個(gè)電路中就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 一 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源 2 產(chǎn)生條件 只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化 電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流 只要磁通量變化 電路中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 若電路又閉合 電路中就有感應(yīng)電流 磁通量變化是電磁感應(yīng)的根本原因 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì) 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(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 磁通量的變化快慢 越大 問(wèn)題 在實(shí)驗(yàn)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(yīng)定律 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 跟穿過(guò)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(duì)值 不涉及正負(fù) 感應(yīng)電流的方向另行判斷 2 公式 n為線圈的匝數(shù) 問(wèn)題1 磁通量大 磁通量變化一定大嗎 問(wèn)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(wú)直接關(guān)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(yīng)強(qiáng)度B不變 垂直于磁場(chǎng)的回路面積S發(fā)生變化 S S2 S1 此時(shí) 2 垂直于磁場(chǎng)的回路面積S不變 磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化 B B2 B1 此時(shí) 4 應(yīng)用 用公式求E的二種常見(jiàn)情況 感生電動(dòng)勢(shì) 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 有一個(gè)50匝的線圈 如果穿過(guò)它的磁通量的變化率為0 5Wb s 求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 25V 例與練1 一個(gè)100匝的線圈 在0 5s內(nèi)穿過(guò)它的磁通量從0 01Wb增加到0 09Wb 求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 16V 例與練2 一個(gè)匝數(shù)為100 面積為10cm2的線圈垂直磁場(chǎng)放置 在0 5s內(nèi)穿過(guò)它的磁場(chǎng)從1T增加到9T 求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 6V 例與練3 如圖 半徑為r的金屬環(huán)繞通過(guò)某直徑的軸00 以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 從金屬環(huán)面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí) 則在金屬環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)900角的過(guò)程中 環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大 例與練4 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一矩形線框 邊長(zhǎng)ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 求 1 線圈轉(zhuǎn)過(guò)1 4周的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 例與練5 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一矩形線框 邊長(zhǎng)ab L1 bc L2線框繞中心軸00 以角速度 由圖示位置逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 求 2 線圈轉(zhuǎn)過(guò)1 2周的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 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(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng) 若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示 則 A 線圈中0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B 線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C 線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D 線圈中0到D時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 4V ABD 例與練6 斜率表示 的變化率 回路在時(shí)間t內(nèi)增大的面積為 S Lv t 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 穿過(guò)回路的磁通量的變化為 B S BLv t V是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度 三 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖所示閉合線框一部分導(dǎo)體ab長(zhǎng)l 處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度是B ab以速度v勻速切割磁感線 求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1 V2 若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向有夾角 導(dǎo)體斜切磁感線 注意 2 導(dǎo)線的長(zhǎng)度L應(yīng)為有效長(zhǎng)度 1 導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向和磁感線平行時(shí) E 0 3 速度v為平均值 瞬時(shí)值 E就為平均值 瞬時(shí)值 L 為v與B夾角 三 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 勻強(qiáng)磁場(chǎng) v B L兩兩垂直 三 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab在垂直于B的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng) 速度v與L成 角 求金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E BLVsin 例與練7 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一個(gè)匝數(shù)為n的矩形線圈 邊長(zhǎng)ab L1 bc L2線圈繞中心軸OO 以角速度 由圖示位置逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 求 1 轉(zhuǎn)過(guò)1 4周時(shí)ab邊產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 轉(zhuǎn)過(guò)1 2周時(shí)ab邊產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)動(dòng)1周的過(guò)程中ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)哪個(gè)時(shí)刻最大 哪個(gè)時(shí)刻最小 思考 例與練8 1 求出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E和某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng) 既可求出的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也可求出平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí) E和某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置對(duì)應(yīng) 2 求出的是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 求出的是某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì) 回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí) 回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零 1 區(qū)別 1 公式 中的時(shí)間趨近于0時(shí) 則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 公式 中v若代表平均速度 則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 聯(lián)系 公式 和公式 是統(tǒng)一的 如圖 長(zhǎng)為L(zhǎng)的銅桿OA以O(shè)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 求桿OA兩端的電勢(shì)差 例與練9 如圖 水平面上有兩根相距0 5m的足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ 它們的電阻不計(jì) 在M和P之間接有R 3 0 的定值電阻 導(dǎo)體棒長(zhǎng)ab 0 5m 其電阻為r 1 0 與導(dǎo)軌接觸良好 整個(gè)裝置處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 B 0 4T 現(xiàn)使ab以v 10m s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng) 1 ab中的電流多大 ab兩點(diǎn)間的電壓多大 2 維持ab做勻速運(yùn)動(dòng)的外力多大 3 ab向右運(yùn)動(dòng)1m的過(guò)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(wèn)題1 在P16圖4 4 3中 電源在電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)方向怎樣 直流電動(dòng)機(jī)的原理 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力而運(yùn)動(dòng) 問(wèn)題2 電動(dòng)機(jī)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)嗎 方向怎樣 問(wèn)題3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是加強(qiáng)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(dòng)還是阻礙了線圈的轉(zhuǎn)動(dòng) 四 反電動(dòng)勢(shì) 1 定義 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源產(chǎn)生的電流 這個(gè)電動(dòng)勢(shì)叫反電動(dòng)勢(shì) 2 作用 阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈要維持轉(zhuǎn)動(dòng) 電源就要向電動(dòng)機(jī)提供電能 電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能 問(wèn)題4 如果電動(dòng)機(jī)因機(jī)械阻力過(guò)大而停止轉(zhuǎn)動(dòng) 會(huì)發(fā)生什么情況 這時(shí)應(yīng)采取什么措施 四 反電動(dòng)勢(shì) 3 應(yīng)用 電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) 就沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì) 線圈中電流會(huì)很大 電動(dòng)機(jī)會(huì)燒毀 要立即切斷電源 進(jìn)行檢查 關(guān)于電磁感應(yīng) 下述說(shuō)法中正確的是 A 穿過(guò)線圈的磁通量越大 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大B 穿過(guò)線圈的磁通量為零 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零C 穿過(guò)線圈的磁通量的變化越大 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D 穿過(guò)線圈的磁通量變化越快 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 D 注意 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與 t的關(guān)系 例與練11 如圖 一個(gè)水平放置的導(dǎo)體框架 寬度L 1 50m 接有電阻R 0 20 設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)和框架平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 40T 方向如圖 今有一導(dǎo)體棒ab跨放在框架上 并能無(wú)摩擦地沿框滑動(dòng) 框架及導(dǎo)體ab電阻均不計(jì) 當(dāng)ab以v 4 0m s的速度向右勻速滑動(dòng)時(shí) 試求 1 導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 2 回路上感應(yīng)電流的大小 E BLv 0 80V 例與練12 小結(jié) 由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變 瞬時(shí)值等于平均值 所以也可用下式求E 如果這時(shí)跨接在電阻兩端有一個(gè)電壓表 測(cè)得的就是外電路上的電壓 即 如圖 有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B 1 0 10 3T 在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi) 有一金屬棒AO 繞平行于磁場(chǎng)的O軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 已知棒長(zhǎng)L 0 20m 角速度 20rad s 求 棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有多大 例與練13 小結(jié) 也可用 進(jìn)行計(jì)算 因?yàn)閺腛 A 各點(diǎn)的線速度是均勻變化的 故取棒中點(diǎn)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(zhǎng)為a的正方形閉合線框ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 初始時(shí)刻線框所在的平面與磁感線垂直 經(jīng)過(guò)t時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)1200角 求 1 線框內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)