《2018-2019學年高中物理 第四章 電磁感應 4.4 法拉第電磁感應定律課件 新人教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中物理 第四章 電磁感應 4.4 法拉第電磁感應定律課件 新人教版選修3-2.ppt（82頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、4 法拉第電磁感應定律,【自主預習】 1.感應電動勢: (1)在_________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。 (2)產(chǎn)生感應電動勢的導體或線圈相當于_____。,電磁感應,電源,2.法拉第電磁感應定律: (1)內(nèi)容:閉合電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電 路的磁通量的_______成正比。 (2)表達式:E=______(n為線圈的匝數(shù))。,變化率,3.導體切割磁感線時的感應電動勢: (1)當磁場方向、導體、導體運動方向三者_________ 時,導體所產(chǎn)生的感應電動勢E=___。,兩兩垂直,Blv,(2)若導體與磁場方向垂直,導體運動方向與導體本身 垂直,但與磁場方向的夾角為θ時,如圖所示,則求

2、導體 所產(chǎn)生的感應電動勢時,應將速度v進行_____,利用速 度垂直磁場的分量來進行計算,其數(shù)值為E=________ =Blv1。,分解,Blvsinθ,4.反電動勢: (1)定義:電動機轉(zhuǎn)動時,由于切割磁感線,線圈中產(chǎn)生 的_____電源電動勢作用的電動勢。 (2)作用:_____線圈的轉(zhuǎn)動。,削弱,阻礙,【預習小測】 1.下列說法正確的是 ( ) A.線圈的面積越大,線圈的感應電動勢越大 B.線圈的匝數(shù)越多,線圈的感應電動勢越大,C.某時刻線圈中的磁通量為零,線圈的感應電動勢一定為零 D.某時刻線圈中的磁通量變化率為零,線圈的感應電動勢一定為零,【解析】選D。線圈的面積很大,匝數(shù)很多,但

3、穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化,線圈的感應電動勢為零,A、B錯;在穿過線圈的磁通量的變化中,某時刻磁通量為零,磁通量的變化率不一定為零,故C錯、D對。,2.在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=100匝,橫截面積S=40cm2。在一段時間內(nèi),穿過螺線管的磁場的磁感應強度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。則電路中產(chǎn)生的感應電動勢為 ( ) A.0.4V B.1.0V C.0.16V D.16V,【解析】選C。由圖乙知 =T/s=0.4T/s 由E= S=1000.44.010-3V=0.16V 故C正確。,3.如圖所示,ab、cd為兩根相距為l的平行 直導軌,b、d間連有一固定電阻R,導軌電 阻

4、可以忽略不計。MN為放在ab和cd上的一導體桿,與導軌垂直,其電阻也為R,整個裝置處于勻強磁場中,磁感應強度的大小為B,磁場方向垂直于導軌所在平面(指向圖中紙面內(nèi))?，F(xiàn)對MN施力使它沿導軌方向以速度v做勻速運動,令U表示MN兩端電壓的大小,則 ( ),A.U= Blv,流過固定電阻R的感應電流由b到d B.U= Blv,流過固定電阻R的感應電流由d到b C.U=Blv,流過固定電阻R的感應電流由b到d D.U=Blv,流過固定電阻R的感應電流由d到b,【解析】選A。根據(jù)右手定則可得,流過R的感應電流由 b到d,MN的感應電動勢為E=Blv,I= ,MN兩端電壓為 路端電壓,U=IR= Blv,

5、A正確。,主題一 法拉第電磁感應定律 【互動探究】 1.為了探究感應電動勢大小跟什么因素有關(guān),做了如下實驗: (1)將條形磁鐵迅速和緩慢地插入、拔出螺線管,觀察表針的最大擺幅。,(2)迅速和緩慢地移動導體棒,觀察表針的最大擺幅。 (3)迅速和緩慢地移動滑動變阻器滑片,迅速和緩慢地插入、拔出螺線管,觀察表針的最大擺幅。,請根據(jù)實驗,回答下列問題: (1)在實驗中,電流表指針偏轉(zhuǎn)的原因是什么? 提示:穿過電路的Φ變化,回路中產(chǎn)生E感,從而產(chǎn)生I感。,(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度與感應電動勢的大小有什么關(guān) 系? 提示:由閉合電路歐姆定律知I= ,當電路中的總電 阻一定時,E感越大,I感越大,指針偏轉(zhuǎn)程

6、度越大。,(3)在實驗中,快速和慢速效果有什么相同和不同? 相同的是_____________; 不同的是_____________________________________ _____________。,磁通量變化量,磁通量變化的快慢,指針偏轉(zhuǎn)的角度,感應,電動勢的大小,2.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率 大小關(guān)系如何?,提示:Φ、ΔΦ、 大小沒有直接關(guān)系,Φ很大, ΔΦ、 可能很小,Φ很小,ΔΦ、 可能很大; Φ=0, 可能不為零(如線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行 時)。當Φ按正弦規(guī)律變化時,Φ最大時, =0,反之, 當Φ為零時, 最大。,3.在Φ-t圖象上,磁通量的變化率

7、 應如何求解? 提示:磁通量的變化率 是Φ-t圖象上某點切線的斜 率。,【探究總結(jié)】 1.Φ、ΔΦ、 的比較:,2.對法拉第電磁感應定律的理解: (1)由E=n 可知:感應電動勢的大小與磁通量的變化 率 成正比,與磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ無 關(guān)。 (2)E=n 所研究的對象是一個回路,E是在Δt內(nèi)的 平均值,適用于任何由導體構(gòu)成的回路。,(3)當ΔΦ僅由B引起時,則E= ;當ΔΦ僅由S引起 時,則E= ;當ΔΦ由B、S的變化同時引起時,則 E=,【典例示范】 (2018濟寧高二檢測)如圖所示,用均勻?qū)Ь€做成邊長為0.2m的正方形線框,線框的一半處于垂直線框向里的有界勻強磁場中。當磁場以

8、20T/s的變化率增強時,a、b兩點間電勢差的大小為U,則 ( ) A.φaφb,U=0.2V C.φaφb,U=0.4V,【解題指南】解答本題應注意以下兩點: (1)由楞次定律判斷感應電流方向,從而確定電勢的高低。 (2)根據(jù)法拉第電磁感應定律求出感應電動勢的大小。,【解析】選A。由楞次定律可判斷,當磁場增強時,感應 電流的磁場方向向外,由安培定則可知感應電流的方向 為逆時針,故φa<φb,Uabφa,所以φa-φb<0;由法拉 第電磁感應定律可知,線圈兩端a、b之間電勢差Uab=E= 綜上可知,C正確,A、B、D錯誤。,2.如圖所示,面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強磁場中,磁

9、場方向垂直于線圈平面,已知磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B=(2+0.2 t)T,定值電阻R1=6Ω,線圈電阻R2=4Ω。求: (1)回路的感應電動勢。 (2)a、b兩點間的電壓。,【解析】(1)由題意知,穿過線圈的磁通量變大,由楞次 定律可得:線圈產(chǎn)生的感應電流逆時針,由法拉第電磁 感應定律:E= =1000.20.2V=4V。 (2)ab間的電壓為路端電壓:U= 4=2.4V。 答案:(1)4V (2)2.4V,【補償訓練】 1.穿過某閉合回路的磁通量Φ隨時間t變化的圖象分別如圖中①~④所示,下列關(guān)于該回路中的感應電動勢的論述,正確的是 ( ),A.圖①中,回路中產(chǎn)生的感應電動勢

10、恒定不變 B.圖②中,回路中產(chǎn)生的感應電動勢一直在變大 C.圖③中,回路中在0~t1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢小于在t1~t2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢 D.圖④中,回路中產(chǎn)生的感應電動勢先變小后變大,【解析】選D。圖①中磁通量不變,不能產(chǎn)生感應電動勢,圖②中均勻變化的磁通量產(chǎn)生恒定的感應電動勢,圖③中磁通量的變化率為圖線斜率的大小,故A、B、C均錯,D正確。,2.如圖所示,已知大線圈的面積為210-3m2,小探測線圈有2 000匝,小線圈的面積為510-4m2。整個串聯(lián)回路的電阻是1 000Ω,當電鍵S反向時測得ΔQ=5.0 10-7C。則被測處的磁感應強度為 ( ) A.1.2510-4T B

11、.510-4T C.2.510-4T D.110-3T,【解析】選C。由I= 得感應電荷量 ΔQ= ΔΦ=2BS,聯(lián)立得B= 代入數(shù)據(jù)得 B=2.510-4T,故C對。,【通法悟道】應用法拉第電磁感應定律解題的一般步驟 (1)分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況。 (2)利用楞次定律確定感應電流的方向。,(3)靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方 程求解。用公式E=nS 求感應電動勢時,S為線圈在磁 場范圍內(nèi)的有效面積。,主題二 導體切割磁感線的感應電動勢 【互動探究】 探究點1 導體垂直切割磁感線的感應電動勢 如圖所示電路中,閉合電路的一部分 導體ab處于勻強磁場中

12、,磁感應強度 為B,ab切割磁感線的有效長度為l, 以速度v勻速切割磁感線。,(1)在Δt時間內(nèi)導體棒由原來的位置運動到a1b1,線框 面積的變化量為_________。 (2)穿過閉合電路磁通量的變化量為________________。,ΔS=lvΔt,ΔΦ=BΔS=BlvΔt,(3)感應電動勢的大小是多少? 提示:據(jù)法拉第電磁感應定律得E= =Blv。,(4)若磁場以一定的速度運動,則公式E=Blv中的“v”如何理解? 提示:公式中的v應理解為導線和磁場間的相對速度。,探究點2 導體的運動方向與磁感線不垂直的感應電動勢 如圖所示電路,閉合電路的一部分導體處于勻強磁場中,導體以速度v勻速斜

13、向切割磁感線,運動方向與磁感線方向的夾角為θ。,(1)若將速度v分解,可以分解為哪兩個分量? 提示:可以把速度v分解為兩個分量:垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ。,(2)分速度v1切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢E1= _____ ________;分速度v2不切割磁感線,不產(chǎn)生感應電動勢 E2=__。,Blv1=,Blvsinθ,0,【探究總結(jié)】 1.對E=Blv的理解: (1)本式只適用于導體各點以相同速度在勻強磁場中切割磁感線的情況,且l、v與B兩兩垂直。 (2)當l垂直B、l垂直v,而v與B成θ角時,導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小為E=Blvsinθ

14、。,(3)若導線是曲折的,或l與v不垂直時,則l應為導線的有效切割長度。 (4)公式E=Blv中,若v為一段時間內(nèi)的平均速度,則E為平均感應電動勢,若v為某時刻的切割速度,則E為瞬時感應電動勢。,(5)導體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,當導體在垂 直于磁場的平面內(nèi),繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動切割磁 感線產(chǎn)生感應電動勢時,E=Blv平= Bl2ω。,2.公式E=Blvsinθ與E=n 的對比:,【典例示范】 (多選)如圖所示,一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應強度為B的勻強磁場,方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進入磁場,直徑CD始終與MN垂直。從D點到達邊界開始

15、到C點進入磁場為止,下列結(jié)論正確的是 ( ),A.感應電流方向不變 B.CD段直線始終不受安培力 C.感應電動勢最大值E=Bav D.感應電動勢的平均值,【解題指南】解答本題應注意以下三點: (1)導線垂直磁場方向切割磁感線時感應電動勢E=Blv, l為等效長度。 (2)感應電動勢的平均值由 計算。 (3)半圓環(huán)進入磁場過程中感應電動勢先變大后變小。,【解析】選C、D。在半圓形閉合回路進入磁場的過程 中磁通量不斷增加,始終存在感應電流,由左手定則可 知CD邊始終受到安培力作用,故B錯。有效切割長度如 圖所示,所以進入過程中l(wèi)先逐漸增大到a,然后再逐漸,減小為0,由E=Blv可知,最大值Ema

16、x=Bav,最小值為0,故A 錯、C對。平均感應電動勢為 故D對。,【探究訓練】 1.如圖所示,abcd 為水平放置的平行“ ”形光滑 金屬導軌,間距為l,導軌間有垂直于 導軌平面的勻強磁場,磁感應強度大小為B,導軌電阻不 計。已知金屬桿MN傾斜放置,與導軌成θ角,單位長度 的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動 (金屬桿滑動過程中與導軌接觸良好)。則 ( ),A.電路中感應電動勢的大小為 B.電路中感應電流的大小為 C.金屬桿所受安培力的大小為 D.金屬桿的熱功率為,【解析】選B。由電磁感應定律可知電路中感應電動勢 為E=Blv,A錯誤;感應電流的大小I= B正確;金屬桿所受

17、安培力的大小F= C錯誤;熱功率P= D錯誤。,2. (2018無錫高二檢測)如圖所示,在豎直向下的勻強磁場中,將一水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出,設在整個過程中金屬棒的方向不變且不計空氣阻力,則在金屬棒運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小變化情況是 ( ) A.越來越大 B.越來越小 C.保持不變 D.無法判斷,【解析】選C。金屬棒ab切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢而不產(chǎn)生感應電流,沒有安培力產(chǎn)生,在重力作用下做平拋運動,垂直于磁感線方向速度不變,始終為v0,由公式E=Blv知,感應電動勢為Blv0且不變,故A、B、D錯誤,C正確。,【補償訓練】 如圖所示,平行導軌間距為d,一端連

18、接一個阻值為R的電阻,磁場的磁感應強度為B,方向與導軌所在平面垂直,一根足夠長的金屬棒與導軌成θ角放置,金屬棒與導軌的電阻不計,當金屬棒沿垂直于棒的方向以速度v滑行時,通過電阻R的電流強度是 ( ),【解析】選D。導體棒的有效切割長度為 ,由E=Blv 和I= 可得通過電阻R的電流強度是 ,故D正確。,2.如圖所示,有一半徑為R的圓形勻強磁場區(qū)域,磁感應強度為B,一條足夠長的直導線以速度v進入磁場,則從直導線進入磁場至離開磁場區(qū)域的過程中,求:,(1)感應電動勢的最大值為多少? (2)在這一過程中感應電動勢隨時間變化的規(guī)律如何? (3)從開始運動至經(jīng)過圓心的過程中導線中的平均感應電動勢為多少

19、?,【解析】(1)由E=Blv可知,當導體切割磁感線的有效長度l最大時,E最大,又l最大為2R,所以感應電動勢的最大值E=2BRv。,(2)對于E隨t變化的規(guī)律應求的是瞬時感應電動勢,由 幾何關(guān)系可求出導體切割磁感線的有效長度l隨時間t 變化的情況為l=2 ,所以E=2Bv (3)從開始運動至經(jīng)過圓心的過程中導線的平均感應電 動勢,答案:(1)2BRv (2)E=2Bv (3) πBRv,3.(多選)(2018武漢高二檢測)如圖所示,一導線彎成閉合線圈,以速度v向左勻速進入磁感應強度為B的勻強磁場,磁場方向垂直紙面向外。線圈總電阻為R,從線圈進入磁場開始到完全進入磁場為止,下列結(jié)論正確

20、的是 ( ),A.感應電流一直沿順時針方向 B.線圈受到的安培力先變大,后變小 C.感應電動勢的最大值E=Brv D.穿過線圈某個橫截面的電荷量為,【解析】選A、B。在閉合線圈進入磁場的過程中,通過 閉合線圈的磁通量逐漸增大,根據(jù)楞次定律和安培定則 可知感應電流的方向一直為順時針方向,A正確。導體 切割磁感線的有效長度先變大后變小,感應電流先變大 后變小,安培力也先變大后變小,B正確。導體切割磁感,線的有效長度最大值為2r,感應電動勢最大值E=2Brv, C錯誤。穿過線圈某個橫截面的電荷量為 q= D錯誤。,【通法悟道】電磁感應中電路問題的分析思路 (1)明確哪一部分導體或電路產(chǎn)生感應電動勢,該導體或電路就是電源,其他部分是外電路。 (2)用法拉第電磁感應定律或?qū)w切割磁感線公式計算感應電動勢大小。,(3)將發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的導體或電路看作電源,作出等效電路。 (4)運用閉合回路歐姆定律,部分電路歐姆定律,串、并聯(lián)電路的性質(zhì)及電壓、電功率分配等公式進行求解。,【課堂小結(jié)】,