版选修3_2.ppt
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1、4 法拉第电磁感应定律,一、电磁感应定律 1.感应电动势: (1)定义:在_现象中产生的电动势。 (2)电源:产生感应电动势的那部分_相当于电源。 (3)产生条件:穿过电路的磁通量发生变化,与电路是否 闭合_。,电磁感应,导体,无关,2.电磁感应定律: (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,后人称之为法拉第电磁 感应定律。 (2)表达式:E=_(单匝线圈);E=_(n匝线圈)。,变化率,二、导体切割磁感线时的感应电动势 1.垂直切割:导体棒垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直 时,如图甲所示,E=_。,Blv,2.不垂直切割:导线的运动方向与导线本身垂直,与
2、磁感 线方向夹角为时,如图乙所示,则E=_=_。,Blv1,Blvsin,削弱,阻碍,【思考辨析】 (1)在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感应电流。 ( ) (2)磁通量越大,磁通量的变化量也越大。 ( ) (3)穿过某电路的磁通量变化量越大,产生的感应电动势就越大。 ( ),(4)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。 ( ),提示:(1)。不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势;有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势。 (2)。与的大小没有直接关
3、系。穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化量不一定大。,(3)。感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,而与、的大小没有必然的联系。 (4)。根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小,所以上述两种情况均有可能。,【生活链接】生活中有一种手压式自发电手电筒,只要用手轻轻按压发电手柄,就可以为LED光源供电,连续按压发电手柄15秒所产生的电能可以维持LED光源持续发光。那么这种手电筒照明时不需要电池,那么它的电能是从哪里来的?,提示:通过按手柄,使塑料齿轮带动铜丝线圈内磁性飞轮高速旋转,铜丝切割磁感线产生感应电流,使LED光源发光。,知识点一 对法拉第电磁感应定律
4、的理解 探究导入: 如图所示,磁铁迅速插入线圈或缓慢插入线圈,电流计指针偏转有何不同?,提示:磁铁迅速插入线圈时,指针偏转的角度大。,【归纳总结】 1.磁通量、磁通量的变化量及磁通量的变化率的比较:,2.公式E=n 的理解: (1)感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化 率 ,而与、的大小没有必然关系,与电路的 电阻R无关;感应电流的大小与E和回路总电阻R有关。,(2)用公式E=n 所求的感应电动势为整个闭合电路 的感应电动势,而不是回路中某部分导体两端的电动 势。 (3)公式E=n 只表示感应电动势的大小,不涉及其正 负,计算时应取绝对值,至于感应电流的方向,可以 用楞次定律去判定。,
5、【易错提醒】 (1)、 均与线圈匝数无关。 (2)、 三者的大小之间没有直接关系,很 大,、 可能很小,也可能很大;=0, 可能不 为零。,【典题通关】 【典例】如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000匝、 面积 S=210-2 m2、电阻r=1 。在线圈外接一阻值 为R=4 的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方 向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化 规律如图乙所示。求:,(1)04 s内,回路中的感应电动势。 (2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高。 (3)t=5 s时,电阻R两端的电压U。,【解题探究】 (1)根据_定律可求得回路中的感应电 动势。 (2)根据_定律可求
6、得回路中的感应电流的方向。 (3)根据_定律可求得回路中的感应电流 的大小。,法拉第电磁感应,楞次,闭合电路欧姆,【正确解答】(1)根据法拉第电磁感应定律得,04 s内,回路中的感应电动势 E=n =1 000 =1 V (2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向是垂直纸面向里,故a点的电势高。,(3)在t=5 s时,线圈的感应电动势为 E=n =1 000 =4 V 根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流为 I= =0.8 A 故电阻R两端的电压U=IR=0.84 V=3.2 V 答案:(1)1 V (2)a点的电势高 (3
7、)3.2 V,【规律方法】运用E=n 求解的三种思路 (1)磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变 化,则E=nB (2)垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变 化,则E=nS (3)磁感应强度B、垂直于磁场的回路面积S均发生变化, 则E=n,【过关训练】 1.关于感应电动势的大小,下列说法正确的是 ( ) A.穿过闭合电路的磁通量最大时,其感应电动势一定最大 B.穿过闭合电路的磁通量为零时,其感应电动势一定为零,C.穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时,其感应电动势一定为零 D.穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时,其感应电动势一定不为零,【解析】选D。磁通量的大小与感应电动
8、势的大小不存在内在的联系,故A、B错误;当磁通量由不为零变为零时,闭合电路的磁通量一定改变,一定有感应电流产生,有感应电流就一定有感应电动势,故C错、D对。,2.如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大。两圆环半径之比为21,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是 ( ),A.EaEb=41,感应电流均沿逆时针方向 B.EaEb=41,感应电流均沿顺时针方向 C.EaEb=21,感应电流均沿逆时针方向 D.EaEb=21,感应电流均沿顺时针方向,【解析】选B。磁感应强度B随时间均匀增大,根据楞次
9、 定律“增反减同”,感应电流产生的磁场方向与原磁场 的方向相反,所以由安培定则可知,感应电流均沿顺时 针方向,A、C错误;根据法拉第电磁感应定律可得 E= S,而 故EaEb=41,B正确,D错 误。,【补偿训练】 1.一闭合圆形线圈放在匀强磁场中,线圈的轴线与磁场方向成30角,磁感应强度随时间均匀变化。在下列方法中能使线圈中感应电流增加一倍的是 ( ) A.把线圈匝数增大一倍 B.把线圈面积增大一倍 C.把线圈半径增大一倍 D.把线圈匝数减少到原来的一半,【解析】选C。设感应电流为I,电阻为R,匝数为n,线圈 半径为r,线圈面积为S,导线横截面积为S,电阻率为 。由法拉第电磁感应定律知E=
10、由闭合电路欧姆定律知I= ,由电阻定律知R= 则I= cos30。其中 、S均为恒量,所 以Ir,故选C。,2.一个200匝、面积为20 cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T,在此过程中线圈中感应电动势大小为多少?,【解析】由题意知:n=200,S=20 cm2, t=0.05 s,B1=0.1 T,B2=0.5 T, 根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小答案:1.6 V,3.如图甲所示的螺线管,匝数n=1 500匝,横截面积 S=20 cm2,方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应 强度按图乙所示规律变化。则,(1
11、)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少? (2)磁通量的平均变化率多大? (3)线圈中感应电动势大小为多少?,【解析】(1)磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引 起的,则1=B1S,2=B2S,=2-1, 所以=BS=(6-2)2010-4 Wb=810-3 Wb (2)磁通量的变化率为 =410-3 Wb/s,(3)根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小 E=n =1 500410-3V=6.0 V 答案:(1)810-3 Wb (2)410-3 Wb/s (3)6.0 V,知识点二 导体切割磁感线时的感应电动势 探究导入: 如图所示的装置,由一块安装 在列车车头底部的强磁铁和埋 设在轨
12、道下面的一组线圈及电学测量仪器组成(记录测量仪器未画出)。当列车经过线圈上方时,由于穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电动势。请思考:,如果已知强磁铁的磁感应强度B、线圈垂直列车运行方向的长度l、感应电动势E,能否测出列车的运行速度呢?,提示:可以测出列车的运行速度。列车运行时,线圈会切割磁感线,由公式E=Blv可求得列车的运行速度。,【归纳总结】 1.导体平动切割磁感线产生的感应电动势: (1)对公式E=Blvsin的理解: 该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论,通常用来求导线运动速度为v时的瞬时感应电动势,随着v的变化,E也相应变化;若v为平均速度,则E也为平均感应电动势。,
13、当B、l、v三个量方向互相垂直时,=90,感应电动势最大,E=Blv;当有任意两个量的方向互相平行时,=0,感应电动势为零,E=0。,(2)有效长度:E=Blv中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度,导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效导体长度。,2.导体转动切割磁感线产生的感应电动势: 当导体绕一端转动时如图所示,由于导体上各点的速度 不同,自圆心向外随半径增大,速度是均匀增加的,所以 导体运动的平均速度为 由公式E=Bl 得,E=Bl,【典题通关】 考查角度1 导体平动切割磁感线 【典例1】如图,水 平面(纸面)内间距为l的平行金属导 轨间接一电阻,质量为m、长度为 l的金属杆置于
14、导轨上,t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。 重力加速度大小为g。求:,(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小。 (2)电阻的阻值。,【审题关键】,【正确解答】 (1)由题意可知0t0时间内受力分析如图甲所示 F合=F-f f=mg 物体做匀加速直线运动F合=ma ,物体匀加速进入磁场瞬间的速度为v,则v=at0 由法拉第电磁感应定律可知E=Blv 由可得 E= (F-mg)
15、,(2)金属杆在磁场中的受力分析如图乙所示 由杆在磁场中做匀速直线运动可知 F-F安-f=0 f=mg 由安培力可知F安=BIl ,由欧姆定律可知I= 由可知R= 答案:(1) (F-mg) (2),考查角度2 导体转动切割磁感线 【典例2】(多选 法拉第圆盘发电机的示意图如图所 示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上, 两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是 ( ),A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上往下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则
16、电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,【正确解答】选A、B。若圆盘转动的角速度恒定,则相 当于无数切割磁感线的导体的运动速度恒定,切割磁感 线感应电动势为E= Br2也恒定,则电流大小恒定,A 正确;由右手定则可知,从上往下看,只要圆盘顺时针转 动,电流就沿a到b的方向流动,不会改变,B正确,C错误; 由于电流在R上的热功率与电流的平方成正比,圆盘,转动的角速度变为原来的2倍时,圆盘切割磁感线产生的感应电动势变为原来的2倍,电流也变为原来的2倍,电流在R上的热功率变为原来的4倍,选项D错误。,【过关训练】 1. 如图,空间有 一匀强磁
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