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1、高中物理新人教版选修-系列课件第四章电磁感应第四节法拉第电磁感应定律教教 学目标学目标 （一）知识与技能（一）知识与技能 1知道什么叫感应电动势。 2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、。 3理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。 4知道E=BLvsin如何推得。 5会用法拉第电磁感应定律解决问题。 （二）过程与方法（二）过程与方法 通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。 （三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观 1从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。
2、2了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。 教学重点教学重点 法拉第电磁感应定律。 教学难点教学难点 平均电动势与瞬时电动势区别。 教学用具教学用具 演示法、归纳法、类比法 多媒体电脑、投影仪、投影片。（1 1）闭合电路）闭合电路利用磁场产生电流的现象利用磁场产生电流的现象问题问题1 1：什么叫电磁感应现象？：什么叫电磁感应现象？问题问题2 2：产生感应电流的条件是什么？：产生感应电流的条件是什么？（2 2）磁通量变化）磁通量变化思考思考: :问题问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的：试从本质上比较甲、乙两电路的异同异同 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这，这个
3、电路中就个电路中就一定有电动势一定有电动势。甲甲NSG乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源1、定义：、定义：在电磁感应现象中产在电磁感应现象中产生的电动势叫生的电动势叫感应电动势（感应电动势（E）. . 闭合电路闭合电路中中有感应电流有感应电流，这个电路，这个电路中中就就一定有感应电动势一定有感应电动势. .一、感应电动势一、感应电动势产生感应电动势的那部分导体产生感应电动势的那部分导体相当于相当于电源电源. .2、产生条件：、产生条件：只要只要穿过电路的穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化，电路中，电路中就就产生产生感应电动势。感应电动势。3、感应电动势与感
4、应电流：、感应电动势与感应电流： 只要磁通量变化只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势电路中就产生感应电动势; 若电路若电路又又闭合闭合,电路中就有感应电流电路中就有感应电流.磁通量变化是电磁感应的根本原因磁通量变化是电磁感应的根本原因; ; 产生感应电动势是电磁感应现象的本质产生感应电动势是电磁感应现象的本质. .观察实验观察实验,分析思考分析思考:问题问题1:在实验中在实验中,电流表电流表指针偏转原因是什么指针偏转原因是什么?问题问题2:电流表指针偏转电流表指针偏转程度跟感应电动势的大程度跟感应电动势的大小有什么关系小有什么关系?问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高在实验中，将条形磁铁
5、从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同和不同? 变化变化产生产生E产生产生I 问题问题1 1：在实验中，电流表指针：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？偏转原因是什么？知：由rREI总电阻一定总电阻一定时时,E越大越大,I越越大大,指针偏转指针偏转越大越大.问题问题2 2：电流表指针偏转程度跟：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？感应电动势的大小有什么关系？变化的快慢不同变化的快慢不同 都发生了变化都发生了变化都产生了都产生了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等磁通量变化磁通量变化越快越快，感应电动势越大。
6、，感应电动势越大。 磁通量的变化快慢磁通量的变化快慢t越大越大?从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看相同相同不同不同问题问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同入有什么相同和不同? 磁通量的变化率磁通量的变化率二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的过这一电路的磁通量磁通量的的变化率变化率成成正正比。比。 1 1.内容内容: :tEtnE注意：注意：公式中公式中取绝对值取绝对值，不涉及，不涉及正负，感应电流的方
7、向另行判断。正负，感应电流的方向另行判断。2 2.公式公式: :n为线圈的匝数为线圈的匝数问题问题1：磁通量大：磁通量大,磁通量变化一定大吗磁通量变化一定大吗?问题问题2：磁通量变化大：磁通量变化大,磁通量的变化率磁通量的变化率一定大吗一定大吗?(可以类比速度、速度的变化和加速度可以类比速度、速度的变化和加速度.) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化变化无直接关系无直接关系:磁通量大磁通量大(小小,零零)，磁通量，磁通量的变化率不一定大的变化率不一定大(小小,零零);磁通量的变化大磁通量的变化大(小小)，磁通量的变化率不一定大，磁通量的变化率不一定大(小小).
8、思考与讨论思考与讨论 物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少产生产生感应电动感应电动势的势的条件条件磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢 决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义 1.磁感应强度磁感应强度B不变不变,垂直于磁场的回路垂直于磁场的回路面积面积S发生变化发生变化,SS2-S1,此时：此时： 2.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S不变不
9、变,磁感应磁感应强度强度B发生变化发生变化,BB2-B1,此时：此时：4、应用、应用:用公式用公式 求求E的二种的二种常见情况：常见情况：tnEtSBnEtBSnE（感生电动势）（感生电动势）（动生电动势）（动生电动势）有一个有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电，求感应电动势。动势。 25V例与练例与练1一个一个100匝的线圈，在匝的线圈，在0.5s内穿过它内穿过它的磁通量从的磁通量从0.01Wb增加到增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。16V例与练例与练2一个匝数为一个匝数为100、面积为、
10、面积为10cm2的线的线圈垂直磁场放置圈垂直磁场放置, 在在0.5s内穿过它的内穿过它的磁场从磁场从1T增加到增加到9T。求线圈中的感。求线圈中的感应电动势。应电动势。1.6V例与练例与练3如图，半径为如图，半径为r的金属环绕通过某直的金属环绕通过某直径的轴径的轴00以角速度以角速度作匀速转动作匀速转动,匀强匀强磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B，从金属环面，从金属环面与磁场方向与磁场方向重合重合时开始计时时开始计时,则在则在 金金属环转过属环转过900角的过程中，环中产生角的过程中，环中产生的电动势的的电动势的 平均值是多大平均值是多大?00B22rBE例与练例与练4在磁感应强度为在磁感
11、应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一有一矩形线框矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心线框绕中心轴轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方由图示位置逆时针方向转动。求向转动。求:(1)线圈转过线圈转过1/4周周的过程的过程 中的平均感应电动势中的平均感应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一有一矩形线框矩形线框,边长边长ab=L1,bc=L2线框绕中心线框绕中心轴轴00以角速度以角速度由图示位置逆时针方由图示位置逆时针方向转动。求向转动。求:(2)线圈转过线圈转过1/2周周的过程的过程 中的平均感应电动势中
12、的平均感应电动势212LBLE 例与练例与练5B00adcb/10- -2Wbt/sA B D0120.1单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：化的规律如图所示，则：( )A、线圈中、线圈中0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 B、线圈中、线圈中D时刻感应电动势为零时刻感应电动势为零 C、线圈中、线圈中D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 D、线圈中、线圈中0到到D时间内时间内 平均感应电动势为平均感应电动势为0.4VABD例与练例与练6斜率表示斜
13、率表示的变化率的变化率ab Gabv回路在时间回路在时间t内增大的面积内增大的面积为：为： S=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化穿过回路的磁通量的变化为：为：=BStE =BLvtttBLv BLv （V是相对于磁场的速度）是相对于磁场的速度）三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图所示闭合线框一部分导体如图所示闭合线框一部分导体ab长长l,处于处于匀强磁场中，磁感应强度是匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度以速度v匀匀速切割磁感线，求产生的感应电动势速切割磁感线，求产生的感应电动势vB BV1V2若导体运动方向跟磁感应强度方向
14、有夹角若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线导体斜切磁感线)注意：注意：2、导线的长度、导线的长度L应为应为有效长度有效长度1、导线运动方向和磁感线、导线运动方向和磁感线平行平行时时, E=03、速度、速度v为平均值为平均值(瞬时值瞬时值), E就为平均值就为平均值(瞬时值瞬时值)Lv为为v与与B夹角夹角sin1BLvBLvE三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势BLvE 匀强磁场匀强磁场v 、B B、L L两两垂直两两垂直sinBLvE vBLL、夹角为与Bv三、导体切割磁感线时的三、导体切割磁感线时的感应电动势感应电动势如图，匀强磁场的磁感应强度为如
15、图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为，长为L的金属棒的金属棒ab在垂直于在垂直于B的平面内运动，的平面内运动，速度速度v与与L成成角，求金属棒角，求金属棒ab产生的感应产生的感应电动势。电动势。abvE=BLVsin例与练例与练7在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,有一个匝数为有一个匝数为n的矩形线圈的矩形线圈,边长边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴线圈绕中心轴OO以角速度以角速度由图示位置逆时针方向转动。求由图示位置逆时针方向转动。求:(1)转过转过1/4周周时时ab边产生的瞬时感应电动势边产生的瞬时感应电动势(2)转过转过1/2周周时时ab边产生的瞬时感应电动势边产生
16、的瞬时感应电动势2sinsin21LnBLBLvE转动转动1周的过程中周的过程中ab边产生边产生的感应电动势哪个时刻最大的感应电动势哪个时刻最大?哪个时刻最小哪个时刻最小?思考思考: :例与练例与练8B00adcb问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？ (1) 求出的是平均感应电动势求出的是平均感应电动势, E和某段时间或某个过程对应；和某段时间或某个过程对应； 求出的是瞬时感应电动势，求出的是瞬时感应电动势，E和某个和某个时刻或某个位置对应时刻或某个位置对应. (2)求出的是整个回路的求出的是整个回路的感应电动势；感应电动势；求出的是某部求出的是
17、某部分导体的电动势。回路中感应分导体的电动势。回路中感应电动势为零时，回路中某段导电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。体的感应电动势不一定为零。vabcdL1、区别：区别：(1)公式公式中的时间趋近于中的时间趋近于0时，则时，则E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势(2)公式公式中中v若代表平均速度，则若代表平均速度，则E为平均感应电动势。为平均感应电动势。2、联系：、联系：问题：问题：公式公式 tnEsin BLvE与公式与公式 的的区别和联系区别和联系？公式公式和公式和公式是统一的是统一的.如图如图,长为长为L的铜杆的铜杆OA以以O为轴在垂直于匀为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角
18、速度强磁场的平面内以角速度匀速转动匀速转动,磁场磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B,求杆求杆OA两端的电势差两端的电势差.AOA221LBE例与练例与练9如图如图,水平面上有两根相距水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金的足够长的平行金属导轨属导轨MN和和PQ,它们的电阻不计它们的电阻不计,在在M和和P之间接之间接有有R=3.0的定值电阻的定值电阻,导体棒长导体棒长ab=0.5m,其电阻为其电阻为r=1.0,与导轨接触良好与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中下的匀强磁场中,B=0.4T.现使现使ab以以v=10ms的速的速度向右做匀速运动度向右做匀速运
19、动.(1)ab中的电流多大中的电流多大? ab两点间的电压多大两点间的电压多大?(2)维持维持ab做匀速运动的外力多大做匀速运动的外力多大?(3)ab向右运动向右运动1m的过程中的过程中, 外力做的功是多少外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少电路中产生的热量是多少? RBrPMNaQbvWF=0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V例与练例与练10问题问题1：在在P16图图4.4-3中中,电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样?AB边、边、CD边受力方向怎样边受力方向怎样?线圈的运动方向怎样线圈的运动方向怎样?直流电动机的原理直流电动机的原
20、理: 通电导线在磁场中通电导线在磁场中 受安培力而运动受安培力而运动.问题问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗感应电动势吗?方向怎样方向怎样?问题问题3：感应电动势是加强了电源产生的感应电动势是加强了电源产生的电流电流,还是削弱了电源的电流还是削弱了电源的电流?是有利于线是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动圈转动还是阻碍了线圈的转动?四、反电动势四、反电动势 1、定义：、定义：电动机转动时产生的感应电电动机转动时产生的感应电动势动势总要总要削弱削弱电源产生的电流电源产生的电流,这个电这个电动势叫动势叫反电动势反电动势. 2、作用：、作用：阻碍线圈的转动阻
21、碍线圈的转动. 线圈要维持转动线圈要维持转动, ,电源就要向电动机提供电能电源就要向电动机提供电能. .电能转化为其它形式的能电能转化为其它形式的能. .问题问题4：如果电动机因机械阻力过大而如果电动机因机械阻力过大而停止转动停止转动,会发生什么情况会发生什么情况?这时应采取这时应采取什么措施什么措施?四、反电动势四、反电动势 3、应用：、应用：电动机停止转动电动机停止转动, 就没有反电动势就没有反电动势,线圈中电流线圈中电流会很大会很大,电动机会烧毁电动机会烧毁,要立即要立即切断电源切断电源,进行检查进行检查.关于电磁感应，下述说法中正确的是关于电磁感应，下述说法中正确的是( )A、穿过线圈
22、的磁通量越大、穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大感应电动势越大B、穿过线圈的磁通量为零、穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定感应电动势一定为零为零C、穿过线圈的磁通量的变化越大、穿过线圈的磁通量的变化越大,感应电动感应电动势越大势越大D、穿过线圈的磁通量变化越快、穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势感应电动势越大越大D注意注意:感应电动势感应电动势E与与、 /t的关系的关系例与练例与练11如图如图,一个水平放置的导体框架一个水平放置的导体框架,宽度宽度L=1.50m,接有电阻接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度磁感应强度B=0.40T,方向如图方
23、向如图.今有一导体棒今有一导体棒ab跨放在框架上跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动并能无摩擦地沿框滑动,框架及框架及导体导体ab电阻均不计电阻均不计,当当ab以以v=4.0m/s的速度向右的速度向右匀速滑动时，试求：匀速滑动时，试求：(1)导体导体ab上的感应电动势的大小上的感应电动势的大小(2)回路上感应电流的大小回路上感应电流的大小E=BLv=0.80VA0 . 4rREI例与练例与练12小结：小结：由于导体运动过程中感应电动由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可势不变，瞬时值等于平均值，所以也可用下式求用下式求E.tSBtEErRRIRU如果这时跨接在电阻两端有一个
24、电压如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即表，测得的就是外电路上的电压，即如图如图,有一匀强磁场有一匀强磁场B=1.010- -3T，在垂直，在垂直磁场的平面内磁场的平面内,有一金属棒有一金属棒AO,绕平行于磁绕平行于磁场的场的O轴顺时针转动轴顺时针转动,已知棒长已知棒长L=0.20m，角速度角速度=20rad/s，求：棒产生的感应电动，求：棒产生的感应电动势有多大？势有多大？V1082242BLBStE例与练例与练13BlvE 2/2/2BLLBLBlvE）（中小结：小结：也可用也可用进行计算进行计算,因为从因为从OA,各点的线速度各点的线速度是均匀变化的是均匀变化
25、的,故故取棒中点的速度代表取棒中点的速度代表棒的平均速度棒的平均速度，由，由仍得到上面的结果仍得到上面的结果.如图，边长为如图，边长为a的正方形闭合线框的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应边匀速转动，磁感应强度为强度为B，初始时刻线框所在的平面与磁，初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过感线垂直，经过t时间转过时间转过1200角，求：角，求：（1）线框内感应电动）线框内感应电动势在时间势在时间t内的内的平均值平均值.（2）转过）转过1200角时感角时感应电动势的应电动势的瞬时值瞬时值.taB3323Ba2/(2t)例与练例与练14如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用一次用0.05s，第二次用，第二次用0.1s。试求：。试求：(1)两次线圈中的两次线圈中的平均感应电动势之比平均感应电动势之比?(2)两次线圈中两次线圈中 电流之比电流之比?(3)两次通过线圈两次通过线圈电荷量之比电荷量之比?(4)两次在两次在R中产生中产生热量之比热量之比?12122121ttttEE12212121EEERREII11221121tItIqq1222212121tRItRIQQ例与练例与练15