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1、4.4法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律实验探究一若闭合电路中有感应电流若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动电路中就一定有电动势势.演示实验并播放动画演示实验并播放动画画出等效电路图画出等效电路图实验探究二若电路断开时，虽然没有感应电流，电若电路断开时，虽然没有感应电流，电动势依然存在。动势依然存在。演示实验并播放动画演示实验并播放动画画出等效电路图画出等效电路图 在电磁感应现象中产生在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部产生感应电动势的那部分导体就相当于电源分导体就相当于电源一、感应电动势一、感应电动势 1 1感感应应电电动动势势：在在电电
2、磁磁感感应应现现象象中中产产生生的的电电动动势势叫叫做做感感应应电电动动势势，产产生生感感应应电电动动势势的那部分导体相当于电源的那部分导体相当于电源2 2感感应应电电动动势势与与感感应应电电流流：感感应应电电动动势势是是形形成成感感应应电电流流的的必必要要条条件件，有有感感应应电电动动势势不不一一定定存存在在感感应应电电流流（要要看看电电路路是是否否闭闭合合），有感应电流一定存在感应电动势，有感应电流一定存在感应电动势思考与讨论感应电动势的大小跟哪些因素有关？感应电动势的大小跟哪些因素有关？探究感应电动势大小与磁通量变化的关系探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题提出问题既然闭合电路的
3、磁通量发生改变就能产生感应电动既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么感应电动势与磁通量的变化有关呢？势，那么感应电动势与磁通量的变化有关呢？猜想或假设猜想或假设感应电动势感应电动势E的大小与磁通量的变化量的大小与磁通量的变化量有关。此有关。此外，电磁感应现象只在磁场发生变化的过程中被观察外，电磁感应现象只在磁场发生变化的过程中被观察到，而在恒定的磁场中却不能发生，那么，感应电动到，而在恒定的磁场中却不能发生，那么，感应电动势的大小是否也与完成磁通量变化所用的时间。势的大小是否也与完成磁通量变化所用的时间。对猜想假设进行设计实验探究 猜想：感应电动势很可猜想：感应电动势很可能与磁通
4、量变化的快慢有关能与磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示）用磁通量的变化率表示）实验1：用导线切割磁感线，产生感应电流的实验中，导线运动的速度越快、磁体的磁场超强，产生的感应电流越大实验探究1:感应电动势2实验2：在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。实验:电磁感应插磁铁实验探究实验探究2:感应电动势感应电动势3实验探究实验探究3:感应电动势感应电动势1（1）用同样快速（控制时间）用同样快速（控制时间）:1根条形磁铁根条形磁铁,小小,指针偏转小指针偏转小 2根条形磁铁根条形磁铁,大大,指针偏转大
5、指针偏转大（2）用一根条形磁铁（控制磁通量）用一根条形磁铁（控制磁通量）:快速，快速，t小小,指针偏转大指针偏转大 慢速，慢速，t大大,指针偏转小指针偏转小实验结果实验结果1、当时间相同时、当时间相同时,磁通量变化越大磁通量变化越大,感应电感应电流就越大流就越大,表明感应电动势越大。表明感应电动势越大。2、当磁通量变化相同时、当磁通量变化相同时,所用时间越短所用时间越短,感感应电流就越大应电流就越大,表明感应电动势越大表明感应电动势越大感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关.分析与论证分析与论证结论结论 在磁通量变化在磁通量变化相同时相同时，所
6、用的时间所用的时间t t越大越大，即磁通量变化，即磁通量变化越慢越慢,感应电动势感应电动势E E越小越小；反之，；反之，t t越小越小，即磁通量变化越快，即磁通量变化越快,感应电动感应电动势势E E越大越大。实验结论：实验结论：在变化时间在变化时间t t相同时相同时，变化，变化量量越大越大，表明磁通量变化越快，感，表明磁通量变化越快，感应电动势应电动势E E越大越大；反之，变化量；反之，变化量越小越小，表明磁通量变化越慢，感应电动势表明磁通量变化越慢，感应电动势E E越小越小。概念的比较概念的比较 磁通量磁通量速度速度磁通量的变化磁通量的变化速度的变化速度的变化磁通量的变化率磁通量的变化率 速
7、度的变化率速度的变化率说明：说明：磁通量变化的快慢，可用单磁通量变化的快慢，可用单位时间内的磁通量的变化，即磁位时间内的磁通量的变化，即磁通量的变化率来表示。通量的变化率来表示。可见感应电动势的大小由磁可见感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。通量的变化率来决定。精确实验表明精确实验表明：电路中感应电动势的大小，电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是率成正比。这就是法拉第电磁感法拉第电磁感应定律。应定律。得出 若闭合电路是一个若闭合电路是一个n匝线圈，且穿匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，过每匝线圈的磁通量变化率都相同，则整
8、个线圈的感应电动势为则整个线圈的感应电动势为 法拉第法拉第（17911876）是英国著名的物理学家、化学家。他发现了电磁感应现象，提出电场和磁场的概念。场的概念对近代物理的发展的重大意义。他家境贫寒，出身于铁匠家庭，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 1磁通量的变化率/t：表示磁通量变化的快慢（1）磁通量的变化率跟磁通量、磁通量的变化不同磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零，磁通量变化大不等于磁通量的变化率大二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 2法法拉拉
9、第第电电磁磁感感应应定定律律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比（2）/t 是指在时间 内磁通量变化快慢的平均值；t0，/t表示在某瞬时磁通量变化的快慢，式中物理量都取国际单位 若线圈有n匝，则相当于n个相同的电源串联，所以整个线圈中的电动势为3导线切割磁感线时的感应电动势（1）垂直切割时：如图所示，导体由ab匀速移动到a1b1，这一过程中穿过闭合回路的磁通量变化=BLvt，由法拉第电磁感应定律得：（2 2）切切割割方方向向与与磁磁场场方方向向成成角角时时：如如图图所所示示，将将v分分解解为为垂垂直直B和和平平行行B的的两个分量，其中：两个分量，其中：对切割有贡献 对
10、切割无贡献 所以：导线切割磁感线时产生的导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟磁感强度电动势的大小，跟磁感强度B、导线长度导线长度L、运动速度、运动速度v以及以及运动方向与磁感线方向的夹运动方向与磁感线方向的夹角的正弦角的正弦sin 成正比成正比说明：公式说明：公式E=/t，E=n/t一般适用一般适用于求解平均电动势的大小；而公式于求解平均电动势的大小；而公式E=BLV一般适用于切割磁感线运动导体的瞬时电动一般适用于切割磁感线运动导体的瞬时电动势的大小。势的大小。讨论：产生感应电流与产生感应电动势的条讨论：产生感应电流与产生感应电动势的条件一样吗？件一样吗？（导体在磁场中做切割线运动或者是穿过
11、某（导体在磁场中做切割线运动或者是穿过某一回路的磁通量发生变化，就一定产生感应一回路的磁通量发生变化，就一定产生感应电动势）电动势）例题例题1：长为L的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁感应强度为B，如图所示，求ab两端的电势差解析：解析：ab两两端端电电势势差差等等于于金金属属棒棒切切割割磁磁感感线线产产生生的的电电动动势势（因因为为没没有有外外电电路路），所所以以只只要求出电动势即可要求出电动势即可棒上各处速率不等，不能直接用棒上各处速率不等，不能直接用E=BLv来求，来求，但棒上各点的速度但棒上各点的速度v=r与半径成正比，因此与半径成正比，因此可用棒的中点速
12、度作为平均切割速度代入公可用棒的中点速度作为平均切割速度代入公式计算：式计算：例题2 如图所示如图所示,A.B两个闭合线圈为同样两个闭合线圈为同样的导线制成的导线制成,匝数均为匝数均为10匝匝,A的半径是的半径是B的半径的二倍的半径的二倍,图示区域内有匀强磁场图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小且磁感应强度随时间均匀减小.AB线圈中产生的感应电动势之比是线圈中产生的感应电动势之比是多少多少?两线圈中感应电流之比是多少两线圈中感应电流之比是多少?例题3图中是电磁流量计的示意图图中是电磁流量计的示意图.圆圆管由非磁性材料制成管由非磁性材料制成,空间有匀强磁空间有匀强磁场场,当管中的导电
13、液体流过磁场区域当管中的导电液体流过磁场区域时时,测出管壁上测出管壁上MN两点间的电动势两点间的电动势E,就可以知道管中液体的流量去就可以知道管中液体的流量去q单位时间内流过管道横截面的液体单位时间内流过管道横截面的液体的体积已知管的直径为的体积已知管的直径为d，磁感应，磁感应强度为试推出强度为试推出q与的关系表达与的关系表达式式三、反电动势思考：思考：如图所示如图所示,电源在电动机线圈中产生电源在电动机线圈中产生的电流的方向以及的电流的方向以及AB.CD两个边受力两个边受力的方向都可判断出的方向都可判断出.现在的问题是现在的问题是,既然线圈在磁场中转既然线圈在磁场中转动动,线圈中就会产生感应
14、电动势线圈中就会产生感应电动势.感应电感应电动势加强了电源产生的电流动势加强了电源产生的电流,还是削弱还是削弱了它了它?是有利于线圈的转动是有利于线圈的转动,还是阻碍了还是阻碍了线圈的转动线圈的转动?讨论与归纳讨论与归纳 电动机转动时电动机转动时,线圈中也会产生感应线圈中也会产生感应电动势电动势,这个感应电动势总要削弱电源这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用电动势的作用,将这个感应电动势称为将这个感应电动势称为反电动势反电动势.它的作用是阻碍线圈的转动它的作用是阻碍线圈的转动.如果要使线圈维持原来的转动如果要使线圈维持原来的转动,电源电源就要向电动机提供能量就要向电动机提供能量.这正是电能转
15、这正是电能转化为其他形式能的过程化为其他形式能的过程.讨论讨论:电动机工作中要注意的问题电动机工作中要注意的问题 如果电动机工作中由于机械阻力如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动过大而停止转动,这时没有了反电动这时没有了反电动势势,电阻很小的线圈直接连在电源的电阻很小的线圈直接连在电源的两端两端,电流会很大电流会很大,时间长了很可能把时间长了很可能把电动机烧毁电动机烧毁.所以所以,如果电动机由于机如果电动机由于机械故障停转械故障停转.要立即切断电源要立即切断电源,进行检进行检查查.说一说说一说演示演示:观察电动机启动过程中电流的观察电动机启动过程中电流的变化变化如何解释电流的这种变化如何
16、解释电流的这种变化?讨论讨论:电动机启动时的电流与正常工电动机启动时的电流与正常工作时的电流不同作时的电流不同,有负载时与空载时有负载时与空载时的电流不同的电流不同.这在技术上会引起什么这在技术上会引起什么问题问题?如果有问题如果有问题,应该沿什么途径应该沿什么途径去解决去解决?小结：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟导线切割磁感线时产生的电动势的大小，跟磁感强度磁感强度B、导线长度、导线长度L、运动速度、运动速度v以及运动以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦方向与磁感线方向的夹角的正弦sin 成正比成正比反电动势：电动机转动时，线圈中会产生感反电动势：电动机转动时，线圈中会产生感应电动势，这个电动势总要削弱电源电动势应电动势，这个电动势总要削弱电源电动势的作用，这个电动势称为反电动势的作用，这个电动势称为反电动势