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1、法拉第电磁感应定律PPT课件你现在浏览的是第一页，共24页要点疑点考点一、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律 1.1.电磁感应中感应电动势的大小，电磁感应中感应电动势的大小，即跟穿过这一电路的即跟穿过这一电路的磁通量的磁通量的变化率变化率成正比，法拉第电磁感应定律成正比，法拉第电磁感应定律E=E=n/tn/t.当导体在匀强磁场中切当导体在匀强磁场中切割磁感线时，切割法表达式割磁感线时，切割法表达式E=E=BLvsinaBLvsina，而产生感应电动势的那部分而产生感应电动势的那部分导体相当于导体相当于电源电源，该电源的正负极由楞，该电源的正负极由楞次定律来确定，注意电源内部电流是由次定律
2、来确定，注意电源内部电流是由负极负极流向流向正极正极.你现在浏览的是第二页，共24页要点疑点考点 2.2.磁通量磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量、磁通量、磁通量的变化率的变化率/t/t的区别的区别.磁通量是指穿插过某一磁通量是指穿插过某一回路的磁感线的条数；磁通量的变化量是说明磁通回路的磁感线的条数；磁通量的变化量是说明磁通量改变了多少，但不能说明磁通量改变的快慢，量改变了多少，但不能说明磁通量改变的快慢，值值得注意的是当一个回路平面翻转得注意的是当一个回路平面翻转180180时，磁通时，磁通量的大小变不变暂且不论，但方向由正变负或由负量的大小变不变暂且不论，但方向由正变负或由负变正，而
3、磁通量的变化量为变正，而磁通量的变化量为=|=|1 1|+|+|2 2|；磁通量变化率磁通量变化率/t/t是指磁通量变化快慢的物理量，决定了该回路的是指磁通量变化快慢的物理量，决定了该回路的感应电动势的大小，再结合该回路电阻可决定该感应电动势的大小，再结合该回路电阻可决定该电路的感应电流的大小电路的感应电流的大小.你现在浏览的是第三页，共24页要点疑点考点二、法拉第电磁感应定律的第一种表述的运用及注意二、法拉第电磁感应定律的第一种表述的运用及注意事项事项 1.E=n/t1.E=n/t 是定量描述电磁感应现象的普适是定量描述电磁感应现象的普适规律规律.不管是因为什么原因、什么方式所产生的电不管是
4、因为什么原因、什么方式所产生的电磁感应现象，其磁感应现象，其感应电动势的大小均可由它来计算感应电动势的大小均可由它来计算.2.E=n/t2.E=n/t在中学阶段通常是在中学阶段通常是计算计算一段时一段时间内的感应电动势的间内的感应电动势的平均值平均值，对于瞬时值，其作用，对于瞬时值，其作用不大，只有当磁通量的变化率恒定时，才等于瞬时值不大，只有当磁通量的变化率恒定时，才等于瞬时值.切记它不一定等于初值加末值除以切记它不一定等于初值加末值除以2 2.你现在浏览的是第四页，共24页要点疑点考点3.3.一般可包括三种情况：一般可包括三种情况：回路面积回路面积S S不变，而磁感应不变，而磁感应强度强度
5、B B变化，则有变化，则有E=nSB/tE=nSB/t；磁感应强度磁感应强度B B不变，而回路不变，而回路面积面积S S变化，则有变化，则有E=nBs/t E=nBs/t；回路面积与磁感应强度回路面积与磁感应强度B B均均保持不变，但回路平面在磁场保持不变，但回路平面在磁场中转动引起磁通量的变化中转动引起磁通量的变化.你现在浏览的是第五页，共24页要点疑点考点三、公式三、公式E=BLvsinaE=BLvsina的运用及注意事项的运用及注意事项 1.1.此公式中此公式中a为速度与磁场平面间的夹角为速度与磁场平面间的夹角.在在v v垂垂直于直于B B，也垂直于，也垂直于L L，且，且L L也垂直于
6、也垂直于B B时，可简化为时，可简化为E=BLvE=BLv，否则可以用，否则可以用v v=vsina=vsina可得可得E=BLvE=BLv，2.2.此公式一般用于此公式一般用于匀强磁场匀强磁场(或导体所在位置的各或导体所在位置的各点点B B均相同均相同)，且导体各部分的速度均相同的情况，且导体各部分的速度均相同的情况.若若切割速度切割速度v v不变，则不变，则E E为恒定值；为恒定值；若切割速度为瞬时若切割速度为瞬时值，则值，则E E为瞬时电动势为瞬时电动势.该公式即可求平均电动势，该公式即可求平均电动势，也可求瞬时电动势也可求瞬时电动势.你现在浏览的是第六页，共24页要点疑点考点 3.3.
7、若导体棒若导体棒绕某一固定转轴绕某一固定转轴切割磁感线时切割磁感线时，虽然棒上各点的，虽然棒上各点的切割速度并不相同，但切割速度并不相同，但可用棒中可用棒中点的速度等效替代切割速度点的速度等效替代切割速度，常用公式，常用公式E=BLvE=BLv中中.4.4.公式中的公式中的L L为有效切割长度，即垂直于为有效切割长度，即垂直于B B、垂直于、垂直于v v且处于磁场中的直线部分长度且处于磁场中的直线部分长度；此公式是法拉第电磁感应定律在导体切割磁此公式是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式感线时的具体表达式.你现在浏览的是第七页，共24页基 础 训 练 1.1.单匝矩形线圈在匀强磁场
8、中匀速转动，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转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则时间变化的规律如图所示，则()()你现在浏览的是第八页，共24页基 础 训 练 A.A.线圈中线圈中0 0时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 B.B.线圈中线圈中D D时刻感应电动势为时刻感应电动势为0 0 C.C.线圈中线圈中D D时刻感应电动势最大时刻感应电动势最大 D.D.线圈中线圈中0 0至至D D时间内平均感应电动势时间内平均感应电动势为为1.4V1.4V答案是：答案是：ABAB你现在浏览的是第九页，共24页基 础 训 练 2.AB
9、2.AB两闭合线圈为同样导线绕成且同为两闭合线圈为同样导线绕成且同为1010匝匝,半径为半径为r rA A=2r=2rB B,内有如图内有如图12-3-212-3-2所示的有理想边界所示的有理想边界的匀强磁场的匀强磁场,若磁场均匀地减小若磁场均匀地减小,则则A.BA.B环中感应环中感应电动势之比电动势之比E EA A:E:EB B=_;=_;感应电流之比感应电流之比I IA A:I:IB B=_=_1:11:2你现在浏览的是第十页，共24页基 础 训 练 3.将一个面积为将一个面积为S,总电阻为总电阻为R的圆的圆形金属环平放在平面上形金属环平放在平面上,磁感应强度磁感应强度为为B的匀强磁场竖直
10、向下的匀强磁场竖直向下,当把环翻转当把环翻转1800的过程中的过程中,经过环某一横截面的经过环某一横截面的电量为电量为_.2BS/R你现在浏览的是第十一页，共24页基 础 训 练 4.4.直接写出图直接写出图12-3-312-3-3所示各种情况下导线所示各种情况下导线abab两端的感应电动势的表达式两端的感应电动势的表达式(B.L.(B.L.已已知）知）;图12-3-3E=BlvsinE=2BRvE=BRv你现在浏览的是第十二页，共24页能力思考方法【例例1 1】如图如图12-3-512-3-5所示，边长为所示，边长为a a的正方形的正方形闭合线框闭合线框ABCDABCD在匀强磁场中绕在匀强磁
11、场中绕ABAB边匀速转动边匀速转动,磁感应强度为磁感应强度为B,B,初始时刻线框所在面与磁感初始时刻线框所在面与磁感线垂直线垂直,经过经过时间时间t t转过转过1201200 0角角,求求:(1):(1)线框内线框内感应电动势在感应电动势在t t时间内的时间内的平均值平均值;(2);(2)转过转过1201200 0角时角时,感应电感应电动势的瞬时值动势的瞬时值.图12-3-5你现在浏览的是第十三页，共24页能力思考方法 【解析解析】(1)(1)设初始时刻线框朝纸外的一面为正设初始时刻线框朝纸外的一面为正面时面时,此时刻磁通量磁能量此时刻磁通量磁能量1 1=Ba=Ba2 2,磁感线从正磁感线从正
12、面穿入面穿入,t,t时刻后时刻后,磁通量磁通量2 2=(1/2)Ba=(1/2)Ba2 2,且此时且此时刻磁通量的变化量应当是刻磁通量的变化量应当是(1 1+2 2),),而不是而不是(1 1-2 2),(),(学生可比较一下转过学生可比较一下转过1201200 0与转过与转过60600 0时时的区别的区别).E=/t).E=/t求出平均电动势：求出平均电动势：E=3BaE=3Ba/2t/2t；(2)(2)计算感应电动势的瞬时值要用公式计算感应电动势的瞬时值要用公式E=BLvsinaE=BLvsina，且，且a=120a=1200 0、v v2 2=2a/(3t);=2a/(3t);E=E=a
13、a2 2/(3t)/(3t)；你现在浏览的是第十四页，共24页能力思考方法【例例2 2】如图如图12-3-612-3-6所示，导线全部为裸导线，所示，导线全部为裸导线，半径为半径为r r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为感应强度为B B，一根长度大于，一根长度大于2r2r的导线的导线MNMN以速度以速度v v在圆环上无摩擦地自左匀速滑动到右端在圆环上无摩擦地自左匀速滑动到右端.电路的电路的固定电阻为固定电阻为R R，其余电阻不计，试求，其余电阻不计，试求MNMN从圆环的左端滑动从圆环的左端滑动到右端的过程中电阻到右端的过程中电阻R R上的电流的平均值
14、上的电流的平均值及通过的电量及通过的电量.图12-3-6你现在浏览的是第十五页，共24页能力思考方法【解析解析】本题粗看是本题粗看是MNMN在切割磁感线，属于在切割磁感线，属于“切割切割”类的问题，要用类的问题，要用E=BLv,E=BLv,但切割杆但切割杆MNMN的有的有效长度在不断变化，用公式效长度在不断变化，用公式E=BLvE=BLv难以求得平均难以求得平均值值.事实上，回路中的磁通量在不断变化，平均事实上，回路中的磁通量在不断变化，平均感应电动势可由磁通量的变化来求感应电动势可由磁通量的变化来求.由于由于=B S=Br=B S=Br；t=2r/vt=2r/v，由，由法拉第电磁感应定律，法
15、拉第电磁感应定律，E=/t E=/t=Brv/2,=Brv/2,所以所以I=E/R=Brv/2R,I=E/R=Brv/2R,从而，通过的从而，通过的电量：电量：q=Brq=Br2 2/R./R.你现在浏览的是第十六页，共24页能力思考方法【例例3 3】如图如图12-3-712-3-7所示，所示，abcdabcd是一个固定的是一个固定的U U型型金属框架，金属框架，abab和和cdcd边都很长，边都很长，bcbc边长为边长为l l，框架的，框架的电阻可不计，电阻可不计，efef是放置在框架上与是放置在框架上与bcbc平行的导体杆，平行的导体杆，它可在框架上自由滑动它可在框架上自由滑动(无摩擦无摩
16、擦)，它的电阻为，它的电阻为R.R.现现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为感应强度为B B，方向垂直于纸面向里，已知以恒，方向垂直于纸面向里，已知以恒力力F F向右拉导体向右拉导体efef时，时，导体杆最后匀速滑动，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度求匀速滑动时的速度.图12-3-7你现在浏览的是第十七页，共24页能力思考方法【解析解析】当导体杆向右滑动时，通过回路当导体杆向右滑动时，通过回路efcbefcb的磁通量将发生变化，从而在回路中产生感应的磁通量将发生变化，从而在回路中产生感应电动势电动势E E和感应电流和感应电流I
17、.I.设导体杆做匀速运动时设导体杆做匀速运动时的速度为的速度为v v，根据法拉第电磁感应定律和欧姆，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知：定律可知：E=BlvE=Blv、I=E/R;I=E/R;而磁场对导体杆的作用力为而磁场对导体杆的作用力为F F安安=BlI,=BlI,且有且有F=FF=F安安，解得匀速滑动时的速度为：，解得匀速滑动时的速度为：v=FR/Bv=FR/B2 2l l2 2.你现在浏览的是第十八页，共24页能力思考方法 【例例4 4】如图如图12-3-812-3-8所示，长都为所示，长都为l l的金属棒的金属棒OAOA、OBOB和圆弧组成闭合回路，磁感应强度为和圆弧组成闭合回路，
18、磁感应强度为B B的的匀强磁场和回路所在平面垂直，保持棒匀强磁场和回路所在平面垂直，保持棒OAOA和圆弧和圆弧不动，将棒不动，将棒OBOB绕绕O O点以角速度点以角速度顺时针转动，顺时针转动，B B端端一直与圆弧接触，求一直与圆弧接触，求OBOB棒上感应动势的大小；棒上感应动势的大小；图12-3-8你现在浏览的是第十九页，共24页能力思考方法 【解析解析】方法一：在方法一：在t t时间内时间内OBOB扫过的面积扫过的面积s=Rs=R2 2t/2;t/2;回路中磁通量的变化量回路中磁通量的变化量 =Bs,=Bs,再由再由E=E=/t求出感应电动势求出感应电动势 E=B RE=B R2 2/2/2
19、；方法二：可以将方法二：可以将OBOB看做是切割磁感线运动，切割看做是切割磁感线运动，切割速度为其中点速度速度为其中点速度v=l/2,v=l/2,则有则有E=Blv=BlE=Blv=Bl2 2/2,/2,可可见此方法更为简单；因此在此题中将圆弧和见此方法更为简单；因此在此题中将圆弧和OAOA去掉去掉后的计算后的计算OBOB产生的感应电动势的结果是一样的，只产生的感应电动势的结果是一样的，只不过此种情况下无感应电流不过此种情况下无感应电流.你现在浏览的是第二十页，共24页延伸拓展【例例5 5】两根足够长的固定的平行金属导轨位于两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间距离为同一水平
20、面内，两导轨间距离为L L，导轨上面横，导轨上面横放着两根导体棒放着两根导体棒abab和和cdcd，构成如图，构成如图12-3-912-3-9所示所示的矩形回路的矩形回路.两根导体棒的质量两根导体棒的质量均为均为m m，电阻均为，电阻均为R R，回路中其余部分的电回路中其余部分的电阻可不计阻可不计.图12-3-9你现在浏览的是第二十一页，共24页延伸拓展 在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为场，磁感应强度为B.B.设两导体棒均可沿导轨设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行无摩擦地滑行.开始时，棒开始时，棒cdcd静止，棒静止，棒abab有有指向棒指
21、向棒cdcd的初速的初速v v0 0，若两导体棒在运动过程中，若两导体棒在运动过程中始终不接触，始终不接触，求：求：(1)(1)在运动中产生的热量最多是多少在运动中产生的热量最多是多少?(2)(2)当当abab棒的速度为初速度的棒的速度为初速度的3/43/4时，时，cdcd棒的加速度是多少棒的加速度是多少?你现在浏览的是第二十二页，共24页延伸拓展 【解析解析】当当abab棒向棒向cdcd棒运动时，两棒和导轨棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是产生感应电流，产生感应电流，abab棒受到与运动方向相反的棒受到与运动方向相反的安培力作
22、用做减速运动，安培力作用做减速运动，cdcd棒则在安培力作棒则在安培力作用下做加速运动，在用下做加速运动，在abab棒的速度大于棒的速度大于cdcd的速的速度时，回路总有感应电流，度时，回路总有感应电流，abab棒继续减速，棒继续减速，cdcd棒继续加速，两棒速度达到相同后，回路面积棒继续加速，两棒速度达到相同后，回路面积保持不变，磁通量不变化，不产生感应电流，两保持不变，磁通量不变化，不产生感应电流，两棒以相同的速度棒以相同的速度v v做匀速运动做匀速运动.你现在浏览的是第二十三页，共24页延伸拓展 (1)(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动
23、量守恒，有：总动量守恒，有：mvmv0 0=2mv;=2mv;根据能量守恒，整个过根据能量守恒，整个过程中产生的总热量为：程中产生的总热量为：Q=(1/2)mvQ=(1/2)mv0 0-(1/2)(2m)v-(1/2)(2m)v=(1/4)mv=(1/4)mv；(2)(2)设设abab棒的速度变为初速度的棒的速度变为初速度的3/43/4时，时，cdcd棒的棒的速度为速度为vv，则由动量守恒可知：，则由动量守恒可知：mvmv=m(3/4)v=m(3/4)v+mv+mv；且回路中的感应电动势和感应电流分别为：；且回路中的感应电动势和感应电流分别为：E=BL(3/4)vE=BL(3/4)v0 0-v-v，I=E/2R;I=E/2R;且此时且此时cdcd棒所受安棒所受安培力：培力：F=BIL,cdF=BIL,cd的加速度的加速度a=F/ma=F/m；综合以上各式，；综合以上各式，可得可得a=Ba=B2 2L L2 2v v0 0/(4mR)./(4mR).你现在浏览的是第二十四页，共24页