法拉第电磁感应定律.ppt

第四章 电磁感应,4.4 法拉第电磁感应定律,（1）闭合电路,利用磁场产生电流的现象,问题1：什么叫电磁感应现象？,问题2：产生感应电流的条件是什么？,（2）磁通量变化,思考:,问题3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同,既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。,产生电动势的那部分导体相当于电源,1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E）.,闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势.,一、感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.,2、产生条件：,3、感应电动势与感应电流： 只要磁通量变化,电路中就产生感应电动势; 若电路又闭合,电路中就有感应电流.,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.,只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。,观察实验,分析思考:,问题1:在实验中,电流表指针偏转原因是什么?,问题2:电流表换成电压表，指针偏是否偏转?,问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?,变化的快慢不同,都发生了变化,都产生了E(I),产生的E(I)大小不等,磁通量变化越快，感应电动势越大。,磁通量的变化快慢,越大?,问题3:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同?,磁通量的变化率,二、法拉第电磁感应定律,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。,1.内容:,注意：公式中取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。,2.公式:,n为线圈的匝数,问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗?,问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗?,(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、磁通量的变化无直接关系:磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定大(小,零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小).,思考与讨论,3、理解:、/t的意义,1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化,SS2-S1,此时：,2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变化,BB2-B1,此时：,4、应用:用公式 求E的二种常见情况：,（感生电动势）,（动生电动势）,一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。,16V,例与练1,一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置, 在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。,1.6V,例与练2,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00以角速度由图示位置逆时针方向转动。求: (1)线圈转过1/4周的过程 中的平均感应电动势,例与练3,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心轴00以角速度由图示位置逆时针方向转动。求: (2)线圈转过1/2周的过程 中的平均感应电动势,例与练3,如图，半径为r的金属环绕通过某直径的轴00以角速度作匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时,则在 金属环转过900角的过程中，环中产生的电动势的 平均值是多大?,例与练4,/10-2Wb,t/s,0,1,2,0.1,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化的规律如图所示，则：( ),A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内 平均感应电动势为0.4V,例与练5,斜率表示的变化率,回路在时间t内增大的面积为：,S=Lvt,产生的感应电动势为：,穿过回路的磁通量的变化为：,=BS,=BLvt,（V是相对于磁场的速度）,三、导体切割磁感线时的感应电动势,如图所示闭合线框一部分导体ab长l,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势,V1,V2,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),注意：,2、导线的长度L应为有效长度,1、导线运动方向和磁感线平行时, E=0,3、速度v为平均值(瞬时值), E就为平均值(瞬时值),L,为v与B夹角,三、导体切割磁感线时的感应电动势,匀强磁场,v 、B、L两两垂直,三、导体切割磁感线时的感应电动势,如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成角，求金属棒ab产生的感应电动势。,E=BLVsin,例与练7,如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求： (1)导体ab上的感应电动势的大小 (2)回路上感应电流的大小,E=BLv=0.80V,例与练8,(1) 求出的是平均感应电动势, E和某段时间或某个过程对应； 求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或某个位置对应.,(2)求出的是整个回路的感应电动势；求出的是某部分导体的电动势。,1、区别：,回路中感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零。,(1)公式中的时间趋近于0时，则E为瞬时感应电动势,(2)公式中v若代表平均速度，则E为平均感应电动势。,2、联系：,公式和公式是统一的.,如图,长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁场的磁感应强度为B,求杆OA两端的电势差.,例与练9,如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻不计,在M和P之间接有R=3.0的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10ms的速度向右做匀速运动. (1)ab中的电流多大? ab两点间的电压多大? (2)维持ab做匀速运动的外力多大? (3)ab向右运动1m的过程中, 外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少?,WF=0.1J,I=0.5A,F=0.1N,Q=0.1J,U=1.5V,例与练11,问题1：在P16图4.4-3中, 电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样? AB边、CD边受力方向怎样? 线圈的运动方向怎样?,直流电动机的原理: 通电导线在磁场中 受安培力而运动.,问题2：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?方向怎样?,问题3：感应电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动?,四、反电动势,1、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流,这个电动势叫反电动势.,2、作用：阻碍线圈的转动. 线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能.电能转化为其它形式的能.,问题4：如果电动机因机械阻力过大而停止转动,会发生什么情况?这时应采取什么措施?,四、反电动势,3、应用：电动机停止转动, 就没有反电动势,线圈中电流会很大,电动机会烧毁,要立即切断电源,进行检查.,如图，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在的平面与磁感线垂直，经过t时间转过1200角，求： （1）线框内感应电动 势在时间t内的平均值. （2）转过1200角时感 应电动势的瞬时值.,3Ba2/(2t),例与练12,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴OO以角速度由图示位置逆时针方向转动。求: (1)转过1/4周时ab边产生的瞬时感应电动势 (2)转过1/2周时ab边产生的瞬时感应电动势,转动1周的过程中ab边产生的感应电动势哪个时刻最大?哪个时刻最小?,思考:,例与练13,如图，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s，第二次用0.1s。试求： (1)两次线圈中的平均感应电动势之比? (2)两次线圈中 电流之比? (3)两次通过线圈 电荷量之比? (4)两次在R中产生 热量之比?,例与练14,