法拉第电磁感应定律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.3 法拉第电磁感应定律,问题1：电路中存在持续电流的条件是什么？,问题2：产生感应电流的条件是什么？,（1）闭合电路,（2）有电源,（1）闭合电路 （2）磁通量变化,试,从本质上,比较甲、乙两电路的异同,乙,甲,相同点：,两电路都是闭合的，有电流,不同点：,甲中有电池（,电源,）,乙中有螺线管,（,相当于电源,）,乙图中产生感应电动势的哪部分导体就是电源。,一、感应电动势E,1.定义:,在电磁感应现象中产生的电动势。,既然闭合电路中,有感应电流,，这个电路中就,一定有感应电动势,。,产生感应电流只不过是一个现象,，它表示电路中在输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备了随时输出电能的能力。,几点说明：,不论电路是否闭合，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，,产生感应电动势是电磁感应现象的本质,。,磁通量是否变化是电磁感应的根本原因,。若磁通量变化了，电路中就会产生感应电动势，再若电路又是闭合的，电路中将会有感应电流。,变化,产生E,产生I,总电阻一定时，,E越大,，I越大，,指针偏转角越大,。,变化的快慢不同,都发生了变化,问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？,问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？,观察实验，分析并思考回答下面的问题：,问题3：该实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？,从条件上看,从结果上看,相同,不同,都产生了I,产生的I大小不等,2磁通量变化,越快,，感应电动势越大。,1.内容:,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。,二、法拉第电磁感应定律,(K是一个常数),(n为线圈的匝数),k=1,对n匝线圈就有,(n为线圈的匝数),2.数学表达式:,是一段时间内磁通量的平均变化率,算出的是平均感应电动势,当磁通量均匀变化时,某一时刻的瞬时感应电动势等于全段时间内导体的平均感应电动势。,巩固练习：,1穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟均匀地增加2 Wb，则：,A线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V,B线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V,C线圈中的感应电动势始终是2 V,D线圈中不产生感应电动势,三、用公式Ent求E的三种情况：,1.磁感应强度B不变，垂直于磁场的回路面积S发生变化，SS,2,-S,1,，此时，EnBSt。,2.垂直于磁场的回路面积S不变，磁感应强度B发生变化，BB,2,-B,1,，此时，EnSBt。,3.磁感应强度B和垂直于磁场的回路面积S都发生变化，此时En(B,2,S,2,-B,1,S,1,)t,。,四、运动导体产生的感应电动势,如图闭合线圈一部分导体ab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。,v,B,V,2,V,1,=Vsin,=Vcos,若导体斜切磁感线,（为v与B夹角）,v,公式BLv中的L指的是切割磁感线的有效长度。,如果导线不和磁场垂直，L是导线在垂直磁场方向上的投影长度。,如果导线是弯曲的，应取与B.V垂直的等效直线的长度,思考题,求下面图示情况下，a、b、c三段导体两端的感应电动势各为多大？,2如右图所示的匀强磁场中，B=0.4T，导体ab长L=40cm，电阻Rab=0.5，框架电阻不计，当导体ab以v=5m/s的速度匀速向左运动时，电路中产生的感应电流为,。,1.6A,巩固练习,例1、如图所示为穿过某线框的磁通量随,时间t变化的关系图，根据图回答：,（1）穿过某线路的磁通量何时最大？,何时最小？,（2）/t何时最大？何时最小？,（3）感应电动势E何时最大？何时最小？,t,O,t,1,t,2,t,3,t,4,注意：,/t就是,t 图象的斜率,E只与/t有关，而与、无关。,2一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，穿过某线路的磁通量随时间t变化的关系如图1，当线圈处于如图2所示位置时，它的：A.磁通量最大,磁通量变化率最大,感应电动势最大,B.磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大,C.磁通量最大,磁通量变化率最小,感应电动势最大,D.磁通量最小,磁通量变化率最小,感应电动势最大,巩固练习,t,O,t,1,t,2,t,3,t,4,图1,图2,例2.,如图(a)图所示，一个500匝的线圈的两端跟,R,99 的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积为20 cm,2,，电阻为1，磁场的磁感应强度随时间变化的图象如(b)图，求磁场变化过程中通过电阻,R,的电流为多大？,例3.,如图所示，一水平放置的平行导体框架宽度,L,0.50 m，接有电阻,R,0.20，磁感应强度,B,0.40 T的匀强磁场垂直导轨平面方向向下，有一导体棒,ab,跨放在框架上，并能无摩擦地沿框架滑动，框架及导体,ab,电阻不计，当,ab,以,v,4.0 m/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),要维持,ab,向右匀速运行，作用在,ab,上的水平力为多大？,(3),电阻,R,上产生的焦耳,热功率为多大？,例4.,如图所示，闭合开关S，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用0.2 s，第二次用0.4 s，并且两次的起始和终了位置相同，则(),A,第一次磁通量变化较大,B,第一次G的最大偏角较大,C,第一次经过G的总电荷量较多,D,若断开S，G均不偏转，故均,无感应电动势,六,、,反电动势,1.既然线圈在磁场中转动,线圈中就会产生感应电动势.感应电动势加强了电源了产生的电流,还是削弱了它?是有得于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动?,电动机转动是时,线圈中产生的感应电动势,总要削弱电源电动势的作用,阻碍线圈的转动.,-反电动势,2.电动机由于机械故障停转,要立即切断电源.,例5：半径为r、电阻为R的金属环通过某直径的轴OO以角速度做匀速转动，如图所示。匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环的平面的磁场方向重合时开始计时，则在转过30的过程中。求：,(1)环中产生的感应电动势的平均值是多大？,(2)金属环某一横截面内,通过的电荷量是多少？,解：,求感应电动势的平均值用En/t。,(1)金属环在转过30的过程中，磁通量的变化量,(2)金属环某一横截面内通过的电荷量,由于E/t，IER，,IQt，所以,例6：如图所示，裸金属线组成滑框，,ab,可滑动，其电阻为r，长为L，串接电阻R，匀强磁场为B，当,ab,以V向右匀速运动过程中，求：,（1）,ab,间感应电动势。,（2）,ab,间的电压。,（3）保证,ab,匀速运动，所加外力,F,。,（4）在2秒的时间内，外力功；,ab,生热,Q,；电阻,R,上生热。,例7：如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆导线处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图。一根长度大于2r的直导线MN，以速率V在圆上自左端匀速滑到右端，电路中定值电阻为R，其余电阻忽略不计。在滑动过程中，通过电阻R的电流的平均值为_;当MN从圆环左端滑到右端的过程中，通过R的电荷量为_,当MN通过圆环中心O时，通过R的电流为_.,2Brv/R),Brv/2R,Br2/R,例8：如图所示，长为L的金属杆OA绕过O点垂直于纸面的固定轴沿顺时针方向匀速转动，角速度为。一匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，磁场范围足够大。求OA杆产生感应电动势的大小。,解析：,由于OA杆是匀速转动，故OA产生的感应电动势是恒定的，其平均值与瞬时值相同，求感应电动势的两个公式均可以用。,解法一：用EBLV求E，V应为平均切割速率，棒上各小段的速率是不相同的，因O点速率V,0,0，由Vr知棒上各点线速度跟旋转半径成正比，,所以棒切割磁感线的平均速率为,V（V,0,V,A,）2L2,则EBLVBL,2,2,解法二：用En/t求E。设经过t时间，OA棒扫过的扇形面积为S，如图所示，SLtL2L,2,t2，变化的磁通量为E/tBStBL,2,2.,直导线绕其,一端,转动时,产生的感应电动势：,EBL,2,2,