高中物理 第四章第四节 法拉第电磁感应定律课件 新人教版选修32

第四节法拉第电磁感应定律第四节法拉第电磁感应定律第四章电磁感应第四章电磁感应学习目标学习目标1.知道感应电动势、反电动势的概念，了解反电动势的知道感应电动势、反电动势的概念，了解反电动势的作用作用2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量及知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量及与磁通量的变化量的区别与磁通量的变化量的区别3理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，能用它理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，能用它来解答有关问题来解答有关问题4知道公式知道公式EBlvsin 的推导，理解并会用它解答有关的推导，理解并会用它解答有关问题问题新 知 初 探 自 主 学 习新 知 初 探 自 主 学 习一、感应电动势一、感应电动势自研教材自研教材在电磁感应现象中产生的电动势叫做在电磁感应现象中产生的电动势叫做_产生感产生感应电动势的那部分导体相当于应电动势的那部分导体相当于_感应电动势感应电动势电源电源成功体验成功体验判断正误判断正误(1)在电磁感应现象中，只要有感应电动势就一定有感应电在电磁感应现象中，只要有感应电动势就一定有感应电流流()(2)在电磁感应现象中，只要有感应电流就一定有感应电动在电磁感应现象中，只要有感应电流就一定有感应电动势势()(3)在电磁感应现象中，感应电动势与感应电流一定共生共在电磁感应现象中，感应电动势与感应电流一定共生共存存()提示：提示：(1)(2)(3)二、电磁感应定律二、电磁感应定律自主探究自主探究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？在图甲中，导线切割磁感线运动的速度越快、磁场越强，产在图甲中，导线切割磁感线运动的速度越快、磁场越强，产生的感应电流越大；在图乙中，条形磁铁的磁场越强、插入生的感应电流越大；在图乙中，条形磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流越大试分析感应电动势大小的速度越快，产生的感应电流越大试分析感应电动势大小与什么有关？与什么有关？提示：提示：磁场越强、导线切割磁感线运动越快、磁铁插入的速磁场越强、导线切割磁感线运动越快、磁铁插入的速度越快，本质上都是回路中磁通量变化越快，感应电流越大，度越快，本质上都是回路中磁通量变化越快，感应电流越大，说明感应电动势越大即磁通量的变化率越大，感应电动势说明感应电动势越大即磁通量的变化率越大，感应电动势越大，变化率越小，感应电动势越小越大，变化率越小，感应电动势越小磁通量的变化率磁通量的变化率三、导线切割磁感线时的感应电动势三、导线切割磁感线时的感应电动势自研教材自研教材1导线垂直切割磁感线时：导线垂直切割磁感线时：E _.2导线不垂直切割磁感线，即导线不垂直切割磁感线，即v与与B有一夹角有一夹角时时如图所示，垂直于磁感线的分速度为如图所示，垂直于磁感线的分速度为v1 _，平行，平行于磁感线的分速度为于磁感线的分速度为v2 _ ，则感应电动势为：，则感应电动势为：E _.Blvvsin vcos Blvsin 成功体验成功体验导体棒运动速度越大，产生的感应电动势越大吗？导体棒运动速度越大，产生的感应电动势越大吗？提示：提示：导体棒切割磁感线时，产生的感应电动势的大小与垂导体棒切割磁感线时，产生的感应电动势的大小与垂直磁感线的速度有关而速度大，垂直磁感线方向的速度不直磁感线的速度有关而速度大，垂直磁感线方向的速度不一定大，所以导体棒运动速度越大，产生的感应电动势不一一定大，所以导体棒运动速度越大，产生的感应电动势不一定越大定越大四、反电动势四、反电动势自主探究自主探究阅读教材阅读教材“思考与讨论思考与讨论”，并回答：，并回答：线圈内的感应电动势是加强还是削弱了电源产生的电流？感线圈内的感应电动势是加强还是削弱了电源产生的电流？感应电动势对线圈转动起了什么作用？应电动势对线圈转动起了什么作用？提示：提示：由于感应电动势与电源的电动势方向相反，因而削弱由于感应电动势与电源的电动势方向相反，因而削弱了电源产生的电流，阻碍线圈的转动了电源产生的电流，阻碍线圈的转动成功发现成功发现1反电动势：反电动势：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的生的_电源电动势作用的感应电动势电源电动势作用的感应电动势2作用：作用： _线圈的转动线圈的转动反抗反抗阻碍阻碍要 点 探 究 讲 练 互 动要 点 探 究 讲 练 互 动(3)由电流方向知，由电流方向知，M端电势高，螺线管两端的电压既是电端电势高，螺线管两端的电压既是电源的路端电压，也是电阻源的路端电压，也是电阻R1、R2两端的电压之和，所以两端的电压之和，所以UMPI(R1R2)0.8(3.52.5) V4.8 V.【答案答案】(1)6 V(2)0.8 A方向为方向为MacbPM(3)4.8 VM端电势高端电势高【规律总结规律总结】法拉第电磁感应定律的计算一般都会与闭合法拉第电磁感应定律的计算一般都会与闭合电路的分析计算结合起来，用到的知识包括楞次定律、直流电路的分析计算结合起来，用到的知识包括楞次定律、直流电路的规律和电路的连接等知识这类题分析时要注意两点：电路的规律和电路的连接等知识这类题分析时要注意两点：一是正确计算磁感应强度的变化率，二是线圈两端的电压不一是正确计算磁感应强度的变化率，二是线圈两端的电压不等于感应电动势，而是电路等于感应电动势，而是电路(或电源或电源)的路端电压的路端电压跟踪训练跟踪训练1(2013合肥高二检测合肥高二检测)图中甲丁所示分别为穿过图中甲丁所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量某一闭合回路的磁通量随时间随时间t变化的图象，关于回路中变化的图象，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，正确的是产生的感应电动势的下列论述，正确的是()A图甲中回路产生的感应电动势恒定不变图甲中回路产生的感应电动势恒定不变B图乙中回路产生的感应电动势一直在变大图乙中回路产生的感应电动势一直在变大C图丙中回路在图丙中回路在0t1时间内产生的感应电动势小于在时间内产生的感应电动势小于在t1t2时间内产生的感应电动势时间内产生的感应电动势D图丁中回路产生的感应电动势先变小再变大图丁中回路产生的感应电动势先变小再变大解析：选解析：选D.甲图中磁通量不变，不产生电动势，甲图中磁通量不变，不产生电动势，A错误；乙错误；乙图中磁通量均匀增大，即变化率恒定，产生的电动势恒定，图中磁通量均匀增大，即变化率恒定，产生的电动势恒定，故故B错误；丙图中，错误；丙图中，0t1比比t1t2时间内磁通量变化率大，时间内磁通量变化率大，0t1内产生的电动势大，故内产生的电动势大，故C错误；丁图中，磁通量的变化错误；丁图中，磁通量的变化率先变小，后变大，产生的电动势先变小后变大，故率先变小，后变大，产生的电动势先变小后变大，故D正正确故选确故选D.要点二要点二对公式对公式EBlvsin 的理解的理解1该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导体运动速度为来求导体运动速度为v时的瞬时电动势，若时的瞬时电动势，若v为平均速度，则为平均速度，则E为平均电动势为平均电动势2当当Bl时，时，表示表示v与与B的夹角，的夹角，vsin 表示垂直于表示垂直于B的分的分速度；当速度；当B、l、v三个量方向相互垂直时，三个量方向相互垂直时，EBlv；当有任；当有任意两个量的方向平行时，意两个量的方向平行时，E0.3对对l的理解的理解公式中的公式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度，如图所应理解为导体切割磁感线时的有效长度，如图所示，导体切割磁感线的情况应取与示，导体切割磁感线的情况应取与B和和v垂直的等效直线长垂直的等效直线长度，即度，即ab的弦长的弦长4对对v的理解的理解公式中的公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生而磁场运动时，也有电磁感应现象产生 如图所示，水平放置的平行金属导轨相距如图所示，水平放置的平行金属导轨相距l0.50 m，左端接一电阻左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度，磁感应强度B0.40 T 的匀强磁的匀强磁场方向垂直于导轨平面导体棒场方向垂直于导轨平面导体棒ab垂直放在导轨上，并能垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当当ab以以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ab棒中感应电动势的大小；棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小；回路中感应电流的大小；(3)ab棒中哪端电势高；棒中哪端电势高；(4)维持维持ab棒做匀速运动的水平外力棒做匀速运动的水平外力F的大小的大小【思路点拨思路点拨】这是一个导体做切割磁感线运动产生感应电这是一个导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题感应电动势的大小可由公式动势的问题感应电动势的大小可由公式EBlv求出；感应求出；感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出；匀速运动时，水平电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出；匀速运动时，水平外力的大小应该与安培力的大小相等外力的大小应该与安培力的大小相等【答案答案】(1)0.80 V(2)4.0 A(3)a端高端高(4)0.80 N【规律总结规律总结】导体切割磁感线产生感应电动势时，切割磁导体切割磁感线产生感应电动势时，切割磁感线的导体可等效于电源，沿其中的电流方向电势升高，即感线的导体可等效于电源，沿其中的电流方向电势升高，即四指指向电势高的一端四指指向电势高的一端跟踪训练跟踪训练2如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒放置的金属棒ab以水平初速度以水平初速度v0抛出，设在整个过程中棒抛出，设在整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中()Aab，Uab保持不变保持不变Bab，Uab越来越大越来越大Cab，Uab越来越大越来越大Dab，Uab保持不变保持不变En/tEBlvsin 区区别别研究研究对象对象某个回路某个回路回路中做切割磁感线运动回路中做切割磁感线运动的那部分导体的那部分导体研究研究内容内容(1)求的是求的是t时间内时间内的平均感应电动势，的平均感应电动势，E与某段时间或某个与某段时间或某个过程对应过程对应(2)当当t0时，时，E为为瞬时感应电动势瞬时感应电动势(1)若若v为瞬时速度，求的为瞬时速度，求的是瞬时感应电动势是瞬时感应电动势(2)若若v为平均速度，求的为平均速度，求的是平均感应电动势是平均感应电动势(3)当当B、l、v三者均不变三者均不变时，平均感应电动势与瞬时，平均感应电动势与瞬时感应电动势相等时感应电动势相等适用适用范围范围对任何电路普遍适对任何电路普遍适用用只适用于导体切割磁感线只适用于导体切割磁感线运动的情况运动的情况 如图所示，导线全部为裸导线，半径为如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直的圆内有垂直于平面的匀强磁场，磁感应强度为于平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于，一根长度大于2r的导的导线线MN以速度以速度v在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，电路在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，电路的固定电阻为的固定电阻为R，其余部分电阻忽略不计试求：，其余部分电阻忽略不计试求：(1)MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平上的电流的平均值及通过的电荷量；均值及通过的电荷量；(2)在这个过程中，电阻在这个过程中，电阻R的最大电流的最大电流寻 规 探 法 思 维 启 迪寻 规 探 法 思 维 启 迪转动切割问题的求解方法转动切割问题的求解方法【范例范例】(8分分)长为长为l的金属棒的金属棒ab以以a点为轴在垂直于匀强点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度磁场的平面内以角速度做匀速转动，如图所示，磁感应强做匀速转动，如图所示，磁感应强度为度为B，求，求ab两端的电势差两端的电势差