新课标2018-2019学年高考物理主题三电磁感应及其应用3.1电磁感应3.1.4法拉第电磁感应定律课件新人教版选修3 .ppt

3 1 4法拉第电磁感应定律 一 电磁感应定律1 感应电动势在 中产生的电动势 叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 导体本身的电阻相当于 当电路断开时 有 或 无 感应电流 但有 有 或 无 感应电动势 电磁感应现象 电源 电源内阻 无 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的 成正比 3 单位 在国际单位制中 电动势的单位是伏 V 变化率 思考判断 1 线圈中磁通量越大 线圈中产生的感应电动势一定越大 2 线圈中磁通量的变化量 越大 线圈中产生的感应电动势一定越大 3 线圈放在磁场越强的位置 线圈中产生的感应电动势一定越大 4 线圈中磁通量变化越快 线圈中产生的感应电动势一定越大 二 导线切割磁感线时的感应电动势如图1所示电路中 闭合电路的一部分导体ab处于匀强磁场中 磁感应强度为B ab切割磁感线的有效长度为l 以速度v匀速切割磁感线 图1 1 在 t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1 线框面积的变化量是 S 2 穿过闭合电路磁通量的变化量 B S Blv t Blv lv t 1 当磁场方向 导体本身 导体运动方向三者 时 导体所产生的感应电动势E 2 若导体与磁场方向垂直 导体运动方向与导体本身垂直 但与磁场方向的夹角为 时 如图2所示 则求导体运动所产生的感应电动势时 应将速度v进行 利用速度垂直磁场的分量来进行计算 其数值为E Blv1 图2 两两垂直 Blv 分解 Blvsin 思维拓展如图所示的情况中 金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 答案甲 乙 丁 三 反电动势1 定义 电动机转动时 线圈中会产生 这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用 这个电动势称为 2 作用 阻碍线圈的转动 要维持线圈原来的转动 电源就必须向电动机提供 这正是电能 为其他形式能的过程 3 危害与防止若电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动 这时就没有了 电阻很小的线圈中电流会 可能会把电动机 这时应立即 电源 进行检查 感应电动势 反电动势 能量 转化 反电动势 很大 切断 烧毁 思考判断 1 电动机转动时 线圈中会产生反电动势 若断电后 线圈会由于反电动势的存在而反向转动 2 当线圈减速转动时 也存在反电动势 3 随着科技的进步 也会使反电动势的作用变成线圈转动的动力 法拉第电磁感应定律的理解与应用 1 对感应电动势的理解 要点归纳 例1 关于感应电动势的大小 下列说法正确的是 精典示例 答案D 例2 如图3甲所示的螺线管 匝数n 1500匝 横截面积S 20cm2 方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化 图3 1 2s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少 2 磁通量的变化率多大 3 线圈中感应电动势的大小为多少 解析 1 磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的 则 1 B1S 2 B2S 2 1 所以 BS 6 2 20 10 4Wb 8 10 3Wb 答案 1 8 10 3Wb 2 4 10 3Wb s 3 6V 针对训练1 如图4所示 匀强磁场中有两个导体圆环a b 磁场方向与圆环所在平面垂直 磁感应强度B随时间均匀增大 两圆环半径之比为2 1 圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb 不考虑两圆环间的相互影响 下列说法正确的是 图4A Ea Eb 4 1 感应电流均沿逆时针方向B Ea Eb 4 1 感应电流均沿顺时针方向C Ea Eb 2 1 感应电流均沿逆时针方向D Ea Eb 2 1 感应电流均沿顺时针方向 答案B 针对训练2 如图5甲所示 一个圆形线圈匝数n 1000匝 面积S 2 10 2m2 电阻r 1 在线圈外接一阻值为R 4 的电阻 把线圈放入一个匀强磁场中 磁场方向垂直线圈平面向里 磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示 求 图5 1 0 4s内 回路中的感应电动势 2 t 5s时 a b两点哪点电势高 3 t 5s时 电阻R两端的电压U 靖宸 2 t 5s时 磁感应强度正在减弱 根据楞次定律 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 即感应电流产生的磁场方向是垂直纸面向里 故a点的电势高 故电阻R两端的电压U IR 0 8 4V 3 2V 答案 1 1V 2 a点的电势高 3 3 2V 对公式E Blvsin 的理解与应用 1 对E Blv的理解 1 当l垂直B l垂直v 而v与B成 角时 导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E Blvsin 2 若导线是曲折的 或l与v不垂直时 则l应为导线的有效切割长度 3 公式E Blv中 若v为一段时间内的平均速度 则E为平均感应电动势 若v为某时刻的切割速度 则E为瞬时感应电动势 要点归纳 例3 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 B 0 2T 有一水平放置的光滑框架 宽度为l 0 4m 如图6所示 框架上放置一质量为0 05kg 电阻为1 的金属杆cd 框架电阻不计 若cd杆以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速直线运动 则 1 在5s内平均感应电动势是多少 2 第5s末 回路中的电流多大 3 第5s末 作用在cd杆上的水平外力多大 精典示例 图6 3 杆做匀加速运动 则F F安 ma F安 BIl即F BIl ma 0 164N 答案 1 0 4V 2 0 8A 3 0 164N 故平均感应电动势E Blv 0 4V 例4 多选 法拉第圆盘发电机的示意图如图7所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片P Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中 圆盘旋转时 关于流过电阻R的电流 下列说法正确的是 图7A 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定B 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动C 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化D 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 答案AB 突破该题的关键是将圆盘切割模型转化为导体棒切割模型 针对训练3 如图8所示 导轨OM和ON都在纸面内 导体AB可在导轨上无摩擦滑动 若AB以5m s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑 导体与导轨都足够长 它们每米长度的电阻都是0 2 磁场的磁感应强度为0 2T 问 图8 1 3s末夹在导轨间的导体长度是多少 此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大 回路中的电流为多少 2 3s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少 解析 1 夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势 1 法拉第电磁感应定律的理解 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流 下列表述正确的是 A 感应电动势的大小与线圈的匝数无关B 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大C 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大D 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案C 图9 答案D 3 对E Blv的理解 如图10所示 MN PQ是间距为L的平行金属导轨 置于磁感应强度为B 方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中 M P间接有一阻值为R的电阻 一根与导轨接触良好 有效阻值为R的金属导线ab垂直导轨放置 并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动 则 不计导轨电阻 图10 答案C 图11 答案C 5 法拉第电磁感应定律的综合应用 如图12所示 两根平行金属导轨置于水平面内 导轨之间接有电阻R 金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 现使磁感应强度随时间均匀减小 ab始终保持静止 下列说法正确的是 A ab中的感应电流方向由b到aB ab中的感应电流逐渐减小C ab所受的安培力保持不变D ab所受的静摩擦力逐渐减小 图12 答案D