高中物理第二章 电磁感应2 法拉第电磁感应定律示范课课件ppt

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一、电磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)感应电动势与感应电流的关系产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有感应电流,但仍有感应电动势。
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变化率成正比。
想一想磁通量的变化率与线圈的匝数有什么关系?
提示 磁通量的变化率是磁通量的变化量与时间的比值,即 ,与线圈的匝数没关系。
二、导体棒切割磁感线时的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图所示,E= Blv。
2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图所示,E= Blvsin θ。 
想一想导体棒切割磁感线产生感应电动势,能量是如何转化的?提示 导体棒切割磁感线产生感应电流,导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向相反,克服安培力做功,把其他形式的能转化为电能。
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感应电流。(　　)解析 不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势;有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势。答案 ×(2)穿过某电路的磁通量变化量越大,产生的感应电动势就越大。(　　)解析 感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,而与Φ、ΔΦ的大小没有必然的联系。答案 ×
(3)闭合电路置于磁场中,当磁感应强度很大时,感应电动势可能为零;当磁感应强度为零时,感应电动势可能很大。(　　)解析 根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小,所以题中的两种情况均有可能。答案 √(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。(　　)解析 根据法拉第电磁感应定律,感应电动势与磁通量的变化率成正比,所以磁通量变化越快,感应电动势越大。答案 √
2.如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增大为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为(　　)A.c→a,2∶1B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2D.c→a,1∶2
解析 由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为a→c,由E=Blv知E1=Blv,E2=2Blv,则E1∶E2=1∶2,故选项C正确。答案 C
如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么?(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?(3)在图中,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?
要点提示 (1)穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。(2)由闭合电路欧姆定律I= 知,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。(3)磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。
2.对法拉第电磁感应定律的理解(1)E=n 一般用来求Δt时间内感应电动势的平均值。其中n为线圈匝数,ΔΦ总是取绝对值。
(2)常见感应电动势的计算式有:
例1 (多选)如图甲所示线圈的匝数n=100,横截面积S=50 cm2,线圈总电阻r=10 Ω,沿轴向有匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化,则在开始的0.1 s内(　　)A.磁通量变化量的大小为0.25 WbB.磁通量的变化率为2.5×10-2 Wb/sC.a、b间电压为零D.在a、b间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25 A
规律方法 综合法拉第电磁感应定律和楞次定律,对于面积一定的线圈,不管磁场的方向如何变化,只要磁感应强度B随时间均匀变化,产生感应电动势的大小和方向均保持不变。所以在B-t图像中,如果图像为一条直线,不管图线在时间轴上方还是下方,整个过程感应电动势和感应电流均为恒量。
变式训练 1一个面积S=4×10-2 m2、匝数n=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图所示,由图可知(　　)A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率为8 Wb/sB.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化量等于零C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD.在第3 s末的感应电动势为零
1.如图甲所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势。2.若将轨道一端抬高,如图乙所示,直导线ab仍与磁场垂直,但速度与磁感线方向有一个夹角θ(θ≠90°),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?
要点提示 1.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丙所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt
2.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丁所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔSsin θ=BlvΔtsin θ
1.对公式E=Blvsin θ的理解(1)当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0。(2)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段的长度来计算。如图中线段ab的长度即为导线切割磁感线的有效长度。
　 开口长度,与速度垂直
(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。
2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以a为圆心,以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。
例2 如图所示,MN、PQ为两条平行放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为(　　)
变式训练 2在如图所示的几种情况中,金属导体中产生的感应电动势为Blv的是(　　)
A.乙和丁B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁D.只有乙
解析 甲、乙、丁三图中,B、v、l两两垂直,且l为有效切割长度,产生的感应电动势都为E=Blv,丙图中E=Blvsin θ。答案 B
例3 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动,如图所示,磁感应强度为B。求:(1)ab棒的平均速率。(2)ab两端的电势差。(3)经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少?此过程中平均感应电动势多大?
变式训练 3如图所示,一个半径为r的铜盘,在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕中心轴OO'匀速转动,磁场方向与盘面垂直,在盘的中心轴与边缘处分别安装电刷。设整个回路电阻为R,当铜盘匀速转动角速度为ω时,通过电阻的电流为　　　　。 
1.下列几种说法中正确的是(　　)A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C.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D.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解析 感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关,它由磁通量的变化率决定,故选D。答案 D
2.(多选)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0~D过程中(　　)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至D时间内平均感应电动势为0.4 V
3.如图所示,空间有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为ε,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为
4.一直升机停在南半球的地磁极上空,该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,如图所示,则(　　)A.E=πfl2B,且a点电势低于b点电势B.E=2πfl2B,且a点电势低于b点电势C.E=πfl2B,且a点电势高于b点电势D.E=2πfl2B,且a点电势高于b点电势