选修1-1-3.2法拉第电磁感应定律

一、电磁感应1．磁通量：穿过闭合回路的磁感线的条数φ。φ=BS——不要求掌握。2．电磁感应产生的电流叫做感应电流。3．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线，或穿过闭合电路的磁通量发生变化，产生感应电流的现象。二、产生感应电流条件：1．穿过闭合电路的磁通量发生变化。“Φ变”2．“Φ变”的原因：可能是B变、S变、B与S间的夹角变。知识回顾新课导入想一想，我们现实生活中需要强大的电力，是什么为我们大规模的使用电提供了依据呢？电气化需要强大的电力。要利用电磁感应现象来获得大规模使用的电，还有许多规律要探索。例如，怎样使电磁感应获得的电压高一些，就是一个必须解决的问题。法拉第电磁感应定律的建立，为解决实际问题指明了方向，叩开了电气化的大门。小资料3.2法拉第电磁感应定律定义：在电磁感应现象中，既然在闭合电路中产生了感应电流，这个电路中就一定有电动势。我们把电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当十电源。在同一个电路中，感应电动势越大，感应电流越大。那么感应电动势的大小跟什么因素有关呢？一、感应电动势电源能够产生电动势，那么在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。想一想如下图所示的三个实验中，分别是哪部分相当于电源？图1中电源是导体棒AB；图2中电源是螺线管B；图3中电源是螺线管B。实验可知：产生感应电流的闭合电路断开就相当于接入一个阻值无穷大的电阻，电流为零，但是依然有电动势。可见，感应电动势才是电磁感应现象的本质，电磁感应现象重要的是看感应电动势的有无。⑶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⑴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。⑵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。下面我们就来共同研究感应电动势的大小跟哪些因素有关。演示11．实验装置（如图）图12．实验过程：通过改变导体棒做切割磁感线运动的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与导体棒切割磁感线的速度大小有关。速度越大，产生的感应电动势越大。演示21．实验装置（如图）图2２．实验过程：通过改变条形磁铁插入和拔出螺线管的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与条形磁铁插入或拔出螺线管的速度大小有关，速度越大，产生的感应电动势越大。演示31．实验装置（如图1）图32．实验过程：通过改变滑动变阻器滑片移动的速度大小，来研究影响感应电动势大小的因素。感应电动势的大小，与滑动变阻器滑片移动的速度大小有关。速度越大，产生的感应电动势越大。产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。对于图1所示实验，磁场的磁感应强度不变，通过导体棒做切割磁感线的运动，改变了闭合电路的面积，从而改变穿过该电路的磁通量，从而产生了感应电动势。导体棒运动越快，则回路面积变化也越快，使得磁通量的变化越快，而电流表指针偏转角度越大，说明感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关。磁通量变化越快，感应电动势越大。认真分析三个实验及其结论，找出共同的规律。设时刻t1时穿过闭合电路的磁通量为Φ1，时刻t2时穿过闭合电路的磁通量为Φ2，则在时间Δt＝t2－t1内磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1，磁通量的变化快慢可以用单位时间内磁通量的变化量ΔΦ/Δt来表示，也叫磁通量的变化率。感应电动势的大小跟磁通量变化△φ和所用时间△t都有关．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。2．表达式：Ｅ＝ΔΦ/Δt3．单位：E（V），Φ（Wb），Δt（s）二．法拉第电磁感应定律上面讨论的是闭合电路由单匝线圈构成的，设闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量的变化率都相同，那么整个线圈中的感应电动势又如何表示？若闭合电路是一个n匝线圈，则相当于n个相同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，所以整个线圈的感应电动势Ｅ为EntDF=D实际工作中，为了获得较大的感应电动势，常常采用几百匝甚至几千匝的线圈。如图所示把矩形线框abcd放在磁感应强度为B的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分ab的长度是Ｌ，以速度υ向右运动，产生的感应电动势怎么表示？【解析】在Δt时间内可动部分由原来的位置ab移到a1b1，这时线框的面积变化量ΔS=LvΔt穿过闭合电路的磁通量的变量ΔΦ=BΔS=BLvΔt代入E=ΔΦ/Δt得到E=BLvV1V2VBθ法拉第电磁感应定律进一步揭示了电与磁的相互联系，同时也告诉我们：电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的。今天，我们使用的电能从各种形式的能转化而来：风力发电：是把空气流动的动能转化为电能。水力发电：利用水的机械能带动发电机来发电。火力发电：是利用石油、天然气或煤嫩烧时的内能，推动蒸汽轮机再带动发电机来发电。随着社会对电力需求的不断增大，人们一直在探索获取电能的更好方法。但是到目前为止，各种获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的，不同的只是如何来推动发电机而已。一、感应电动势1．感应电动势：电磁感应现象中产生的电动势2．实验表明：感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。3．磁通量的变化率：设时刻t1的磁通量是Φ1，时刻t2的磁通量变为Φ2，则：磁通量的变化量：△Φ＝Φ2－Φ1磁通量的变化率：△Φ/t=(Φ2－Φ1)/(t2－t1)课堂小结二、法拉第电磁感应定律1．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2．单匝：E＝△Φ/△tn匝：E=n△Φ/△t3．发电：其他形式的能转化为电能原理：法拉第电磁感应定律课堂练习A．线圈中感应电动势每秒增加2VB．线圈中感应电动势每秒减少2VC．线圈中感应电动势始终为2VD．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2VC例题：穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终以2Wb/s均匀增加，则（）1、有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。2、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。3、关于电磁感应，下列说法正确的是（）A、穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大；B、某时刻穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零；C、穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大；D、穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大。C4.关于感应电动势的大小，下列说法正确的是A、穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大；B、穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零；C、穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零；D、穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零；D5.下列几种说法中正确的是（）A、闭合线圈中磁通量的变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B、闭合线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C、闭合线圈放在磁场越强的地方，线圈产生的感应电动势一定越大D、闭合线圈中磁通量的变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大D6、关于感应电动势的大小，下列说法正确的是A、跟穿过闭合电路的磁通量有关B、跟穿过闭合电路的磁通量的变化大小有关C、跟穿过闭合电路的磁通量的变化快慢有关D、跟电路中电阻大小有关C7、把一条形磁铁插入同一个闭合线圈中，第一次快插，第二次慢插，两次的初末位置相同，则两次中（）A、磁通量的变化率相同B、磁通量的变化量相同C、产生的感应电流相同D、产生的感应电动势相同B教材习题答案1．答：c．磁通量的变化率。2．答：在磁体转动时，线圈中会有变化的电动势，磁体转动速度不同时，感应电动势不同。3．答：穿过A、B线圈的磁通量变化率可以认为是相同的，由于nAnB，EAEB。4．答：当自行车运动时，轮胎带动滚轮运动，滚轮带着磁体转动。由于穿过该装置中的线圈的磁通量变化，线圈中就有感应电动势。线圈与小灯泡相连，就能点亮小灯泡。该装置可点亮灯，以供晚间骑自行车照明用。5．答：0.120.040.080.510.0810.160.50.1100.0810.WbWbWbtsnEnVVttsnEnVVt(１)　　(２)　　０８１