4.4法拉第电磁感应定律

4.4法拉第电磁感应定律长春市第一五一中学物理组杨富（1）闭合电路利用磁场产生电流的现象问题1：什么叫电磁感应现象？问题2：产生感应电流的条件是什么？（2）磁通量变化思考:试从本质上比较甲、乙两电路的异同既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。甲NSG乙产生电动势的那部分导体就相当于电源定义:在电磁感应现象中产生的电动势称为感应电动势（E）闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有感应电动势。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。一、感应电动势Φ变化产生E产生I知：由rREI总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？观察实验，分析并思考问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？Φ变化的快慢不同Φ都发生了变化都产生了I产生的I大小不等问题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？磁通量变化越快，感应电动势越大。磁通量变化快慢tΦ观察实验，分析并思考越大?从条件上看从结果上看相同不同二、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。内容:tΦEtΦnE注意：公式中Δφ应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。公式:n为线圈的匝数问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗?问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗?（可以类比速度、速度的变化和加速度。）磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。思考与讨论物理意义与电磁感应关系磁通量Ф穿过回路的磁感线的条数多少无直接关系磁通量变化△Ф穿过回路的磁通量变化了多少产生感应电动势的条件磁通量变化率ΔΦ/Δt穿过回路的磁通量变化的快慢决定感应电动势的大小3、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义1.磁感应强度B不变,垂直于磁场的回路面积S发生变化,ΔS＝S2-S1,此时：2.垂直于磁场的回路面积S不变,磁感应强度B发生变化,ΔB＝B2-B1,此时：4、应用:用公式求E的二种常见情况：tΦnEtSBnEtBSnE（感生电动势）（动生电动势）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2Wb，则：A．线圈中的感应电动势每秒钟增加2VB．线圈中的感应电动势每秒钟减少2VC．线圈中的感应电动势始终是2VD．线圈中不产生感应电动势2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。3、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。4、一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。25V16V1.6V课堂练习Φ/10-2Wbt/sABD0120.15、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：()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到D时间内平均感应电动势为0.4VABD斜率表示Φ的变化率√6．一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速转动，当线圈处于如图所示位置时，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7如下图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO'以角速度ω作匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，则在金属环转过90°角的过程中，环中产生的电动势的平均值是多大？oo'B课堂练习22rBE8在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴OO'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。求:(1)线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势(2)线圈转过1/2周的过程中的平均感应电动势课堂练习212LBLE21LBLEBdOO'abωc三、导体作切割磁感线运动如图所示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ab××××××××××××××××××××××××GabvΔS=LvΔt产生的感应电动势为：ΔΦ=BΔStΦE=BLvΔtttBLvBLv回路在时间t内增大的面积为:穿过回路的磁通时的变化为:V是相对于磁场的速度tLvtBttBLvELvΔt是导体扫过的面积θvBV1V2若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角(导体斜切磁感线)说明：1、导线的长度L应为有效长度2、导线运动方向和磁感线平行时,E=03、速度V为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值)三、导体作切割磁感线运动Lvθ为v与B夹角sin1BLvBLvEE＝nΔΦ/Δt一般求出的是Δt时间内的平均感应电动势,E与某段时间或某个过程相对应,常在穿过一个面的磁通量发生变化时用.公式E＝nΔΦ/Δt和公式E=BLvsinθ是统一的.公式E＝nΔΦ/Δt中当Δt→0时,求出的E为瞬时感应电动势;公式E=BLvsinθ中当V代入平均速度时,则求出的E为平均感应电动势.公式E＝nΔΦ/Δt与E=BLvsinθ的区别和联系：1.区别：E=BLvsinθ求出的是瞬时感应电动势,E与某个时刻或某个位置相对应,常在一部分导体做切割磁感线运动时用.2.联系：课后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？7、如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成θ角，求金属棒ab产生的感应电动势。abθvE=BLVsinθ如下图所示，长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B，求杆OA两端的电势差。ωAOA'221LBE课堂练习如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻可忽略不计,在M和P之间接有阻值为R=3.0Ω的定值电阻,导体棒长ab=0.5m,其电阻为r=1.0Ω,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,B=0.4T.现使ab以v=10m／s的速度向右做匀速运动.（1）ab中的电流多大?ab两点间的电压多大？（2）维持ab做匀速运动的外力多大？（3）ab向右运动1m的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？RBrPMNaQbvWF=0.1J课堂练习I=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V直流电动机的原理:问题1：电动机线圈在磁场中转动会产生感应电动势吗?是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍了线圈的转动?通电导线在磁场中受安培力而运动.三、反电动势1、定义：电动机转动时产生的感应电动势总要削弱电源产生的电流,这个电动势叫反电动势.2、作用：阻碍线圈的转动.线圈要维持转动,电源就要向电动机提供电能.电能转化为其它形式的能.问题2：如果电动机因机械阻力过大而停止转动,会发生什么情况?这时应采取什么措施?四、反电动势问题1：电动机线圈的转动会产生感应电动势.这个电动势是加强了电源产生的电流,还是削弱了电源的电流?是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动?问题2：如果电动机因机械阻力过大而停止转动,会发生什么情况?这时应采取什么措施?电动机转动时产生的感应电动势削弱了电源的电流,这个电动势称为反电动势.反电动势的作用是阻碍线圈的转动.这样线圈要维持原来的转动就必须向电动机提供电能,电能转化为其它形式的能.电动机停止转动,这时就没有了反电动势,线圈电阻一般都很小,线圈中电流会很大,电动机可能会烧毁.这时,应立即切断电源,进行检查.