2019-2020学年高中物理 第3章 划时代的发现 2 一条来之不易的规律——电磁感应定律课件 沪

3．2一条来之不易的规律——电磁感应定律第3章划时代的发现第3章划时代的发现1．通过实验，知道产生感应电流的条件．2．知道法拉第电磁感应定律，会用电磁感应定律计算感应电动势的大小．3．知道电源是一种把其他形式的能转化为电能的装置，电动势是一个描述电源这种本领强弱的物理量．一、磁生电的几种典型情况法拉第经过实验概括出产生感应电流的几种典型情况：正在变化的_____；正在变化着的_____；_____的恒定电流；_____的磁铁；在磁场中运动的导体，等等．电流磁场运动运动二、从现象到本质产生感应电流的条件：只要闭合电路内的_______发生了变化，闭合电路中就会产生电磁感应现象．磁通量变化是一切电磁感应的根本原因．法拉第把电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流．磁通量根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的类型有：1．由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．2．磁场不变，由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．3．磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．三、从定性到定量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_______成正比．2．法拉第电磁感应定律可表示为E＝nΔΦΔt，n为线圈匝数，E、ΔΦ、Δt的单位分别为V、Wb、s．3．电动势是描述_____特性的物理量．干电池的电动势是1．5V，表示在电源内部从负极搬运1C电荷，有____________化学能转变为电能．变化率电源1．5J一、对Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的正确理解磁通量Φ磁通量变化量ΔΦ磁通量变化率ΔΦΔt物理意义磁通量越大，某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数越多某段时间穿过某个面的末、初磁通量的差值表示穿过磁场中某个面的磁通量变化快慢的物理量磁通量Φ磁通量变化量ΔΦ磁通量变化率ΔΦΔt大小计算Φ＝B·S⊥，S⊥为与B垂直的面积，不垂直时，取S在与B垂直方向上的投影ΔΦ＝Φ2－Φ1ΔΦ＝B·ΔS或ΔΦ＝S·ΔBΔΦΔt＝Φ2－Φ1ΔtΔΦΔt＝B·ΔSΔt或ΔΦΔt＝S·ΔBΔt磁通量Φ磁通量变化量ΔΦ磁通量变化率ΔΦΔt注意若穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝B·S⊥，应考虑相反方向的磁通量相互抵消后所剩余的磁通量开始和转过180°时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2BS既不表示磁通量的大小，也不表示磁通量变化的多少．在Φ－t图像中，可用图线的斜率表示(1)ΔΦ表示回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2－Φ1，常见磁通量的变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．(2)ΔΦΔt表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率．与Φ、ΔΦ的大小无直接关系．二、对法拉第电磁感应定律的理解1．对E＝nΔΦΔt的理解(1)感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt，而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系，与电路的电阻R无关；感应电流的大小与E和回路总电阻R有关．(2)磁通量的变化率ΔΦΔt是Φ－t图像上某点切线的斜率．(3)用E＝nΔΦΔt所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势．(4)表达式E＝nΔΦΔt所得到的是Δt时间内的平均电动势，只有当Δt→0时，它所表达的才是瞬时电动势．(5)不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，就会产生感应电动势；若电路是闭合的，就会有感应电流产生．2．对E＝BLv的理解闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中也会产生感应电流，说明导体切割磁感线时，会产生感应电动势，在磁感应强度为B的匀强磁场中，长度为L的导体以速度v沿垂直导体的方向在与磁场垂直的平面内运动时产生的感应电动势为E＝BLv，产生感应电流的方向用右手定则判断．这是法拉第电磁感应定律的一个特例，只适用于导体垂直切割磁感线的情况，即要求B、L、v两两互相垂直．公式E＝nΔΦΔt求的是Δt时间内的平均电动势，而E＝BLv，计算的是导体切割磁感线时产生的平均电动势或瞬时电动势，但一般多用于计算瞬时电动势．题型1动生电动势的计算如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l＝0．50m，左端接一电阻R＝0．20Ω，磁感应强度B＝0．40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac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，当ac棒以v＝4．0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ac棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小和方向．[思路点拨]导体棒ac垂直于磁场方向运动——导体棒切割磁感线运动，导致线圈面积(ac与电阻R所围成部分)发生变化，引起磁通量变化，产生感应电动势．E＝nΔΦΔt＝nB·ΔSΔt＝nBlv·ΔtΔt＝nBlv．在解题时E＝nBlv可直接应用．[解析](1)ac棒中产生的感应电动势E＝Blv＝0．40×0．50×4．0V＝0．80V．(2)感应电流的大小I＝ER＝0．800．20A＝4．0A．由右手定则判断电流方向为c→a．[答案](1)0．80V(2)4．0A方向c→a闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，且B、l、v两两垂直时，即可应用E＝Blv计算．如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度(矢量)分别是v1、v2，若井字型回路中有感应电流通过，则()A．v1＞v2B．v1＜v2C．v1＝v2D．无法确定解析：选AB．只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，井字型回路中的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流．故选项AB正确．题型2感生电动势的计算如图甲所示，有一面积为150cm2的金属环，电阻为0．1Ω，在环中100cm2的同心圆面上存在如图乙所示的变化的磁场，线圈中的感应电动势为多大？电流为多大？[思路点拨]由磁感应强度变化产生感应电动势，E＝nΔΦΔt＝nΔBΔt·S．[解析]磁场区域的面积S＝100cm2＝1×10－2m2E＝nΔBΔt·S＝1×1×100×10－4V＝1×10－2VI＝ER＝1×10－20．1A＝0．1A．[答案]1×10－2V0．1A题型3S与B方向的角度变化产生的感应电动势如图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO′以角速度ω做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B．从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，则在转过30°的过程中，环中产生的感应电动势的平均值是多大？[解析]金属环在转过30°的过程中，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BSsin30°－0＝12Bπr2又Δt＝θω＝π6ω＝π6ω，所以E＝ΔΦΔt＝12Bπr2π6ω＝3Bωr2．[答案]3Bωr2