2019-2020学年高中物理 第3章 电磁感应 2 法拉第电磁感应定律课件 新人教版选修1-1

二法拉第电磁感应定律1．知道什么是感应电动势．2．理解磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能与磁通量的变化相区别．3．了解电磁感应定律的发现过程，知道电磁感应定律．4．会用法拉第电磁感应定律解答有关问题．一、感应电动势1．感应电动势是在__________现象中产生的________．产生感应电动势的那部分导体相当于________．2．感应电动势是形成感应电流的必要条件．有感应电动势不一定存在___________(要看电路是否闭合)，有感应电流一定存在_________________．3．影响感应电动势大小的因素：感应电动势的大小与__________________的大小有关．电磁感应电动势电源感应电流感应电动势磁通量的变化率二、磁通量的变化率1．定义：磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的____________，即单位时间内____________的变化量．2．物理意义：描述__________________的物理量．3．表达式：________.温馨提示ΔΦ＝Φ2－Φ1为磁通量的变化量，表示磁通量的变化大小．比值磁通量磁通量变化快慢ΔΦΔt三、法拉第电磁感应定律1．内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的________成正比．2．公式：E＝________.n为线圈的________．ΔΦ是磁通量的________．3．国际单位：ΔΦ的单位是________(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是________(V)．温馨提示用公式E＝nΔΦΔt求出的电动势为时间Δt内的平均值．变化率nΔΦΔt匝数变化量韦伯伏特四、电能的来源1．产生________必然要消耗其他形式的能量．2．能的转化(1)风力发电和水力发电：________转化为电能．(2)火力发电：________转化为电能．(3)核力发电：核能转化为电能．3．各种获得大规模电能的实用方案，都是以_____________________为理论基础的．电能机械能化学能法拉第电磁感应定律一、磁通量、磁通量变化量和磁通量变化率的比较物理量磁通量Φ磁通量变化量ΔΦ磁通量变化率ΔΦΔt物理意义某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数穿过某个面的磁通量的变化量表述磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量物理量磁通量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－Φ1，ΔΦ＝B·ΔS或ΔΦ＝S·ΔBΔΦΔt＝B·ΔSΔt或S·ΔBΔt物理量磁通量Φ磁通量变化量ΔΦ磁通量变化率ΔΦΔt注意问题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或抵消以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＝2B·S，而不是零既不表示磁通量的大小也不表示变化的多少，在Φ－t图象中，可用图线的斜率表示说明Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接联系，当磁通量Φ很大时，磁通量的变化量ΔΦ可能很小．同理，当磁通量的变化量ΔΦ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小．磁通量的变化率ΔΦΔt的大小和磁通量Φ的大小和磁通量的变化量ΔΦ的大小均无关．二、法拉第电磁感应定律的理解1．内容：电路中感应电动势的大小与线圈的匝数及穿过每匝线圈的磁通量的变化率成正比．2．表达式：E＝nΔΦΔt.式中n表示线圈的匝数．对磁通量的变化率ΔΦΔt而言，与匝数无关，但穿过每一匝线圈的ΔΦΔt都相同．所以n匝线圈串接相当于n个电动势为ΔΦΔt的电源串联，因此线圈的总电动势为E＝nΔΦΔt.3．用E＝nΔΦΔt所求的感应电动势为整个闭合电路的平均感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势．4．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．5．磁通量的变化率ΔΦΔt是Φ－t图象上某点切线的斜率．如图3－2－1所示，t＝0.1s时，ΔΦΔt＝0，t＝0、0.2s、0.4s、0.6s时图线斜率最大，即ΔΦΔt最大．图3－2－1三、导线切割磁感线时的电动势1．如图3－2－2所示，导线ab在间距为l的两平行导轨上以速度v垂直磁感线方向运动，磁场的磁感应强度为B.导线ab运动使闭合电路的面积改变引起磁通量的变化，从而产生感应电动势．图3－2－2由法拉第电磁感应定律知，在时间Δt内，产生的感应电动势为E＝ΔΦΔt＝ΔSΔtB＝vΔt·lΔtB＝Blv.2．公式：E＝Blv.其中B为匀强磁场的磁感应强度，导线应垂直磁场，v为垂直导线及磁场方向的速度．3．公式E＝Blv求出的电动势一般为瞬时电动势．思考与讨论[教材第52页]点拨磁通量的变化快慢影响感应电动势的大小，增大磁通量变化率，可以获得较大感应电动势．教材资料分析法拉第电磁感应定律的理解例1关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是()A．穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大B．电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大C．电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大D．若电路中某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零解析据法拉第电磁感应定律，感应电动势正比于磁通量变化率，C项中磁通量变化越快，则磁通量的变化率越大，故C选项正确，A、B选项错误；某时刻的磁通量为零，但该时刻磁通量的变化率不一定为零，所以感应电流也就不一定为零，D选项错误，故选C.答案C借题发挥正确理解法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt，E与ΔΦ之间没有正比关系，ΔΦ大，E不一定大，反之ΔΦ小，E也不一定小，关键取决于变化率ΔΦΔt.1．当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法正确的是()A．线圈中一定有感应电流B．线圈中有感应电动势，其大小与磁通量成正比C．线圈中一定有感应电动势D．线圈中有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比【答案】C【解析】线圈中的磁通量发生变化肯定有感应电动势，但不一定有感应电流，由E＝nΔΦΔt知，感应电动势与ΔΦ不成正比．选项C正确．感应电动势大小的计算例2如图3－2－3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ab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ab以v＝4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，用两种方法求解ab棒中感应电动势的大小．图3－2－3解析解法一根据法拉第电磁感应定律，E＝ΔΦΔt＝BΔSΔt＝0.8V.解法二感应电动势的变形公式：根据法拉第电磁感应定律，ab棒中的感应电动势为E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.答案0.8V借题发挥两个公式E＝ΔΦΔt和E＝Blv都是计算感应电动势的公式，但是也有所区别，E＝ΔΦΔt是感应电动势的定义式，是普遍适用的，求出的为感应电动势的平均值；公式E＝Blv是计算导体切割磁感线时产生的感应电动势，在线圈只有一条边做切割磁感线运动时应用该式计算感应电动势更为简单．求出的可能是感应电动势的瞬时值或平均值．2．有一个单匝线圈，在0.2s内通过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.08Wb，则线圈中的感应电动势为()A．0.1VB．0.2VC．0.3VD．0.4V【答案】C【解析】由E＝ΔΦΔt得E＝0.08－0.020.2V＝0.3V，C正确．1．(2019年株洲名校期中)关于电磁感应，下列说法中正确的是()A．线圈放在磁感应强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大B．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大C．穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大【答案】D法拉第电磁感应定律的理解【解析】感应电动势E＝nΔΦΔt，故感应电动势和磁通量变化的快慢有关，和磁通量大小无关，且磁通量变化越快，感应电动势越大．故D正确，A、B、C错误．2．穿过某线圈的磁通量随时间的变化关系如图3－2－4所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是()A．0～2sB．2～4sC．4～6sD．6～10s【答案】C【解析】由E＝ΔΦΔt，E的大小由ΔΦΔt的变化大小来决定，只有C正确．图3－2－43．(2019年白银名校月考)关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是()A．穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大感应电动势大小的计算C．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0D．穿过线圈的磁通量的变化率ΔΦΔt越大，所产生的感应电动势就越大【答案】D【解析】由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率越大，感应电动势越大，感应电动势与磁感应强度大小、磁通量大小、磁通量变化量的大小无关，线圈中磁通量变化越快，磁通量的变化率越大，感应电动势越大．故D正确，A、B、C错误．4．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】ABD【解析】由公式E＝Blv，B、l、v相互垂直，l为切割磁感线的有效长度，故A、B、D正确．5．如图3－2－5所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路，虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是()A．始终存在感应电流B．CD段始终不受安培力C．感应电动势最大值E最大＝BavD．感应电动势平均值E＝14πBav图3－2－5【答案】ACD【解析】在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，存在感应电动势和感应电流，选项A正确；CD段中存在电流，一定受安培力作用，选项B错误；当半圆闭合回路有一半进入磁场时，即这时的等效长度最大为a，这时感应电动势最大，E＝Bav，选项C正确；感应电动势平均值E＝ΔΦΔt＝B·12πa22av＝14πBav，选项D正确．6．(2017年深圳校级期中)闭合的金属环处于随时间均匀变化的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环平面，则()A．环中产生的感应电动势均匀变化B．环中产生的感应电流均匀变化C．环中产生的感应电动势保持不变D．环上某一小段导体所受的安培力保持不变【答案】C【解析】匀强磁场随时间均匀变化，则ΔBΔt是定值，感应电动势E＝ΔΦΔt＝ΔBΔt·S，由于ΔBΔt与S都是定值，则感应电动势E是定值，故A错误，C正确；感应电流I＝ER，由于E与R是定值，感应电流I保持不变，故B错误；环上一小段导体受到的安培力F＝BIL，I与L不变，B均匀变化，则安培力均匀变化，故D错误．故选C.