高中物理 第一章 第4節(jié)法拉第地磁感應(yīng)定律課件 新人教版選修3-2.ppt

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,第4節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律,據(jù)前面所學(xué)，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？,什么叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象？產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？,1,2,復(fù)習(xí),（1）閉合電路；,（2）有電源,產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是： （1）閉合電路；（2）磁通量變化。,利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象,,法拉第（1791—1876）是英國著名的物理學(xué)家、化學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出電場和磁場的概念。場的概念對近代物理的發(fā)展的重大意義。 他家境貧寒，出身于鐵匠家庭，未受過系統(tǒng)的正規(guī)教育，但卻在眾多領(lǐng)域中作出驚人成就，堪稱刻苦勤奮、探索真理、不計(jì)個人名利的典范，對于青少年富有教育意義。,,,,,,,既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個電路中就一定有電動勢。,比較甲、乙兩電路的異同,3,產(chǎn)生電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源,學(xué)習(xí)目標(biāo),,,,,,,運(yùn)用,理解,知道,法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動勢,法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式,磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率 決定感應(yīng)電動勢大小的因素,自主學(xué)習(xí),1、有一個50匝的線圈，如果穿過它的磁通量的變化率為0.5Wb/s，求感應(yīng)電動勢。,2、一個100匝的線圈，在0. 5s內(nèi)穿過它的磁通量從0.01Wb增加到0.09Wb。求線圈中的感應(yīng)電動勢。,25V，16V,問題1：在實(shí)驗(yàn)中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么？ 問題2：電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系？,Φ變化,產(chǎn)生E,產(chǎn)生I,,,,總電阻一定時，E越大，I越大，指針偏轉(zhuǎn)越大。,Φ變化的快慢不同,Φ都發(fā)生了變化,一、觀察實(shí)驗(yàn)，分析并思考回答下面的問題：,問題3：該實(shí)驗(yàn)中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？,都產(chǎn)生了I,產(chǎn)生的I大小不等,二、感應(yīng)電動勢,1、感應(yīng)電動勢,（E）,1)定義:,在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。,2)磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大。,電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。,2、法拉第電磁感應(yīng)定律,1)內(nèi)容:,,,,平均磁通變化率,平均感應(yīng)電動勢,,三、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意義,,,,1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化,ΔS＝S2-S1,此時：,2.垂直于磁場的回路面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化,ΔB＝B2-B1,此時：,四、應(yīng)用:用公式 求E的二種常見情況：,（感生電動勢）,（動生電動勢）,當(dāng)堂訓(xùn)練1,1、一個匝數(shù)為100、面積為10cm2的線圈垂直磁場放置，在0. 5s內(nèi)穿過它的磁場從1T增加到9T。求線圈中的感應(yīng)電動勢。,1.6V,2、如圖所示，一個50匝的線圈的兩端跟R＝99Ω的電阻相連接，置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，線圈的橫截面積是20㎝2，電阻為1Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度以100T／s的變化率均勻減少。在這一過程中通過電阻R的電流為多大？,2、如圖所示，一個50匝的線圈的兩端跟R＝99Ω的電阻相連接，置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，線圈的橫截面積是20㎝2，電阻為1Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度以100T／s的變化率均勻減少。在這一過程中通過電阻R的電流為多大？,解析：,3、如圖，半徑為r的金屬環(huán)繞通過某直徑的軸00'以角速度ω作勻速轉(zhuǎn)動,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，從金屬環(huán)面與磁場方向重合時開始計(jì)時,則在 金屬環(huán)轉(zhuǎn)過900角的過程中，環(huán)中產(chǎn)生的電動勢的 平均值是多大?,4、（雙選）單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場。若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則：( ),A、線圈中0時刻感應(yīng)電動勢最小 B、線圈中D時刻感應(yīng)電動勢為零 C、線圈中D時刻感應(yīng)電動勢最大 D、線圈中0到D時間內(nèi) 平均感應(yīng)電動勢為0.4V,BD,,斜率表示Φ的變化率,,（課時2）導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動,如圖所示閉合線圈一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，ab以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,回路在時間△t內(nèi)增大的面積為：,ΔS=LvΔt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：,穿過回路的磁通量的變化為：,ΔΦ=BΔS,=BLvΔt,（V是相對于磁場的速度）,若導(dǎo)體斜切磁感線,（θ為v與B夾角）,（若導(dǎo)線運(yùn)動方向與導(dǎo)線本身垂直，但跟磁感強(qiáng)度方向有夾角）,說明：,1、導(dǎo)線的長度L應(yīng)為有效長度,2、導(dǎo)線運(yùn)動方向和磁感線平行時，E=0,3、速度V為平均值（瞬時值），E就為平均值（瞬時值）,感應(yīng)電動勢,公式BLv中的L指的是切割磁感線的有效長度。在上圖中E=BLv，L是圓弧切割磁感線的有效長度。,例1：如圖，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)電動勢為B，長為L的金屬棒ab在垂直于B的平面內(nèi)運(yùn)動，速度v與L成θ角，求金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。,E=BLVsinθ,練習(xí)：半徑為R的半圓形導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場B中，以速度V向右勻速運(yùn)動時，E=？,E = 2 B R V,思考題,求下面圖示情況下，a、b、c三段導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電動勢各為多大？,問題：公式 ① 與公式 ② 的區(qū)別和聯(lián)系？,1、一般來說， ①求出的是平均感應(yīng)電動勢，和某段時間或者某個過程對應(yīng)。 ②求出的是瞬時感應(yīng)電動勢，E和某個時刻或者某個位置對應(yīng)。,區(qū)別：,2、①求出的是整個回路的感應(yīng)電動勢，回路中感應(yīng)電動勢為零時，但是回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零。,1、公式①中的時間趨近于0時，E就為瞬時感應(yīng)電動勢,2、公式②中v若代表平均速度，則求出的E就為平均感應(yīng)電動勢。,聯(lián)系：,1 、如下圖所示,是一個水平放置的導(dǎo)體框架,寬度L=0.50m,接有電阻R=0.20Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40T,方向如圖所示.今有一導(dǎo)體棒ab橫放在框架上,并能無摩擦的沿框滑動,其他部分電阻均不計(jì),當(dāng)ab以v=4t m/s的速度向右勻加速滑動時,試求: 1)導(dǎo)體棒ab在5s內(nèi)產(chǎn)生 的感應(yīng)電動勢的大小 2)導(dǎo)體棒ab在5s末產(chǎn)生 的感應(yīng)電動勢的大小,2、如圖，水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ，它們的電阻可忽略不計(jì)，在M和 P之間接有阻值為R＝ 3.0Ω的定值電阻，導(dǎo)體棒ab長＝0.5m，其電阻為r ＝1.0Ω ，與導(dǎo)軌接觸良好.整個裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，B＝0.4T?，F(xiàn)使ab以v＝10m／s的速度向右做勻速運(yùn)動。 （1）a b中的電流大? a b兩點(diǎn)間的電壓多大？ （2）維持a b做勻速運(yùn)動的外力多大？ （3）a b向右運(yùn)動1m的過程中，外力做的功是多少？電路中產(chǎn)生的熱量是多少？,（1） 0.5A 1.5V,（2）0.1N,（3）0.1J 0.1J,一臺電動機(jī)，線圈電阻是0.4 ?，當(dāng)電動機(jī)兩端加220V電壓時，通過電動機(jī)的電流是50A。這臺電動機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功有多少?,解:電動機(jī)消耗的電功率P、電動機(jī)的發(fā)熱功率P熱、轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)。三者之間遵從能量守恒定律: P＝P熱+P機(jī) 由焦耳定律，電動機(jī)的熱功率為 P熱 ＝I2R, 消耗的電功率為P＝UI 電動機(jī)所做機(jī)械功的功率P機(jī)＝P－P熱＝UI－I2R 根據(jù)功率與做功的關(guān)系，電動機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功為 W＝P機(jī)t=(IU一I2R)t=(50X220-502X0.4)X60J=6X105J,四、反電動勢,,V,此電動勢阻礙電路中原來的電流. 故稱之為反電動勢,課時3,N,S,電動機(jī),安培力方向 轉(zhuǎn)動速度方向,,,,,電動機(jī)線圈的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢是反電動勢。這個電動勢削弱了電源電流, 阻礙線圈的轉(zhuǎn)動. 線圈要維持原來的轉(zhuǎn)動就必須向電動機(jī)提供電能，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 正因?yàn)榉措妱觿?的存在,所以對電動機(jī),歐姆定律不成立.,1、關(guān)于電磁感應(yīng)，下列說法正確的是（） A、穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大； B、某時刻穿過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢一定為零； C、穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大； D、穿過線圈的磁通量變化越大，感應(yīng)電動勢越大。,C,2、關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是 A、穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應(yīng)電動勢一定最大； B、穿過閉合回路的磁通量為零時，其感應(yīng)電動勢一定為零； C、穿過閉合回路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定為零； D、穿過閉合回路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定不為零；,D,3、下列幾種說法中正確的是（） A、閉合線圈中磁通量的變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 B、閉合線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 C、閉合線圈放在磁場越強(qiáng)的地方，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 D、閉合線圈中磁通量的變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大,D,4、關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是 A、跟穿過閉合電路的磁通量有關(guān) B、跟穿過閉合電路的磁通量的變化大小有關(guān) C、跟穿過閉合電路的磁通量的變化快慢有關(guān) D、跟電路中電阻大小有關(guān),C,5、把一條形磁鐵插入同一個閉合線圈中，第一次快插，第二次慢插，兩次的初末位置相同，則兩次中（） A、磁通量的變化率相同 B、磁通量的變化量相同 C、產(chǎn)生的感應(yīng)電流相同 D、產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同,B,6、如圖面積為0.2 m2的100匝線圈處在勻強(qiáng)磁場中，磁場方問垂直于線圈平面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化的規(guī)律為B=（2+0.2t）T，定值電阻R1=6Ω，線圈電阻R2=4Ω，求： （1）磁通量變化率，回路的感應(yīng)電動勢； （2）a、b兩點(diǎn)間電壓Uab,（1）0.04Wb/s，4V （2）2.4V,7、兩塊水平放置的板間距為d，用導(dǎo)線與一n匝線圈連接，線圈置于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，兩板間有一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的油滴恰好靜止，則線圈中的磁通量的變化率是多少？,（mgd/nq）,,7、如圖所示，裸金屬線組成滑框，ab可滑動，其電阻為r，長為L，串接電阻R，勻強(qiáng)磁場為B，當(dāng)ab以V向右勻速運(yùn)動過程中，求： （1）ab間感應(yīng)電動勢。 （2）ab間的電壓。 （3）保證ab勻速運(yùn)動，所加外力F。 （4）在2秒的時間內(nèi)，外力功；ab生熱Q；電阻 R上生熱。,,,,,,,