2019-2020學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4 法拉第電磁感應(yīng)定律課件 新人教版選修3-2.ppt

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4法拉第電磁感應(yīng)定律 一 電磁感應(yīng)定律1 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 定義 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流的關(guān)系產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分相當(dāng)于電源 閉合導(dǎo)體回路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就有感應(yīng)電流 若導(dǎo)體回路不閉合 則沒(méi)有感應(yīng)電流 但仍有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 1 內(nèi)容 閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比 二 導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1 導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng) B l v兩兩垂直時(shí) 如圖所示 E Blv 2 導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直 但與磁感線方向夾角為 時(shí) 如圖所示 E Blvsin 導(dǎo)線的橫截面 三 反電動(dòng)勢(shì)1 定義 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 由于切割磁感線 線圈中產(chǎn)生的削弱電源電動(dòng)勢(shì)作用的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 作用 反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng) 如果要使線圈維持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng) 電源就要向電動(dòng)機(jī)提供能量 此時(shí) 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 自我檢測(cè)1 正誤判斷 1 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 就一定有感應(yīng)電流 解析 不管電路是否閉合 只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化 電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定存在感應(yīng)電流 要看電路是否閉合 有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 答案 2 穿過(guò)某電路的磁通量變化量越大 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大 解析 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率 而與 的大小沒(méi)有必然的聯(lián)系 答案 3 閉合電路置于磁場(chǎng)中 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度很大時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能為零 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能很大 解析 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大小 所以上述兩種情況均有可能 答案 4 線圈中磁通量變化越快 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大 解析 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比 所以磁通量變化越快 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 答案 2 穿過(guò)一個(gè)單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2Wb 則 A 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒增加2VB 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒減少2VC 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為2VD 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為一個(gè)確定值 但由于線圈有電阻 電動(dòng)勢(shì)小于2V 答案 C 3 如圖所示 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng) MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1 若磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為2B 其他條件不變 MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋2 通過(guò)電阻R的電流方向及E1與E2之比E1 E2分別為 A c a 2 1B a c 2 1C a c 1 2D c a 1 2解析 由右手定則判斷可得 電阻R上的電流方向?yàn)閍 c 由E Blv知E1 Blv E2 2Blv 則E1 E2 1 2 故選項(xiàng)C正確 答案 C 探究一 探究二 法拉第電磁感應(yīng)定律問(wèn)題探究如圖所示 我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的決定因素和遵循的物理規(guī)律 1 在實(shí)驗(yàn)中 電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么 2 電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小有什么關(guān)系 3 在圖中 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 探究一 探究二 要點(diǎn)提示 1 穿過(guò)閉合電路的 變化 產(chǎn)生E感 產(chǎn)生I感 2 由閉合電路歐姆定律知I 當(dāng)電路的總電阻一定時(shí) E感越大 I感越大 指針偏轉(zhuǎn)程度越大 3 磁通量變化相同 但磁通量變化的快慢不同 即電流表指針偏轉(zhuǎn)程度不同 探究一 探究二 知識(shí)歸納 探究一 探究二 探究一 探究二 2 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1 E n一般用來(lái)求 t時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值 其中n為線圈匝數(shù) 總是取絕對(duì)值 2 常見(jiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式有 而與磁通量 的大小 磁通量的變化量 的大小沒(méi)有必然的聯(lián)系 與電路的電阻R無(wú)關(guān) 感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 回路總電阻R有關(guān) 探究一 探究二 典例剖析 例題1 多選 如圖甲所示線圈的匝數(shù)n 100 橫截面積S 50cm2 線圈總電阻r 10 沿軸向有勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按如圖乙所示規(guī)律變化 則在開(kāi)始的0 1s內(nèi) A 磁通量的變化量為0 25WbB 磁通量的變化率為2 5 10 2Wb sC a b間電壓為零D 在a b間接一個(gè)理想電流表時(shí) 電流表的示數(shù)為0 25A 探究一 探究二 解析 通過(guò)線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān) 若設(shè) 2 B2S為正 則線圈中磁通量的變化量為 B2S B1S 代入數(shù)據(jù)即 0 1 0 4 50 10 4Wb 2 5 10 3Wb A錯(cuò)誤 磁通量的變化率 答案 BD 探究一 探究二 綜合法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律 對(duì)于面積一定的線圈 不管磁場(chǎng)的方向如何變化 只要磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻變化 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向均保持不變 所以在B t圖象中 如果圖象為一條直線 不管圖線在時(shí)間軸上方還是下方 整個(gè)過(guò)程感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流均為恒量 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1一個(gè)面積S 4 10 2m2 匝數(shù)n 100的線圈 放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示 由圖可知 A 在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量變化率為8Wb sB 在開(kāi)始的2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量變化量等于零C 在開(kāi)始的2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于8VD 在第3s末的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 探究一 探究二 V 故C正確 在第3s末的磁通量等于零但磁通量的變化率不為零 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為零 故D錯(cuò)誤 答案 C 探究一 探究二 導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)問(wèn)題探究1 如圖甲所示 閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ab的長(zhǎng)度為l ab以速度v勻速切割磁感線 求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2 若將軌道一端抬高 如圖乙所示 直導(dǎo)線ab仍與磁場(chǎng)垂直 但速度與磁感線方向有一個(gè)夾角 90 則此時(shí)直導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式是什么 探究一 探究二 要點(diǎn)提示 1 設(shè)在 t時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1 如圖丙所示 這時(shí)線框面積的變化量為 S lv t穿過(guò)閉合電路磁通量的變化量為 B S Blv t 2 設(shè)在 t時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1 如圖丁所示 這時(shí)線框面積的變化量為 S lv t穿過(guò)閉合電路磁通量的變化量為 B Ssin Blv tsin 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 對(duì)公式E Blvsin 的理解 1 當(dāng)B l v三個(gè)量方向相互垂直時(shí) E Blv 當(dāng)有任意兩個(gè)量的方向平行時(shí) E 0 2 式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的有效長(zhǎng)度 若切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的 則應(yīng)取其與B和v方向都垂直的等效線段長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算 如圖中線段ab的長(zhǎng)即為導(dǎo)線切割磁感線的有效長(zhǎng)度 3 公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場(chǎng)的相對(duì)速度 當(dāng)導(dǎo)線不動(dòng)而磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí) 也有電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生 探究一 探究二 2 導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖所示 長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒ab以a為圓心 以角速度 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可從兩個(gè)角度推導(dǎo) 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 MN PQ為兩條平行放置的金屬導(dǎo)軌 左端接有定值電阻R 金屬棒ab斜放在兩導(dǎo)軌之間 與導(dǎo)軌接觸良好 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面 設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌接觸點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng) 金屬棒與導(dǎo)軌間夾角為60 以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng) 不計(jì)導(dǎo)軌和棒的電阻 則流過(guò)金屬棒中的電流為 探究一 探究二 解析 B與L B與v是相互垂直的 但L與v不垂直 故L垂直于v的 答案 B導(dǎo)體不是垂直切割磁感線 即v與B有一夾角 時(shí) 可將導(dǎo)體的速度沿垂直于磁感線和平行于磁感線兩個(gè)方向分解 其中平行于磁感線的分速度不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 只有垂直于磁感線的分速度產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2在如圖所示的幾種情況中 金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Blv的是 A 乙和丁B 甲 乙 丁C 甲 乙 丙 丁D 只有乙解析 甲 乙 丁三圖中 B v l兩兩垂直 且l為有效切割長(zhǎng)度 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都為E Blv 丙圖中E Blvsin 答案 B 探究一 探究二 例題3 長(zhǎng)為l的金屬棒ab以a點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度 做勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 如圖所示 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 求 1 ab棒的平均速率 2 ab兩端的電勢(shì)差 3 經(jīng)時(shí)間 t金屬棒ab所掃過(guò)面積中磁通量為多少 此過(guò)程中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大 探究一 探究二 探究一 探究二 變式訓(xùn)練3如圖所示 一個(gè)半徑為r的銅盤(pán) 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度 繞中心軸OO 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 磁場(chǎng)方向與盤(pán)面垂直 在盤(pán)的中心軸與邊緣處分別安裝電刷 設(shè)整個(gè)回路電阻為R 當(dāng)銅盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 時(shí) 通過(guò)電阻的電流為 解析 當(dāng)銅盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于一根導(dǎo)體棒繞其一個(gè)端點(diǎn)在磁場(chǎng)中做切割磁感線的圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為 1 2 3 4 1 下列幾種說(shuō)法中正確的是 A 線圈中磁通量變化越大 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大B 線圈中磁通量越大 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大C 線圈放在磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大D 線圈中磁通量變化越快 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大解析 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通量的大小 磁通量變化量的大小以及磁場(chǎng)的強(qiáng)弱均無(wú)關(guān) 它由磁通量的變化率決定 故選D 答案 D 1 2 3 4 2 多選 單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng) 若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示 則0 D過(guò)程中 A 線圈中0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B 線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C 線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D 線圈中0至D時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0 4V 1 2 3 4 解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律知線圈中0至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電 最大 D點(diǎn)處切線斜率最小為零 故A B正確 C錯(cuò)誤 答案 ABD 1 2 3 4 3 如圖所示 空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直 當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí) 棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為 將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且相互垂直的折線 置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi) 當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方 1 2 3 4 解析 設(shè)折彎前導(dǎo)體切割磁感線的長(zhǎng)度為l0 Bl0v 折彎后 導(dǎo)體切割 答案 B 1 2 3 4 4 一直升機(jī)停在南半球的地磁極上空 該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 直升機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為L(zhǎng) 螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f 順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳 螺旋槳順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 螺旋槳葉片的近軸端為a 遠(yuǎn)軸端為b 如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離 用E表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖所示 則 A E fL2B 且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B E 2 fL2B 且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C E fL2B 且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D E 2 fL2B 且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) 1 2 3 4 解析 對(duì)于螺旋槳葉片ab 其切割磁感線的速度是其做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度 螺旋槳上不同的點(diǎn)線速度不同 但滿足v R 可求其等效切 手定則判斷電流的方向?yàn)橛蒩指向b 在電源內(nèi)部電流由低電勢(shì)流向高電勢(shì) 故選項(xiàng)A正確 答案 A