高中物理 第四章 電磁感應 4 法拉第電磁感應定律課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學習·基礎知識,4 法拉第電磁感應定律 [學習目標] 1.了解感應電動勢的概念． 2.理解法拉第電磁感應定律，并能夠運用法拉第電磁感應定律定量計算感應電動勢的大?。?重點、難點) 3.能夠運用E＝Blv或E＝Blvsin θ計算導體切割磁感線時的感應電動勢．(重點) 4.知道反電動勢的定義和作用．,合作探究·重難疑點,解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),1．感應電動勢 (1)在__________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢． (2)產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于_____． (3)在電磁感應現(xiàn)象中，只要閉合回路中有感應電流，這個回路就一定有_______；回路斷開時，雖然沒有感應電流，但_______依然存在．,電磁感應,電源,電動勢,電動勢,磁通量,變化率,產(chǎn)生感應電動勢的條件是什么？ 【提示】 不管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會產(chǎn)生感應電動勢．,1．穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應電動勢也越大．( ) 2．感應電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷．( ) 3．穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應電動勢一定最大．( ),×,√,×,1．磁場方向、導體棒與導體棒運動方向三者兩兩垂直時：E＝_____． 2．如圖4-4-1所示，導體棒與磁場方向垂直，導體棒的運動方向與導體棒本身垂直，但 與磁場方向夾角為 θ時，E＝ _________．,Blv,Blvsin_θ,如圖4-4-2所示，一邊長為L的正方形導線框abcd垂直于磁感線，以速度v在勻強磁場中向右運動，甲同學說：由法拉第電磁感應定律可知，這時穿過線框的磁通量的變化率為零，所以線框中感應電動勢應該為 零．乙同學說線框中ad和bc邊均 以速度v做切割磁感線運動，由 E＝BLv可知，這兩條邊都應該產(chǎn)生 電動勢且Ead＝Ebc＝BLv.他們各執(zhí)一詞，到底誰說的對呢？,【提示】 這兩個同學說的并不矛盾，雖然ad邊與bc邊都產(chǎn)生感應電動勢，但由于方向相反，相當于兩個電源并聯(lián)沒有對外供電，所以整個回路的電動勢為零．可見，用法拉第電磁感應定律求出的是整個回路的感應電動勢，而用E＝BLv求的是回路中做切割磁感線的那部分導體產(chǎn)生的電動勢．,1．對于E＝Blv中的B、l、v三者必須相互垂直．( ) 2．導體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大．( ) 3．當B、l、v三者大小、方向均不變時，在Δt時間內(nèi)的平均感應電動勢和它在任意時刻產(chǎn)生的瞬時感應電動勢相同．( ),√,×,√,1．定義：電動機轉(zhuǎn)動時，由于切割磁感線，線圈中產(chǎn)生的_____電源電動勢作用的電動勢． 2．作用： _____線圈的轉(zhuǎn)動．,削弱,阻礙,1．電動機通電轉(zhuǎn)動，電動機中出現(xiàn)的感應電動勢為反電動勢，反電動勢會阻礙線圈的運動．( ) 2．電動機正常工作時，反電動勢會加快線圈的運動．( ) 3．電動機工作中由于機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，就沒有了反電動勢，線圈中的電流會很大，很容易燒毀電動機．( ),√,×,√,預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學生分組探究一 法拉第電磁感應定律的理解和應用 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．面積為S的平面垂直于磁場放置，將此面翻轉(zhuǎn)180°，穿過此面的磁通量是否發(fā)生變化？ 【提示】 發(fā)生變化．,第3步例證——典例印證，思維深化 有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20 m的正方形，放在磁感應強度B＝0.50 T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀在5 s內(nèi)由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？磁通量的變化率是多少？線圈的感應電動勢是多少？ 【思路點撥】 解答本題時應注意以下幾點： (1)周長相同的所有形狀中，圓形的面積最大． (2)磁通量的變化率并不等同于電動勢．,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．下列幾種說法正確的是( ) A．線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 B．線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 C．線圈放在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 D．線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大,【解析】 依據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢與磁通量無關、與磁通量的變化量無關，而與線圈匝數(shù)和磁通量的變化率成正比，因此，選項A、B錯誤．感應電動勢與磁場的強弱也無關，所以，選項C錯誤．線圈中磁通量變化越快意味著線圈的磁通量的變化率越大，依據(jù)法拉第電磁感應定律可知，感應電動勢與磁通量的變化率成正比，在此條件下線圈中產(chǎn)生的感應電動勢越大，故選項D正確． 【答案】 D,2．一個200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面成30°角，若磁感應強度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中磁通量變化了多少？磁通量的平均變化率是多少？線圈中感應電動勢的大小是多少？ 【解析】 磁通量的變化是由磁場的變化引起的，應該用公式ΔΦ＝ΔBSsin θ來計算， 所以ΔΦ＝ΔBSsin θ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb＝4×10－4 Wb,磁通量的平均變化率,學生分組探究二 對公式E＝BLv的理解 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．公式E＝BLv能否用來求解平均感應電動勢？ 【提示】 當E＝BLv中v為平均速度時可求平均感應電動勢．,2．導體棒繞一端垂直于勻強磁場做勻速圓周運動時，如何求感應電動勢？ 3．若導線是彎曲的，如何求其切割磁感線的有效長度？ 【提示】 L應為導線兩端點的連線在與B和v都垂直的直線上的投影長度．,第2步結論——自我總結，素能培養(yǎng) 1．該公式可看成法拉第電磁感應定律的一個推論，一般用于導體各部分切割磁感線的速度相同的情況，當v為瞬時速度時，E為瞬時感應電動勢；若v是平均速度，則E為平均感應電動勢．如果導體各部分切割磁感線的速度不相等， 圖4-4-3,2．公式中的v應理解為導線和磁場間的相對速度，當導線不動而磁場運動時，也有電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生．,3．公式中的l應理解為導線切割磁感線時的有效長度．如果導線和磁場不垂直，l應是導線在垂直磁場方向投影的長度；如果切割磁感線的導線是彎曲的，l應取導線兩端點的連線在與B和v都垂直的直線上的投影長度． 例如，如圖所示的三幅圖中切割磁感線的導線是彎曲的，則切割磁感線的有效長度應取與B和v垂直的等效直線長度，即ab的長．,第3步例證——典例印證，思維深化 (2013·課標全國卷Ⅰ)如圖4-4-4，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構成“V”字型導軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且 和導軌保持良好接觸．下列關于 回路中電流i與時間t的關系圖線， 可能正確的是( ) 圖4-4-4,【思路點撥】 (1)導體切割磁感線的有效長度與時間的關系． (2)閉合回路的總電阻與導軌長度的關系． (3)感應電流由閉合電路歐姆定律求出．,此類題一般采用解析法，先推導出感應電動勢、感應電流的表達式，再利用表達式進行分析．本題還要注意切割磁感線的有效長度和回路的總電阻是變化的．,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．(多選)如圖4-4-5所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面，回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列 結論正確的是( ) 圖4-4-5,【解析】 在半圓形閉合回路進入磁場的過程中磁通量不斷增加，始終存在感應電流，由左手定則可知CD邊始終受到安培力作用，選項B錯．有效切割長度如圖所示，所以進入過程中l(wèi)先逐漸增大到a，然后再逐漸減小為0，由E＝Blv，可知最大值Emax＝Bav，最小值為0，,2．如圖4-4-6是法拉第研制成的世界上第一臺發(fā)電機模型的原理圖．將銅盤放在磁場中，讓磁感線垂直穿過銅盤，圖中a、b導線與銅盤的中軸線處在同一平面內(nèi)，轉(zhuǎn)動銅盤，就可以使閉合電路獲得電流．若圖中銅盤半徑為r，勻強磁場的磁感應強度為B，回路總電阻為R，勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為ω.則電路的功率是( ) 圖4-4-6,學生分組探究三 電磁感應現(xiàn)象中的電路問題 第1步探究——分層設問，破解疑難 1．如圖4-4-7所示，導體棒ab在切割磁感線的過程中電路中會產(chǎn)生感應電流． 圖4-4-7,請分析： (1)哪部分導體相當于電源呢？ (2)哪端為電源的正極？ 【提示】 ab相當于電源，a端為正極．,2．產(chǎn)生感應電動勢的部分是電源，其余部分則為外電路． 試說明圖4-4-8(甲)、(乙)所示電路中哪部分導體相當于電源，并畫出等效電路，判斷a、b兩點電勢的高低． 圖4-4-8,【提示】,第2步結論——自我總結，素能培養(yǎng) 1．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法 (1)明確哪部分導體或電路產(chǎn)生感應電動勢，該導體或電路就是電源，其他部分是外電路． (2)用法拉第電磁感應定律確定感應電動勢的大小，用楞次定律確定感應電動勢的方向． (3)畫等效電路圖，分清內(nèi)外電路，畫出等效電路圖是解決此類問題的關鍵．,(4)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解．,第3步例證——典例印證，思維深化 (2014·黃岡高二期末)如圖4-4-9所示，OAC是半徑為l、圓心角為120°的扇形金屬框，O點為圓心，OA邊與OC邊電阻不計；圓弧AC單位長度的電阻相等，總阻值為4r.長度也為l、電阻為r的金屬桿OD繞O點從OA位置以角速度ω順時針勻速轉(zhuǎn)動，整個過程中金屬桿兩端與金屬框接觸良好．求：,(1)金屬桿OD轉(zhuǎn)過60°時它兩端的電勢差UOD； (2)金屬桿OD轉(zhuǎn)過120°過程中，金屬桿OD中的電流I與轉(zhuǎn)過的角度θ的關系式．,求解電磁感應中電路問題的關鍵 電磁感應中的電路問題，實際上是電磁感應和恒定電流問題的綜合題．感應電動勢大小的計算、方向的判定以及電路的等效轉(zhuǎn)化，是解決此類問題的關鍵．,第4步巧練——精選習題，落實強化 1．如圖4-4-10，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應強度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流．現(xiàn)使線 框保持圖中所示位置，磁感應強度 大小隨時間線性變化．為了產(chǎn)生與 線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應強度,2．(多選)半徑為a右端開小口的導體圓環(huán)和長為2a的導體桿，單位長度電阻均為R0.圓環(huán)水平固定放置，整個內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為B0.桿在圓環(huán)上以速度v0平行于直徑CD向右做勻速直線運動．桿始終有兩點與圓環(huán)良好接觸，從圓環(huán)中心O開始，桿的位置由θ確定， 如圖4-4-11所示．則( ) 圖4-4-11,電磁感應中的電荷量問題 根據(jù)法拉第電磁感應定律，在電磁感應現(xiàn)象中，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流．設在時間Δt內(nèi)通過導線某截面的電荷量為q，則根據(jù)電流定義式I＝q/Δt及法拉第電磁感應定律E＝nΔΦ/Δt，得,上式中n為線圈的匝數(shù)，ΔΦ為磁通量的變化量，R為閉合電路的總電阻．,如圖4-4-12所示，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導軌aOb(在紙面內(nèi))，磁場方向垂直于紙面向里，另有兩根金屬導軌c、d分別平行于Oa、Ob放置．保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計．現(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程： ①以速率v移動d，使它與Ob的距離增大一倍；②再以速率v移動c，使它與Oa的距離減小一半；③然后再以速率2v移動c，使它回到原處；④最后以速率2v移動d，使它也回到原處．,設上述四個過程中通過電阻R的電荷量的大小依次為Q1、Q2、Q3和Q4，則( ) A．Q1＝Q2＝Q3＝Q4 B．Q1＝Q2＝2Q3＝2Q4 C．2Q1＝2Q2＝Q3＝Q4 D．Q1≠Q(mào)2＝Q3≠Q(mào)4,[先看名師指津],[再演練應用],