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

自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識,4 法拉第電磁感應(yīng)定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解感應(yīng)電動勢的概念 2.理解法拉第電磁感應(yīng)定律，并能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大小(重點、難點) 3.能夠運用EBlv或EBlvsin 計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)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(yīng)電動勢 (1)在_現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢 (2)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于_ (3)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，只要閉合回路中有感應(yīng)電流，這個回路就一定有_；回路斷開時，雖然沒有感應(yīng)電流，但_依然存在,電磁感應(yīng),電源,電動勢,電動勢,磁通量,變化率,產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢也越大( ) 2感應(yīng)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(yīng)電動勢一定最大( ),×,×,1磁場方向、導(dǎo)體棒與導(dǎo)體棒運動方向三者兩兩垂直時：E_ 2如圖4­4­1所示，導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒的運動方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但 與磁場方向夾角為 時，E _,Blv,Blvsin_,如圖4­4­2所示，一邊長為L的正方形導(dǎo)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(xué)說：由法拉第電磁感應(yīng)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(yīng)電動勢應(yīng)該為 零乙同學(xué)說線框中ad和bc邊均 以速度v做切割磁感線運動，由 EBLv可知，這兩條邊都應(yīng)該產(chǎn)生 電動勢且EadEbcBLv.他們各執(zhí)一詞，到底誰說的對呢？,【提示】 這兩個同學(xué)說的并不矛盾，雖然ad邊與bc邊都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但由于方向相反，相當(dāng)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(yīng)定律求出的是整個回路的感應(yīng)電動勢，而用EBLv求的是回路中做切割磁感線的那部分導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢,1對于EBlv中的B、l、v三者必須相互垂直( ) 2導(dǎo)體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大( ) 3當(dāng)B、l、v三者大小、方向均不變時，在t時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢和它在任意時刻產(chǎn)生的瞬時感應(yīng)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(yīng)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(yù)習(xí)完成后，請把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學(xué)生分組探究一 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用 第1步探究分層設(shè)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L0.20 m的正方形，放在磁感應(yīng)強度B0.50 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(yīng)電動勢是多少？ 【思路點撥】 解答本題時應(yīng)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(xí)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢一定越大,【解析】 依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與磁通量無關(guān)、與磁通量的變化量無關(guān)，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(yīng)電動勢與磁場的強弱也無關(guān)，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(yīng)定律可知，感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)該用公式BSsin 來計算， 所以BSsin (0.50.1)×20×104×0.5 Wb4×104 Wb,磁通量的平均變化率,學(xué)生分組探究二 對公式EBLv的理解 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1公式EBLv能否用來求解平均感應(yīng)電動勢？ 【提示】 當(dāng)EBLv中v為平均速度時可求平均感應(yīng)電動勢,2導(dǎo)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(yīng)電動勢？ 3若導(dǎo)線是彎曲的，如何求其切割磁感線的有效長度？ 【提示】 L應(yīng)為導(dǎo)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(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個推論，一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同的情況，當(dāng)v為瞬時速度時，E為瞬時感應(yīng)電動勢；若v是平均速度，則E為平均感應(yīng)電動勢如果導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度不相等， 圖4­4­3,2公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場間的相對速度，當(dāng)導(dǎo)線不動而磁場運動時，也有電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生,3公式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時的有效長度如果導(dǎo)線和磁場不垂直，l應(yīng)是導(dǎo)線在垂直磁場方向投影的長度；如果切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的，l應(yīng)取導(dǎo)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(dǎo)線是彎曲的，則切割磁感線的有效長度應(yīng)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(biāo)全國卷)如圖4­4­4，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(gòu)成“V”字型導(dǎo)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(dǎo)軌保持良好接觸下列關(guān)于 回路中電流i與時間t的關(guān)系圖線， 可能正確的是( ) 圖4­4­4,【思路點撥】 (1)導(dǎo)體切割磁感線的有效長度與時間的關(guān)系 (2)閉合回路的總電阻與導(dǎo)軌長度的關(guān)系 (3)感應(yīng)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(dǎo)出感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的表達(dá)式，再利用表達(dá)式進(jìn)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(xí)題，落實強化 1(多選)如圖4­4­5所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)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(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直從D點到達(dá)邊界開始到C點進(jìn)入磁場為止，下列 結(jié)論正確的是( ) 圖4­4­5,【解析】 在半圓形閉合回路進(jìn)入磁場的過程中磁通量不斷增加，始終存在感應(yīng)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(jìn)入過程中l(wèi)先逐漸增大到a，然后再逐漸減小為0，由EBlv，可知最大值EmaxBav，最小值為0，,2如圖4­4­6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(dǎo)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(yīng)強度為B，回路總電阻為R，勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為.則電路的功率是( ) 圖4­4­6,學(xué)生分組探究三 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題 第1步探究分層設(shè)問，破解疑難 1如圖4­4­7所示，導(dǎo)體棒ab在切割磁感線的過程中電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流 圖4­4­7,請分析： (1)哪部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源呢？ (2)哪端為電源的正極？ 【提示】 ab相當(dāng)于電源，a端為正極,2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分是電源，其余部分則為外電路 試說明圖4­4­8(甲)、(乙)所示電路中哪部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，并畫出等效電路，判斷a、b兩點電勢的高低 圖4­4­8,【提示】,第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法 (1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)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(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的大小，用楞次定律確定感應(yīng)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(guān)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4­4­9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)過的角度的關(guān)系式,求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵 電磁感應(yīng)中的電路問題，實際上是電磁感應(yīng)和恒定電流問題的綜合題感應(yīng)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(guān)鍵,第4步巧練精選習(xí)題，落實強化 1如圖4­4­10，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)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(yīng)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勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流現(xiàn)使線 框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)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(yīng)強度,2(多選)半徑為a右端開小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長為2a的導(dǎo)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(yīng)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，桿的位置由確定， 如圖4­4­11所示則( ) 圖4­4­11,電磁感應(yīng)中的電荷量問題 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在電磁感應(yīng)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(yīng)電流設(shè)在時間t內(nèi)通過導(dǎo)線某截面的電荷量為q，則根據(jù)電流定義式Iq/t及法拉第電磁感應(yīng)定律En/t，得,上式中n為線圈的匝數(shù)，為磁通量的變化量，R為閉合電路的總電阻,如圖4­4­12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(dǎo)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(dǎo)軌c、d分別平行于Oa、Ob放置保持導(dǎo)軌之間接觸良好，金屬導(dǎo)軌的電阻不計現(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程： 以速率v移動d，使它與Ob的距離增大一倍；再以速率v移動c，使它與Oa的距離減小一半；然后再以速率2v移動c，使它回到原處；最后以速率2v移動d，使它也回到原處,設(shè)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( ) AQ1Q2Q3Q4 BQ1Q22Q32Q4 C2Q12Q2Q3Q4 DQ1Q2Q3Q4,先看名師指津,再演練應(yīng)用,