1、,第四章电磁感应,4法拉第电磁感应定律,学科素养与目标要求,物理观念：,1.知道感应电动势和反电动势的概念. 2.理解和掌握法拉第电磁感应定律.,科学思维：,1.通过比较区分、和 . 2.运用法拉第电磁感应定律推导出导线切割磁感线的电动势公式. 3.在进行感应电动势的计算时培养综合分析能力.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.感应电动势 现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于 . 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的
2、磁通量的_成正比. (2)公式：E . 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E . (3)在国际单位制中，磁通量的单位是 ，感应电动势的单位是 .,一、电磁感应定律,电磁感应,电源,变化率,韦伯(Wb),伏(V),1.导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图1所示，E . 2.导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为时，如图2所示，E . 图1图2,二、导线切割磁感线时的感应电动势反电动势,Blv,Blvsin ,3.反电动势 (1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的 作用的感应电动势. (2)作用：反电动势的作用是 线圈的转动.,削弱电源电动势,阻碍,即学即用,1
3、.判断下列说法的正误. (1)在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势；反之，有感应电动势，就一定有感应电流.() (2)线圈中磁通量的变化量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大.() (3)线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大.() (4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大.(),2.图3甲、乙中，金属导体中产生的感应电动势分别为E甲_，E乙_. 图3,Blv,Blvsin ,重点探究,一、对电磁感应定律的理解,如图所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中. (1)快速插入和缓慢插入磁通量的变化量相同吗？指针偏转角度相同吗？,导学探究,答案磁通量
4、变化相同，但磁通量变化的快慢不同，快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大.,(2)分别用一根磁铁和两根磁铁以同样速度快速插入，磁通量的变化量相同吗？指针偏转角度相同吗？,答案用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大，磁通量变化率也较大，指针偏转角度较大.,(3)指针偏转角度取决于什么？,答案指针偏转角度大小取决于 的大小.,知识深化,例1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增大时，所产生的感应电动势也增大 C.穿过线圈的磁通量等于0，所产生的感应电动势就一定为0 D.穿过线圈的磁通量的变化率 越大，所产生的感应
5、电动势就越大,解析根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率 成正比，与磁通量及磁通量的变化量没有必然联系. 当磁通量很大时，感应电动势可能很小，甚至为0. 当磁通量等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而 增大时， 可能减小. 如图所示，t1时刻，最大，但E0；0t1时间内增大，但 减小，E减小；t2时刻，0，但 最大，E最大.故D正确.,例2如图4甲所示，一个圆形线圈的匝数n1 000匝，线圈面积S200 cm2，线圈的电阻r1 ，线圈外接一个阻值R4 的电阻，把线圈放入一方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，求： 图
6、4 (1)前4 s内的感应电动势的大小及电阻R上消耗的功率；,答案1 V0.16 W,解析前4 s内磁通量的变化量 21S(B2B1)200104(0.40.2) Wb4103 Wb,(2)前5 s内的平均感应电动势.,答案0,则第5 s末的磁感应强度B20.2 T，前5 s内磁通量的变化量 21S(B2B1)200104(0.20.2) Wb0,二、导线切割磁感线时的感应电动势,1.导线切割磁感线时感应电动势表达式的推导 如图5所示，闭合电路一部分导线ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为l，ab以速度v匀速垂直切割磁感线. 图5 则在t内穿过闭合电路磁通量的变化量为BSBlvt,
7、2.对公式的理解 (1)当B、l、v三个量方向互相垂直时，EBlv；当有任意两个量的方向互相平行时，E0. (2)当l垂直B、l垂直v，而v与B成角时，导线切割磁感线产生的感应电动势大小为EBlvsin . (3)若导线是曲折的，或l与v不垂直时，EBlv中的l应为导线在与v垂直的方向上的投影长度，即有效切割长度.,例3如图6所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 图6 A.丙和丁B.甲、乙、丁 C.甲、乙、丙、丁D.只有乙,解析公式EBlv中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效切割长度均为l，电动势EBlv；而丙的有效切割长度为0，电动势为0，故选项B正确.,例4如图
8、7所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦滑动，ABON，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，匀强磁场的磁感应强度为0.2 T.问： 图7 (1)第3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？,解析第3 s末，夹在导轨间导体的长度为：,(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？,学科素养本题通过对瞬时感应电动势和平均感应电动势的计算，加深了学生对公式E 和EBlv适用条件的理解.知道E 研究整个闭合回路， 适用于计算各种电磁感应现象中t内的平均感应电动势；EBlv研究的是闭合回路的一
9、部分，即做切割磁感线运动的导体，只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势，可以是平均感应电动势，也可以是瞬时感应电动势.通过这样的训练，锻炼了学生的综合分析能力，体现了“科学思维”的学科素养.,1.区别 E 研究的是整个闭合回路，适用于计算各种电磁感应现象中t内的平均 感应电动势；EBlv研究的是闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体，只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势，可以是平均感应电动势，也可以是瞬时感应电动势. 2.联系 EBlv是由E 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论.,达标检测,图8,1,2,3,4,5,2.(公式E 的应用)(多
10、选)如图9甲所示，线圈的匝数n100匝，横截面积S50 cm2，线圈总电阻r10 ，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正方向，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在开始的0.1 s内 A.磁通量的变化量为0.25 Wb B.磁通量的变化率为2.5102 Wb/s C.a、b间电压为0 D.在a、b间接一个理想电流表时， 电流表的示数为0.25 A,图9,1,2,3,4,5,解析通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，由于0时刻和0.1 s时刻的磁场方向相反，磁通量穿入的方向不同，则(0.10.4)50104 Wb2.5103 Wb，A项错误；,1,2,3,4,5,3.(公式EBlv的应用)
11、如图10所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相互垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应 电动势大小为E.则 等于,图10,1,2,3,4,5,4.(两公式的对比应用)(多选)如图11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向下.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.感应
12、电动势最大值E2Bav B.感应电动势最大值EBav,图11,1,2,3,4,5,解析在半圆形闭合回路进入磁场的过程中，有效切割长度如图所示，所以进入过程中l先逐渐增大到a，然后再逐渐减小为0，由EBlv可知，最大值EmaxBav，最小值为0，A错误，B正确；,1,2,3,4,5,5.(公式E 的应用)(2018南通中学高二上学期期中)如图12甲所示，在一个正方形金属线圈区域内存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场，磁场的方向与线圈平面垂直.金属线圈所围的面积S200 cm2，匝数n1 000，线圈电阻r2.0 .线圈与电阻R构成闭合回路，电阻的阻值 R8.0 .匀强磁场的磁感应强度随时间 变化的情况如图乙所示，求： (1)t12.0 s时线圈产生感应电动势的大小；,答案1 V,图12,1,2,3,4,5,(2)在t12.0 s时通过电阻R的感应电流的大小和方向；,答案0.1 A方向bRa,解得I10.1 A，由楞次定律可判断流过电阻R的感应电流方向为bRa,1,2,3,4,5,(3)在t25.0 s时刻，线圈端点a、b间的电压.,答案3.2 V,解析由题图乙可知，在4.06.0 s时间内，线圈中产生的感应电动势,根据闭合电路欧姆定律，t25.0 s时闭合回路中的感应电流,UabI2R3.2 V.,1,2,3,4,5,