1、第四节 法拉第电磁感应定律,学习目标：1.知道感应电动势、反电动势的概念，了解 反电动势的作用. 2.知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量 及与磁通量的变化量的区别. 3.理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，能用 它来解答有关问题. 4.知道公式EBlvsin的推导，理解并会用它解答有关 问题.,一、感应电动势在电磁感应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 _ 二、电磁感应定律 自主探究 感应电动势的大小跟哪些因素有关？,电源,实验现象：在图441甲中，导线切割磁感线运动的速度越快、磁场越强，产生的感应电流越大；在图乙中，条形磁铁的磁场越强、插入的
2、速度越快，产生的感应电流越大图441,结论：磁场越强、导线切割磁感线运动越快、磁铁插入的速度越快，本质上都是回路中磁通 量变化越_；由闭合电路的欧姆定律知， 感应电流越大，感应电动势越_即感应 电动势与磁通量的变化率有关，变化率越大，感应电动势越_，变化率越小，感应电动势越_,快,大,大,小,成功发现 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_成正比2表达式：单匝线圈：E_多匝线圈：E_,磁通量的变化率,三、导线切割磁感线时的感应电动势 自主探究 导体切割磁感线运动产生的感应电动势 1.磁场方向、导体棒与导体棒的运动方向互相 垂直时 如图442所示，导体棒有效长
3、度为l，以速 度v向右运动，在t时间内由原来的位置MN 移到MN. 闭合回路的面积变化量为：S_,lvt,磁通量的变化量为：BS_根据法拉第电磁感应定律可得：E_图442 图443,Blvt,Blv,2.导体棒的运动方向与导体棒垂直，与磁场方向有一夹角时如图443所示，垂直于磁感线的分速度为v1vsin，平行于磁感线的分速度为v2vcos，则感应电动势为： E_ 成功发现 1.导体切割磁感线时的感应电动势公式,Blvsin,EBlvsin,（1）vB时，E_ （2）vB时，E_,Blv,0,2.单位：B特斯拉，l米，v米/秒，E伏特. 四、反电动势 1.定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈
4、中产生的_电源电动势作用的感应电动势 2.作用：_线圈的转动如果要维持线圈的转动，电源就要向电动机提供能量这正是电能转化为其他形式能的过程,反抗,阻碍,要点1 法拉第电磁感应定律的理解和应用,如图444甲所示的螺线管，匝数n 1500匝，横截面积S20 cm2，电阻r1.5 ，与螺线管串联的外电阻R13.5 ，R22.5 ， 方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度 按图乙所示规律变化求：图444,(1)螺线管产生的感应电动势大小； (2)通过螺线管的电流大小和方向； (3)螺线管两端的电压大小，并判断M、P两端的电势高低,【思路点拨】 本题解题关键是由Bt图象求B/t.解题思路如下,(3)由
5、电流方向知，M端电势高，螺线管两端的电压既是电源的路端电压，也是电阻R1、R2两端的电压之和，所以 UMPI(R1R2)0.8(3.52.5)V4.8 V. 【答案】 (1)6 V (2)0.8 A 方向为MacbPM (3)4.8 V M端电势高,【规律总结】 法拉第电磁感应定律的计算一般都会与闭合电路的分析计算结合起来，用到的知识包括楞次定律、直流电路的规律和电路的连接等知识这类题分析时要注意两点：一是正确计算磁感应强度的变化率，二是线圈两端的电压不等于感应电动势，而是电路(或电源)的路端电压,变式训练 1.(2012余杭实验中学高二检测)一闭合圆形线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向
6、成30角，磁感应强度随时间均匀变化在下列方法中，能使线圈中感应电流增加一倍的是( ) A把线圈匝数增大一倍 B把线圈面积增大一倍 C把线圈半径增大一倍 D把线圈匝数减少到原来的一半,要点2 对公式EBlvsin的理解 1.该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势，若v为平均速度，则E为平均电动势 2.当Bl时，表示v与B的夹角，vsin表示垂直于B的分速度； 当B、l、v三个量方向相互垂直时，EBlv；当有任意两个量的方向平行时，E0.,3.对l的理解 公式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度，如图445所示，导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的
7、等效直线长度，即ab的弦长图445,4.对v的理解 公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度， 当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象 产生如图446所示，水平放置的平行金属导轨相距l0.50 m， 左端接一电阻 R0.20 ，图446,磁感应强度B0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求： (1)ab棒中感应电动势的大小； (2)回路中感应电流的大小； (3)ab棒中哪端电势高； (4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小,【思路点拨】 这是一个导体做切割
8、磁感线运动产生感应电动势的问题感应电动势的大小可由公式EBlv求出；感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出；匀速运动时，水平外力的大小应该与安培力的大小相等,【答案】 (1)0.80 V (2)4.0 A (3)a端高 (4)0.80 N 【规律总结】 导体切割磁感线产生感应电动势时，切割磁感线的导体可等效于电源，沿其中的电流方向电势升高，即四指指向电势高的一端,变式训练 2.如图447所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设在整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中( ) Aab，Uab保持不变 Bab，Uab越来越大 Cab，Uab越
9、来越大 Dab，Uab保持不变,图447,解析：选A.金属棒水平抛出后，在垂直于磁场 方向上的速度不变，由EBlv知，电动势也 不变；由右手定则可知，a点电势高于b点电 势，故A正确,要点3 En/t与EBlvsin的区别与联系,(2012成都七中高二月考)如图448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，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( ) 图448,【答案】 ACD 变式训练 3.(2012武汉外国语学校高二检测)如图44 9所示，两条
10、平行虚线之间存在匀强磁场，磁 场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为l.金属 圆环的直径也是l.圆环从左边界进入磁场，以 垂直于磁场边界的恒定速度v穿过磁场区域则下列说法正确的是( ),A感应电流的大小先增 大后减小再增大再减小 B感应电流的方向先逆 时针后顺时针 C金属圆环受到的安培 力先向左后向右图449,解析：选AB.在圆环进入磁场的过程中，通过圆 环的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电 流的方向为逆时针方向，感应电动势EBlv，有 效长度先增大后减小，所以感应电流先增大后减 小，同理可以判断出磁场时的情况，A、B两项正 确；根据左手定则可以判断，进入磁场和出磁场 时受到的安培力都向左，
11、C项错误；,要点4 电磁感应现象中的电路问题 1.电路分析 (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该 导体或电路就是电源，其他部分是外电路 (2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大 小，用楞次定律确定感应电动势的方向 (3)画等效电路图分清内外电路，画出等效电 路图是解决此类问题的关键 (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解,2.一个常用的结论,图4410,【思路点拨】 把PQ看做内阻为R，电动势为E的电源，其他部分看做外电路，画出等效电路图,图4411,【规律总结】 电磁感应中的电路问题，实际上 是电磁感应和恒定电流问题的综合题感应电动 势大小的计算、方向的判定以及电路的等效转化， 是解决此类问题的关键,变式训练 4.如图4412将一条形磁铁插入闭合线圈，设线圈的匝数为N，电阻为r，电流表G的电阻为R，此过程中穿过 线圈的磁通量变化量 为，试求通过电流 表G的电荷量q是多少？,图4412,图4413,经典案例 (8分)如图4414所示， 长为L的导线下悬挂一小 球m，在竖直向上的匀强 磁场中做圆锥摆运动，圆 锥的偏角为，磁感应强度 为B，则金属导线中产生的 感应电动势大小为多少？,图4414,【思路点拨】 (1)导线的有效长度为圆半径 (2)根据力学知识求角速度,图4415,
