13法拉第电磁感应定律北京通州区第四中学.pptx

通州区第四中学通州区第四中学 刘玉芹刘玉芹 2009.12.10 电磁感应现象的发现、电磁感应现象的发现、研究、应用，把人类社会带研究、应用，把人类社会带入了飞速发展的电的时代。入了飞速发展的电的时代。电磁感应现象的应用在生产、电磁感应现象的应用在生产、生活中都非常普遍。生活中都非常普遍。变压器变压器葛洲坝发电机组葛洲坝发电机组电磁感应封口机电磁感应封口机封口产品封口产品电磁感应采暖炉电磁感应采暖炉高高频频感感应应焊焊接接设设备备节能电磁感应加热器节能电磁感应加热器感应电磁炉感应电磁炉 美国海军研究局正在继续研发舰载电磁美国海军研究局正在继续研发舰载电磁轨道炮，该武器可在轨道炮，该武器可在6 6分钟之内将炮弹打分钟之内将炮弹打到到250250英里远的地方！是一种英里远的地方！是一种“以炮弹的以炮弹的成本达到导弹的射程成本达到导弹的射程”的致命武器！的致命武器！英国英国BAE系统公司将系统公司将为美国海军研制的电为美国海军研制的电磁炮的效果图磁炮的效果图402km电电磁磁感感应应现现象象产生产生条件条件描述描述应用应用自感自感回路磁通量发生变化（本质是感应电回路磁通量发生变化（本质是感应电动势，闭合回路有感应电流）动势，闭合回路有感应电流）感应电流方向感应电流方向感应电动势大小感应电动势大小楞次定律（普适）楞次定律（普适）右手定则（杆切割）右手定则（杆切割）法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1.1.一般式一般式2.2.平动切割式平动切割式3.3.转动切割式转动切割式力学问题力学问题能量问题能量问题电路问题电路问题图像问题图像问题本质本质通电自感、断电自感通电自感、断电自感一、本章知识结构一、本章知识结构 基基 础础 梳梳 理理 二、感应电动势二、感应电动势1.1.概念概念2.2.产生条件产生条件3.3.方向方向4.4.产生形式产生形式 基基 础础 梳梳 理理 在电磁感应现象中产生的电动势在电磁感应现象中产生的电动势磁通量变化磁通量变化，与电路是否闭合无，与电路是否闭合无关关楞次定律、右手定则楞次定律、右手定则，电源内电，电源内电流流向就是电动势方向流流向就是电动势方向磁场变化而产生磁场变化而产生-感生感生切割运动而产生切割运动而产生-动生动生B BtBR RR RE,rE感生电动势感生电动势 基基 础础 梳梳 理理 等效电路等效电路E动生电动势动生电动势BR RR RE、r 基基 础础 梳梳 理理 等效电路等效电路等效等效是研究问题的一种方法是研究问题的一种方法v5.5.大小大小-法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1 1）内容）内容2 2）表达式）表达式3 3）特例）特例-导体杆切割磁感线导体杆切割磁感线 基基 础础 梳梳 理理 电路中感应电动势的大小跟穿过这电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比一电路的磁通量的变化率成正比n n是线是线圈匝数圈匝数 平动切割平动切割 转动切割转动切割 平动切割平动切割-*适用于计算回路中一部分导体在匀强磁场适用于计算回路中一部分导体在匀强磁场中切割磁感线运动时，该导体产生的中切割磁感线运动时，该导体产生的瞬时瞬时感感应电动势应电动势或平均或平均感应电动势感应电动势*B、l、v 两两垂直，即两两垂直，即 Bl v*l导体在垂直磁场方向的导体在垂直磁场方向的有效有效切割切割长度长度BlvBlvBvBv 基基 础础 梳梳 理理 E=Blv转动切割转动切割Bl 基基 础础 梳梳 理理 1.1.产生感应电动势的导体相当于电产生感应电动势的导体相当于电源，其上电阻相当于电源内阻源，其上电阻相当于电源内阻 2.2.电源内电流流向就是电动势方向电源内电流流向就是电动势方向 （电源正极）（电源正极）规律方法解读规律方法解读 BR RR RE,rIv3.3.区分区分、/t E感感 与与无关无关 决定决定E感感 的有无的有无 /t/t决定决定E感感 的大小的大小4.4.比较比较 普遍普遍与与特殊特殊、回路回路与与一段直导线一段直导线 规律方法解读规律方法解读 v-瞬时性，瞬时性，a与与v无关无关v 一段时一段时间内的改量，间内的改量，决定决定a的有无的有无v/t速速度变化率，即度变化率，即a E=BLv类比类比是研究问题常用的方法是研究问题常用的方法 5.5.两种感应电动势的处理方法两种感应电动势的处理方法 磁场变化产生多用磁场变化产生多用 导体杆切割产生多用导体杆切割产生多用 E=BLv 规律方法解读规律方法解读 平均平均瞬时瞬时 探探 讨讨 交交 流流 对本部分知识还存在对本部分知识还存在什么问题？什么问题？例例1 1、（、（0909山东）如图所示，一导线弯成半径山东）如图所示，一导线弯成半径为为a的半圆形闭合回路。虚线的半圆形闭合回路。虚线MNMN右侧有磁感应右侧有磁感应强度为强度为B B的匀强磁场。方向垂直于回路所在的的匀强磁场。方向垂直于回路所在的平面。回路以速度平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径向右匀速进入磁场，直径CDCD始络与始络与MNMN垂直。从垂直。从D D点到达边界开始到点到达边界开始到C C点进点进入磁场为止，下列结论正确的是入磁场为止，下列结论正确的是 A A感应电流方向不变感应电流方向不变 B B CDCD段直线始终不受安培力段直线始终不受安培力 C C感应电动势最大值感应电动势最大值EBav D D感应电动势平均值感应电动势平均值 课课 堂堂 互互 动动 CDCD题后小结：题后小结：本题考查的知识点？用到的规律公式？本题考查的知识点？用到的规律公式？解此题需要注意的问题？解此题需要注意的问题？v归纳：归纳：本题考查本题考查“楞次定律、法拉第楞次定律、法拉第电磁感应定律、安培力、感应电动势、电磁感应定律、安培力、感应电动势、左手定则左手定则”注意。注意“切割切割”的等效长的等效长度，求电动势平均值用度，求电动势平均值用 ，求，求瞬时值用瞬时值用E=BLv ，用题中所给字母用题中所给字母表示物理量表示物理量 课课 堂堂 互互 动动 例例2 2、（、（0808北京）均匀导线制成的单匝正方形北京）均匀导线制成的单匝正方形闭合线框闭合线框abcd，每边长为，每边长为L，总电阻为，总电阻为R，总质，总质量为量为m m。将其置于磁感强度为。将其置于磁感强度为B B的水平匀强磁场的水平匀强磁场上方上方h h处，如图所示。线框由静止自由下落，处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水边始终与水平的磁场边界平行。当平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时，边刚进入磁场时，1 1）求线框中产生的感应电动势大小）求线框中产生的感应电动势大小;2 2）求）求cd 两点间的电势差大小两点间的电势差大小;3 3）若此时线框加速度恰好为零，）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度求线框下落的高度h h所应满足所应满足的条件。的条件。dcbaBLh题后小结：题后小结：本题考查的知识点？用到的规律公式？本题考查的知识点？用到的规律公式？解此题需要注意的问题？解此题需要注意的问题？归纳：本题考查归纳：本题考查“自由落体、安培力、感应自由落体、安培力、感应电动势、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律、电动势、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律、左右手定则左右手定则”。注意。注意“切割切割”的等效长度；的等效长度；求瞬时值用求瞬时值用E=BLv ；等效的内、外电路；列等效的内、外电路；列原始方程，不要方程套方程原始方程，不要方程套方程 ；区分左右手；区分左右手;区分区分F F、E E的公式；最后结果是不是题中已知的公式；最后结果是不是题中已知量。量。1.1.如图，光滑水平金属框架固定在方向竖直向下的如图，光滑水平金属框架固定在方向竖直向下的匀强磁场中，框架左端连接一个匀强磁场中，框架左端连接一个R=0.4的电阻，框的电阻，框架上面置一电阻架上面置一电阻r=0.1的金属导体的金属导体abab，金属导体长，金属导体长l=0.5m0.5m。两端恰与框架接触，且接触良好。金属导。两端恰与框架接触，且接触良好。金属导体在体在F=0.4N 的水平恒力作用下由静止开始向右运的水平恒力作用下由静止开始向右运动，电阻动，电阻R上消耗的最大电功率为上消耗的最大电功率为P=0.4 W W。设水平。设水平金属框架足够长，电阻不计。金属框架足够长，电阻不计。1)1)试判断金属导体试判断金属导体a、b两端电势高低两端电势高低 2)2)金属导体金属导体ab的最大速度的最大速度 3)3)求匀强磁场的磁感应强度求匀强磁场的磁感应强度 自自 主主 体体 验验 a端高端高，v=1.25m/s，B=0.8T题后小结：题后小结：本题考查的知识点？用到的规律公式？本题考查的知识点？用到的规律公式？解此题需要注意的问题？解此题需要注意的问题？归纳：考查左右手定则、感应电动势、归纳：考查左右手定则、感应电动势、闭合电路欧姆定律、功率计算、串联特闭合电路欧姆定律、功率计算、串联特点。注意：左右手定则区分、安培力电点。注意：左右手定则区分、安培力电动势的公式区分动势的公式区分2.2.（0404北京）如图甲所示，两根足够长的金属导轨北京）如图甲所示，两根足够长的金属导轨MNMN、PQPQ平行放置在倾角为平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距的绝缘斜面上，两导轨间距为为L。M M、P P两点间接有阻值为两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为的电阻。一根质量为m m的均匀直金属杆的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于匀强磁场套装置处于匀强磁场B B中，磁场方向垂直于斜面向下。中，磁场方向垂直于斜面向下。导轨和金属棒的电阻都不计。让导轨和金属棒的电阻都不计。让ab杆由静止开始下滑，杆由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们间摩擦。导轨和金属杆接触良好，不计它们间摩擦。1 1）由）由b向向a方向看到的装置如图乙，在此图中画出方向看到的装置如图乙，在此图中画出ab下滑过程中某时刻的受力示意图下滑过程中某时刻的受力示意图2 2）在加速下滑过程中，当）在加速下滑过程中当ab棒的速度大小为棒的速度大小为v v时，流时，流过过ab棒的电流大小及其加速度的大小？棒的电流大小及其加速度的大小？3 3）ab棒可以达到的最大速度的大小棒可以达到的最大速度的大小 自自 主主 体体 验验 题后小结：题后小结：本题考查的知识点？用到的规律公式？本题考查的知识点？用到的规律公式？解此题需要注意的问题？解此题需要注意的问题？归纳：考查左右手定则、受力分析、感归纳：考查左右手定则、受力分析、感应电动势、闭合电路欧姆定律、安培力、应电动势、闭合电路欧姆定律、安培力、牛顿第二定律。注意：左右手定则区分、牛顿第二定律。注意：左右手定则区分、安培力电动势的公式区分安培力电动势的公式区分 感应电动势的有无、方向及感应感应电动势的有无、方向及感应电动势大小的计算是高考的重点；电动势大小的计算是高考的重点；导体杆切割产生感应电动势需熟练导体杆切割产生感应电动势需熟练掌握。掌握。课课 后后 小小 结结 作作 业业 P283-284 1.1.水平放置的平行金属导轨，相距水平放置的平行金属导轨，相距L=0.5mL=0.5m，左端接一电阻，左端接一电阻R=0.20R=0.20，磁感应强度，磁感应强度B=0.40TB=0.40T，方向垂直于导轨平面，导体棒，方向垂直于导轨平面，导体棒abab垂垂直放在导轨上，并能无摩擦的沿导轨滑动，直放在导轨上，并能无摩擦的沿导轨滑动，导轨和导体棒电阻不计当导轨和导体棒电阻不计，当acac以以=4.0m/s=4.0m/s的的速度水平向右匀速滑动时速度水平向右匀速滑动时（1 1）acac中感应电动势中感应电动势 （2 2）回路中感应电流的大小）回路中感应电流的大小 （3 3）维持棒）维持棒acac匀速运动的水匀速运动的水平外力平外力F F的大小的大小 2.2.如图所示，竖直放置的足够长的光滑平如图所示，竖直放置的足够长的光滑平行金属导轨，间距为行金属导轨，间距为l0.50m0.50m，导轨上端接有，导轨上端接有电阻电阻R R0.800.80，导轨电阻忽略不计。空间有，导轨电阻忽略不计。空间有一水平方向的有上边界的匀强磁场，磁感应一水平方向的有上边界的匀强磁场，磁感应强度大小为强度大小为B B=0.40T=0.40T，方向垂直于金属导轨平，方向垂直于金属导轨平面向外。质量为面向外。质量为m m=0.02kg=0.02kg、电阻、电阻r r0.200.20的的金属杆金属杆MNMN，从静止开始沿着金属导轨下滑，从静止开始沿着金属导轨下滑，下落一定高度后以下落一定高度后以v=2.5m/s=2.5m/s的速度进入匀强磁的速度进入匀强磁场中，在磁场下落过程中金属杆始终与导轨场中，在磁场下落过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好。已知重力加垂直且接触良好。已知重力加速度为速度为g g=10m/s=10m/s2 2，不计空气阻力，不计空气阻力，求在磁场中求在磁场中RNMBRFabE ra端电势较高由P总=得到B=0.80T电阻R上消耗电功率最大时，电路消耗的总功率P总=P+Pr=WP总=Fvv=1.25m/sv