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

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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(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動勢的大?。?重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3.能夠運(yùn)用E＝Blv或E＝Blvsin θ計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動勢．(重點(diǎn)) 4.知道反電動勢的定義和作用．,合作探究·重難疑點(diǎn),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(gè)回路就一定有_______；回路斷開時(shí)，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(shí)，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(yùn)動方向三者兩兩垂直時(shí)：E＝_____． 2．如圖4-4-1所示，導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒的運(yùn)動方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但 與磁場方向夾角為 θ時(shí)，E＝ _________．,Blv,Blvsin_θ,如圖4-4-2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(qiáng)磁場中向右運(yùn)動，甲同學(xué)說：由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，這時(shí)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(yùn)動，由 E＝BLv可知，這兩條邊都應(yīng)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(gè)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(gè)電源并聯(lián)沒有對外供電，所以整個(gè)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(gè)回路的感應(yīng)電動勢，而用E＝BLv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E＝Blv中的B、l、v三者必須相互垂直．( ) 2．導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)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(shí)，在Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢和它在任意時(shí)刻產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢相同．( ),√,×,√,1．定義：電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，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(jī)通電轉(zhuǎn)動，電動機(jī)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(yùn)動．( ) 2．電動機(jī)正常工作時(shí)，反電動勢會加快線圈的運(yùn)動．( ) 3．電動機(jī)工作中由于機(jī)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(jī)．( ),√,×,√,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(gè)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(yīng)強(qiáng)度B＝0.50 T的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個(gè)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(diǎn)撥】 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (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(shí)強(qiáng)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(qiáng)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(xiàng)A、B錯(cuò)誤．感應(yīng)電動勢與磁場的強(qiáng)弱也無關(guān)，所以，選項(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D正確． 【答案】 D,2．一個(gè)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(qiáng)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ΔΦ＝ΔBSsin θ來計(jì)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(xué)生分組探究二 對公式E＝BLv的理解 第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難 1．公式E＝BLv能否用來求解平均感應(yīng)電動勢？ 【提示】 當(dāng)E＝BLv中v為平均速度時(shí)可求平均感應(yīng)電動勢．,2．導(dǎo)體棒繞一端垂直于勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，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(diǎn)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(gè)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(shí)速度時(shí)，E為瞬時(shí)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4-4-3,2．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(yùn)動時(shí)，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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)動，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，運(yùn)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(shí)間t的關(guān)系圖線， 可能正確的是( ) 圖4-4-4,【思路點(diǎn)撥】 (1)導(dǎo)體切割磁感線的有效長度與時(shí)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(shí)強(qiáng)化 1．(多選)如圖4-4-5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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列 結(jié)論正確的是( ) 圖4-4-5,【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(xiàng)B錯(cuò)．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(jī)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(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4-4-7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4-4-7,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4-4-8(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(diǎn)電勢的高低． 圖4-4-8,【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(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、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(diǎn)為圓心，OA邊與OC邊電阻不計(jì)；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(diǎn)從OA位置以角速度ω順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動，整個(gè)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(shí)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(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(shí)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(jì)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(shí)強(qiáng)化 1．如圖4-4-10，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(qiáng)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(yīng)電流．現(xiàn)使線 框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小隨時(shí)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(qiáng)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(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動．桿始終有兩點(diǎn)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(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(shí)間Δt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I＝q/Δt及法拉第電磁感應(yīng)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(qiáng)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(jì)．現(xiàn)經(jīng)歷以下四個(gè)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(shè)上述四個(gè)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(yīng)用],