湖北省武汉市第三十九中学高中物理 4.4法拉第电磁感应定律

湖北省武汉市第三十九中学高中物理 4.4法拉第电磁感应定律

‎4.4法拉第电磁感应定律 ‎ 学习目标：‎ ‎1．理解感应电动势的概念。‎ ‎2．理解法拉第电磁感应定律的内容，并能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小。‎ ‎3．能够运用E＝Blv或E＝Blvsin θ计算导体切割磁感线时的感应电动势。‎ ‎4．会用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向。‎ 导学探究 探究1：感应电动势 ‎(1)定义：在 现象中产生的电动势。‎ ‎(2)感应电动势与感应电流的关系：‎ 产生感应电动势的部分相当于 ，闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流，若导体回路不闭合，则没有 ，但仍有 。‎ 探究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 成正比。‎ ‎(2)数学表达式：E＝ 。‎ ‎(3)若闭合电路是一个n匝线圈，每匝线圈中的磁通量的变化率都相同，则整个线圈中的感应电动势是单匝的n倍，数学表达式为E＝ 。‎ ‎(4)在国际单位制中，磁通量的单位是 ，感应电动势的单位是 。‎ 例1．一个200匝、面积为‎20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少伏？‎ 拓展延伸：‎ ‎(1)Φ、ΔΦ、均与线圈匝数 。‎ ‎(2)磁通量和磁通量的变化率的大小 ，Φ很大时，可能很小，也可能很大；Φ＝0时，可能不为零。‎ ‎(3)E＝n只表示感应电动势的大小，不涉及 ，计算时ΔΦ应取绝对值，而感应电流的方向应由楞次定律确定。‎ 探究3：导线切割磁感线时的感应电动势 ‎(1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图4－4－1所示，E＝ 。‎ ‎　　‎ 图4－4－1　　　　图4－4－2‎ ‎(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θ时，如图4－4－2所示，E＝ 。‎ 例2．试写出如图所示的各种情况下，导线中所产生的感应电动势的表达式(导线长均为l，速度为v，磁感应强度为B，图丙中导体垂直纸面)。‎ 拓展延伸：‎ ‎(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导线运动速度为v时的 ‎ 电动势，随着v的变化，E也相应变化；若v为平均速度，则E为 。‎ ‎(2)当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势 ，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势 。‎ ‎(3)式中的l应理解为导线切割磁感线时的 ，如果导线不和磁场垂直，l应是 ，如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取 ，即ab的弦长。‎ 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。‎ 探究4．反电动势 ‎(1)定义：电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要 ，我们称它为 。‎ ‎(2)作用：阻碍线圈的转动。‎ ‎(3)能量转化：反电动势阻碍转动的过程即为电路中电能转化为其他形式能的过程。‎ ‎[关键一点]　反电动势是电动机转动时线圈切割磁感线运动时产生的，电动机工作时，因有反电动势存在，所以欧姆定律不能直接使用。‎ 训练内化 ‎1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是(　 　)‎ A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 ‎2.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则O →D过程中(　 　)‎ A．线圈在O时刻感应电动势最大 B．线圈在D时刻感应电动势为零 C．线圈在D时刻感应电动势最大 D．线圈在O至D时间内平均感应电动势为0.4 V ‎3.如图所示，平行金属导轨的间距为d，一端跨接一阻值为R的电阻，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于导轨所在平面向里，一根长直金属棒与导轨成60°角放置，且接触良好，则当金属棒以垂直于棒的恒定速度v沿金属导轨滑行时，其他电阻不计，电阻R中的电流为(　　)‎ A.　　　 B. C. D. ‎4． 如图所示，在宽为‎0.5 m的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为r＝0.6 Ω的直导体棒，在导轨的两端分别连接两个电阻R1＝4 Ω、R2＝6 Ω，其他电阻不计。整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，如图所示磁感应强度 B＝0.1 T。当直导体棒在导轨上以v＝‎6 m/s的速度向右运动时，求：直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小。‎