4.4法拉第电磁感应定律
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导入新课据前面所学,电路中存在持续电流的条件是什么?(1)闭合电路(2)有电源什么叫电磁感应现象?产生感应电流的条件是什么?利用磁场产生电流的现象产生感应电流的条件是:(1)闭合电路(2)磁通量变化教学目标1.知识与技能知道感应电动势,及决定感应电动势大小的因素。
知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别Φ、ΔΦ。
理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
知道E=BLvsinθ如何推得。
会用解决问题。
2.过程与方法经历学生实验,培养学生的动手能力和探究能力.推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。
3.情感态度与价值观从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,培养学生对不同事物进行分析,找出共性与个性的辩证唯物主义思想。
通过比较感应电流、感应电动势的特点引导学生把握主要矛盾。
教学重、难点教学重点理解感应电动势的大小与磁通变化率的关系。
掌握法拉第电磁感应定律及应用。
教学难点平均电动势与瞬时电动势区别。
培养学生空间思维能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力。
本节导航1.电磁感应定律2.导线切割磁感线时的感应电动势3.反电动势1.电磁感应定律F合试从本质上比较甲、乙两电路的异同。
乙甲相同点:两电路都是闭合的,有电流不同点:甲中有电池(电源)乙中有螺线管(相当于电源)有电源就有电动势。
Rab vLSNGvababR E rabGE r(1)在电磁感应现象中产生的电动势称感应电动势(2)产生感应电动势的那部分导体相当于电源感应电动势思考与讨论感应电动势的大小跟哪些因素有关?探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势,那么感应电动势大小与磁通量的变化是否有关呢?猜想或假设感应电动势E的大小与磁通量的变化量△φ有关。
也与完成磁通量变化所用的时间△t有关。
也就是与磁通量变化的快慢有关(而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示△φ/△t)如图1导线切割磁感线,产生感应电流,导线运动的速度越快、磁体的磁场超强,产生的感应电流越大。
4.4法拉第电磁感应定律
感线运动时产生的感应电动势的表达式,并能进行简单的计算
越大,磁通量的变化越电动势越小。
(二)、法拉第电磁感应定律
总结法拉第电磁感应定律的内容:
写出法拉第电磁感应定律的表达式
在国际单位制中,电动势单位是伏(V),磁通量单位是韦伯(Wb),时间单位是秒(s),可以证明式中比例系数k=1,(同学们可以课下自己证明),则上式可写成E=
设闭合电路是一个N匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,这时相当于N
∆Φ
个单匝线圈串联而成,因此感应电动势变为E=
t∆
对法拉第电磁感应定律的理解:
Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt
⑵感应电动势的大小与磁通量的变化率成
根据来判断
三、导线切割磁感线时的感应电动势
如图所示电路,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?
这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式,需要
理解
(1)B,L,V两两
(2)导线的长度L应为长度
(3)导线运动方向和磁感线平行时,E=
(4)速度V为平均值(瞬时值),E就为()
问题:当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ,感应电动势可用上面的公式计算吗?
如图所示电路,闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中,导体棒以v斜向切割磁感线,求产生的感应电动势。
强调:在国际单位制中,上式中B、L、v的单位分别是特斯拉
(T)、米(m)、米每秒(m/s),θ指v与B的夹角。
5、公式比较
与功率的两个公式比较得出E=ΔΦ/Δt:求平均电动势
E=BLV :v为瞬时值时求瞬时电动势,v为平均值时求平均电动势。
四.法拉第电磁感应定律教学重点:法拉第电磁感应定律。
教学难点:对磁通量的变化及磁通量的变化率的理解一、基本知识1、感应电动势电磁感应现象:叫电磁感应现象产生感应电流的条件:。
感应电动势:叫感应电动势产生条件:与什么因素有关:穿过线圈的磁通量的有关注意:磁通量的大小φ;磁通量的变化∆φ;磁通量的变化快慢(∆φ/∆t)的区分2、法拉第电磁感应定律内容:。
公式:单匝线圈:多匝线圈:E=3、导线切割磁感线时产生的感应电动势计算公式:θ是。
推导方法:条件:导线的运动方向与导线本身垂直适用范围:单位:1V=1T⨯1m⨯1m/s=1Wb/s 4、反电动势我们就把感应电动势称为反电动势;其作用是。
教材P16 二、例题分析例1、如图,导体平行磁感线运动,试求产生的感应电动势的大小(速度与磁场的夹角θ,导线长度为L)例2、如图17-13所示,有一夹角为θ的金属角架,角架所围区域内存在匀强磁场中,磁场的磁感强度为B,方向与角架所在平面垂直,一段直导线ab,从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动,求:(1)t时刻角架的瞬时感应电动势;(2)t时间内角架的平均感应电动势?例3、如图17-14所示,将一条形磁铁插入某一闭合线圈,第一次用0.05s,第二次用0.1s,设插入方式相同,试求:(1)两次线圈中平均感应电动势之比?(2)两次线圈之中电流之比?(3)两次通过线圈的电量之比?例4、如图17-16所示,有一匀强磁场B=1.0×10-3T,在垂直磁场的平面内,有一金属棒AO,绕平行于磁场的O轴顺时针转动,已知棒长L=0.20 m,角速度ω=20rad/s,求:(1)O、A哪一点电势高?(2)棒产生的感应电动势有多大?跟踪反馈1.如图17-17所示中PQRS为一正方形线圈,它以恒定的速度向右进入以MN为边界的匀强磁场,磁场方向垂直于线圈平面,MN与线圈边成45°角,E、F分别为PS、PQ的中点,关于线圈中感应电流的大小,下面判断正确的是[ ]A.当E点经过MN时,线圈中感应电流最大B.当P点经过MN时,线圈中感应电流最大C.当F点经过MN时,线圈中感应电流最大D.当Q点经过MN时,线圈中感应电流最大2.有一总电阻为5Ω的闭合导线,其中1m长部分直导线在磁感应强度为2T的水平匀强磁场中,以5m/s的速度沿与磁感线成30°角的方向运动,如图17-18所示,该直导线产生的感应电动势为________V,磁场对直导线部分的作用力大小为________N,方向为________.3.有一面积为S=100cm2的金属环,电阻为R=0.1Ω,环中磁场变化规律如图17-19所示,磁场方向垂直环面向里,则在t1-t2时间内通过金属环的电荷量为________C.4.如图17-20所示,边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动,磁感应强度为B,初始时刻线框所在平面与磁感线垂直,经过t时刻后转过120°角,求:(1)线框内感应电动势在t时间内的平均值(2)转过120°角时感应电动势的瞬时值(3)设线框电阻为R,则这一过程中通过线框截面的电量。
4.4 法拉第电磁感应定律一、感应电动势1、在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。
产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。
2.感应电动势与什么因素有关?3、磁通量的变化率表示磁通量的变化快慢二、法拉第电磁感应定律:1、内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量变化率△Φ/ △t成正比.发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源,在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。
(即:由负到正)2、数学表达式E=若有n匝线圈,则相当于有n个电源串联,总电动势为:变形:注意:公式中Δφ应取绝对值,不涉及正负,感应电流的方向另行判断。
感应电动势取决于磁通量变化的快慢(即磁通量变化率)和线圈匝数n.ΔB/Δt是磁场变化率问题讨论:磁通量大,磁通量变化一定大吗?磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗?磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不同。
磁通量为零,磁通量的变化率不一定为零;磁通量的变化大,磁通量的变化率也不一定大。
*ΔΦ/ Δt在Φ-t图象上表示切线的斜率.(可以类比速度、速度的变化和速度的变化率。
)2、另一种情况:回路中的部分导体做切割磁感线运动时, 且导体运动方向跟磁场方向垂直。
如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度是B,ab 以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势回路在时间t内增大的面积为:ΔS=LvΔt穿过回路的磁通量的变化为:ΔΦ=BΔS=BLvΔt产生的感应电动势为:若导体斜切磁感线说明:1、导线运动方向和磁感线平行时,E=02、速度V为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值)3、注意导线的长度L和速度V有效值的确定4.速度V是导体棒相对于磁场的速度补充:②E=BL v(垂直平动切割) (v为磁场与导体的相对切割速度) (B不动而导体动;导体不动而B运动)③E= nBSωsin(ωt+Φ); E m=nBSω (线圈与B⊥的轴匀速转动切割) n是线圈匝数④E=BL2ω/2 (直导体绕一端转动切割)⑤*自感(电流变化快慢) (自感)问题:与的区别联系区别:1、一般来说,①求出的是平均感应电动势,E和某段时间或者某个过程对应,而②求出的是瞬时感应电动势,E和某个时刻或者某个位置对应。