高中物理《电磁感应定律》课件

随着科技的不断发展，电磁感应式污 水处理技术将不断提高处理效率、降 低能耗和成本，为环境保护事业做出 更大贡献。
污水处理效果
电磁感应式污水处理技术具有处理效 果好、无需添加化学药剂、无二次污 染等优点，可广泛应用于工业废水、 生活污水等领域。
电磁感应式空气净化技术
电磁感应原理
利用电磁感应原理，在空气中产 生强磁场，使空气中的有害物质 在磁场作用下发生分解或转化，
能量守恒
在电磁感应现象中，能量是守恒的。即机械能的减少等于电能的增加和内能的增加之和。
02
电磁感应现象的应用
感应电动机
感应电动机的原理
利用电磁感应原理，将电能转化为机械能的一种旋转电机。其核心部件为定子和 转子，定子绕组中通入三相交流电产生旋转磁场，转子导体在旋转磁场中切割磁 感线产生感应电动势和电流，从而形成电磁转矩驱动转子旋转。
• 实验结论：通过本次实验，我们验证了电磁感应现象的存在，并探究了电磁感 应定律。实验结果表明，当导体在磁场中运动时，会在导体中产生感应电动势 和感应电流。这一现象在电机、变压器等电气设备中有着广泛的应用。同时， 我们也需要注意到在实验过程中可能存在的误差和影响因素，如线圈与磁铁的 相对位置不稳定、电流表、电压表的量程选择不当等。为了提高实验的准确性 和可靠性，我们可以采取一些措施来减小误差，如使用更精确的测量仪器、改 进实验方法等。
实验步骤 01
1. 准备实验器材，包括电源、导线、电流表、电 02 压表、滑动变阻器、开关、磁铁和线圈等。
2. 按照实验电路图连接电路，注意电流表、电压 03 表的接线和量程选择。
实验步骤和操作要点
01 3. 将线圈置于磁铁附近，并调整线圈与磁铁的相 对位置。
02 4. 闭合开关，观察并记录电流表、电压表的读数 。

M
a
N
(2)维持ab做匀速运动的外力多大? R B r v
F=0.1N
(3)ab向右运动1m的过程中,
P
b
Q
外力做的功是多少?电路中产生的热量是多少?
WF=0.1J Q=0.第13J2页/共44页
问题1：在P16图4.4-3中, 电源在电动机线圈中产生电流的方向怎样? AB边、CD边受力方向怎样? 线圈的运动方向怎样?
(2)公式②中v若代表平均速度，则E 为平均感应电动势。
第30页/共44页
例与练9
如图,长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀
强磁场的平面内以角速度ω匀速转动,磁场
的磁感应强度为B,求杆OA两端的电势差.
E 1 BL2
2
A' ω A
O
第31页/共44页
例与练10
如图,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金
第四章《电磁感应》
第四节 《法拉第电磁感应定律》
第1页/共44页
教 学目标
• （一）知识与技能 • 1．知道什么叫感应电动势。 • 2．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、。
• 3．理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
• 4．知道E=BLvsinθ如何推得。
• 5．会用法拉第电磁感应定律解决问题。 • （二）过程与方法
第39页/共44页
小结：也可用 E Blv
进行计算,因为从O→A,各点的线速度 是均匀变化的,故取棒中点的速度代表 棒的平均速度，由
E Blv中 BL（L / 2） BL2 / 2
仍得到上面的结果.
第40页/共44页
d B
的感应电动势哪个时刻最大?

21 B1 I1
12
互感电动势
N 221 M21I1
N112 M12 I2
21
M 21
dI1 dt
12
M 12
dI 2 dt
N1 N2
互感系数 M12 M 21 M
21 M
dI1 dt
12
M
dI 2 dt
.
21
例 11-11 在磁导率为 的均匀无限大的磁介质中，一
无限长直导线与一宽、长分别为b 和 l 的矩形线圈共
.
26
3 麦克斯韦方程组的积分形式
（Maxwell equations）
麦
电场
LE
dl
S
B t
dS
变化磁场可以 激发涡旋电场
克 斯
S D dS qi i
电场是有源场
韦 方 程
H dl
L
(
s
jc
D ) t
ds
传导电流和 变化电场可 以激发磁场
组 磁场
B dS 0 S
I2
互感线圈周围没有铁磁质时其互感系数是常数，仅
取决于线圈的结构、相对位置和磁介质。
2
M
dI1 dt
1
M
dI2 dt
M、L的单位：H
.
30
五、磁场的能量
自感磁能:
Wm
1 LI 2
2
磁场能量密度:
wm
B2
2
1 H 2
2
1 BH 2
磁场的能量:
Wm V wmdV
.
31
六、麦克斯韦的电磁场理论
（D）电子受到洛伦兹力而减速。
a
[A ]
F洛
a

右平动时,a、c两点间的电势差为多少?
答案:Blvsin θ
解析:公式E=Blv中的l为导体切割磁感线的有效长度,也就是
与磁感应强度B和速度v垂直的长度,因此该金属弯杆的有效
长度为lsin θ,故感应电动势大小为Blvsin θ,a、c两点间的电
势差为Blvsin θ。
课堂·重难突破
一 法拉第电磁感应定律的理解与应用
量的方向平行时,E=0。
2.式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。
若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直
的等效线段长度来计算。如图中线段ab的长即为导线切割磁
感线的有效长度。
3.公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而
磁场运动时,也有电磁感应现象产生。
如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属
接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良
好,ab=l。磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属
棒与两导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导
轨和棒的电阻,则流过金属棒的电流为(
)

A.I=

C.I=
答案:B
√
B.I=
√
D.I=
1.2 cm和1.4 cm,图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝
缘。若匀强磁场垂直通过此线圈,磁感应强度变化率为103
T/s,则线圈产生的感应电动势最接近(
)
A.0.30 V
B.0.44 V
C.0.59 V
D.4.30 V
答案:B
解析:根据法拉第电磁感应定律可知
选项 B 正确。


E= ,E= (S1+S2+S3)=0.44

F=BId=B0（1+kt0）·
B0kdl R
·d=
B02kd
2l 1
R
kt0
。
三、导体切割磁感线时的感应电动势
导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，长为L的导体棒ab以速度v匀速切割磁感线，求
产生的感应电动势
分析：回路在时间Δt内增大的面积为： ΔS=LvΔt 穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔS =BLvΔt
试从本质上比较甲、乙两电路的异同
S
甲
G乙
N
画出等效电路图
产生电动势的那部分导体相当于电源
导体棒内部电荷的运动情况？哪段的电势比较高？
【拓展思考】
问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗?
问题2：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大小、磁通量的变化无直接关系:磁通量大(小, 等于零)，磁通量的变化率不一定大(小,等于零);磁通量的变化大(小)，磁 通量的变化率不一定大(小)。
A.图(Ⅱ)时线框中的电功率为 B2a2v2
B.图(Ⅱ)时线框的加速度为 4 B2a2Rv
mR
C.此过程中回路产生的电能为 1 mv2
2
D.此过程中通过线框截面的电量为
Ba2 R
能量问题
例：两根平行金属导轨相距l=0.50m，倾角θ=53°，导轨上端串一个 0. 05Q的电阻。在导轨间长d=0.56m的区域内，存在方向垂直导轨平面向 下的匀强磁场，磁感应强度B=2.0T。质量m=4.0kg的金属棒CD水平置于 导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。 CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24m。 用恒力F=80N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动， 上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。 （不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)，求： (1)CD棒进入磁场时速度v的大小; (2)CD棒进人磁场时所受的安培力的大小; (3)在拉升CD棒的过程中,健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q。

E n 算出的是平均感应电动势 t
当磁通量均匀变化时,某一时刻的瞬时感应电动 势等于全段时间内导体的平均感应电动势。
8
巩固练习：
1．穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每 秒钟均匀地增加2 Wb，则：
A．线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V
√B．线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V
C．线圈中的感应电动势始终是2 V D．线圈中不产生感应电动势
由I
E R
r
知：大，总电指阻针一偏定转时角，越E大越。大，I越
问题3：该实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈
中，快插入和慢插入有什么相同和不同？
从条件上看 相同 Φ都发生了变化 不同 Φ变化的快慢不同
从结果上看 都产生了I 产生的I大小不等6
2．磁通量变化越快，感应电动势越大。
二、法拉第电磁感应定律
Φ
t3 t4
O
t1 t2
t
图1
图2
18
例2.如图 (a)图所示，一个500匝的线圈的两 端跟R＝99 Ω的电阻相连接，置于竖直向下的 匀强磁场中，线圈的横截面积为20 cm2，电阻 为1 Ω，磁场的磁感应强度随时间变化的图象 如(b)图，求磁场变化过程中通过电阻R的电流 为多大？
19
【解析】 由题图(b)知：线圈中磁感应强度 B 均匀 增加，其变化率ΔΔBt ＝(504－1s0)T＝10 T/s. 由法拉第电磁感应定律得线圈中产生的感应电动 势为 E＝nΔΔΦt ＝nΔΔBt S＝500×10×20×10－4 V＝10 V. 由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为 I＝R＋E r＝991＋0 1A＝0.1 A.
巩固练习
2．一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀 速转动，穿过某线路的磁通量Φ随时间t变化的关系 如图1，当线圈处于如图2所示位置时，它的：

H。
10-6
2.涡流
当线圈中的电流发生变化时,在它附近的任何导体中都会产生感应电流,这
种电流看起来像水的漩涡,所以叫涡流。
3.电磁阻尼
导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是
阻碍 导体的运动。
4.电磁驱动
如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生
到安培力而运动起来。
感应电流
使导体受
第2节
法拉第电磁感应定律及其应用
一、法拉第电磁感应定律
1.法拉第电磁感应定律
(1)内容: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。
感应电动势与匝数有关
(2)公式:E=n

,其中n为线圈匝数。

(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的
欧姆

定律,即I= + 。
2.导体切割磁感线的情形
场区内从b到c匀速转动时,回路中始终有电流,则此过程中,下列说法正确
的有(
) 答案 AD
A.杆OP产生的感应电动势恒定
B.杆OP受到的安培力不变
C.杆MN做匀加速直线运动
D.杆MN中的电流逐渐减小
6.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应
强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以
B.金属框中电流的电功率之比为4∶1
C.金属框中产生的焦耳热之比为4∶1
D.金属框ab边受到的安培力方向相同
答案 B
素养点拨1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤
(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;
(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;
(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。

(3)ΔΔΦt 表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，
又称为磁通量的变化率．
(4)Φ、ΔΦ、ΔΔΦt 的大小没有直接关系，这一点可与运动学中 v、Δv、Δ Δvt三者类比．值得指出的是：Φ 很大，ΔΔΦt 可能很小，Φ 很小，ΔΔΦt 可能很大，Φ＝0，ΔΔΦt 可能不为零(如线圈平面转到与磁 感线平行时)．当 Φ 按正弦规律变化时，Φ 最大时，ΔΔΦt ＝0，反之， 当 Φ 为零时，ΔΔΦt 最大．磁通量的变化率ΔΔΦt 是 Φ－t 图象上某点
下图所示，此时可将导体的速度v向垂直于磁感线和平行于
磁感线两个方向分解，
则分速度v2＝vcos θ不使导体切割磁感线，使导体切割 磁感线的是分速度v1＝vsin θ，从而使导体产生的感应 电动势为：E＝BLv1＝BLvsin θ.
上式即为导体不垂直切割磁感线时，感应电动势大小 的计算式．
3．在公式E＝BLv或E＝BLvsin θ中，L是指有效长度， 在下图中，半径为r的半圆形导体垂直切割磁感线时，感应 电动势E＝BLv≠2Brv.
解析：磁通量的变化是由磁场的变化引起的，应该 用公式ΔΦ＝ΔBSsin θ来计算，所以 ΔΦ＝ΔBSsin θ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb ＝4×10－4 Wb.
磁通量的变化率用公式
ΔΦ 4×10－4 Δt ＝ 0.05
Wb/s＝8×10－3
Wb/s，
感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律
说明：(1)Φ是状态量，是在某时刻(某位置)穿过闭 合回路的磁感线条数，当磁场与回路平面垂直时，Φ＝BS.
(2)ΔΦ是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另 一时刻磁通量的增加，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常见磁通量变化 方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁

法拉第电磁感应定律的原 理
变化的磁场产生电场
总结词
变化的磁场会产生电场，这是法 拉第电磁感应定律的核心内容。
详细描述
根据法拉第的实验和理论，当磁 场发生变化时，会在导体中产生 电动势，从而产生电流。这个现 象称为电磁感应。
产生感应电动势的条件
总结词
要产生感应电动势，需要有两个条件同时满足：一是导体处于变化的磁场中，二 是导体是闭合电路的一部分。
详细描述
当导体在变化的磁场中时，导体中的电子受到洛伦兹力的作用，从而在导体中产 生电流。如果导体不是闭合电路的一部分，则产生的电流将会消失。
感应电动势的大小计算
总结词
感应电动势的大小与磁通量的变化率 成正比，这是法拉第电磁感应定律的 定量表述。
详细描述
根据法拉第电磁感应定律，感应电动 势的大小计算公式为 e = -dΦ/dt，其 中 e 是感应电动势，Φ 是磁通量，t 是时间。这个公式表明，感应电动势 的大小与磁通量的变化率成正比。
THANKS
磁悬浮列车的原理
总结词
磁悬浮列车利用法拉第电磁感应定律实 现列车与轨道的分离。
VS
详细描述
磁悬浮列车通过强大的磁场产生推力，使 列车与轨道之间保持一定距离。当列车向 前运动时，车体下方的线圈会产生感应电 动势，与轨道磁场相互作用产生推力，使 列车前进。同时，磁悬浮列车采用非接触 式设计，减少了摩擦和磨损，提高了运行 效率和安全性。
磁通量与感应电动势的关系
总结词
磁通量的变化是产生感应电动势的必 要条件，而感应电动势的大小则与磁 通量的变化率有关。
详细描述
磁通量是描述磁场分布的物理量，当 磁通量发生变化时，会在导体中产生 感应电动势。感应电动势的大小则取 决于磁通量变化的快慢程度。

若∆t代表一段时间，则
n t
代表平均电动势
作用： I q It，一般用来求一段时间流过某横
截面的电量
q IБайду номын сангаас t
t
n
t
t
n
R总
R总
R总
BLv，也可求平均电动势，v为平均速度
五.感应电动势分类
2.瞬时电动势：
若∆t趋向零，则
n
t
代表瞬时电动势
作用：求任意时刻电动势的大小，可以求电动势、 路端电压、电流、功率的瞬时值
2.表达式：单匝： ；多匝： n
t
t
3.单位：伏特（V），1V＝1Wb/s＝1J/C
①电磁感应定律是德国物理学家纽曼、韦伯在对理论和
实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出
的。因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人称
之为法拉第电磁感应定律。
②表达式为
k
t
，在国际单位制下k＝1。
BLv，也可求瞬时电动势，v为瞬时速度
例4.如图：把一线圈从磁场中匀速拉出，
一次速度为v，一次速度为2v，求两次拉 v
出磁场的电动势ε、电流I、拉力F、电量 q、产生的热量Q之比。
B
答：1:2， 1:2， 1:2， 1:1， 1:2，
观察实验三
六.动生电动势
Φ＝BS，Φ的变化可能是B引起的，也可能是S引起的
一.感应电动势
注意： ①产生电磁感应现象的导体相当于电源（插入磁铁的线 圈、切割磁感线的导体棒……） ②电源内部的电流方向是从电源负极流向正极 ③电路断开时没有感应电流，但有感应电动势 问题：感应电流的方向怎么判断？ 答：利用楞次定律、右手定则

二、法拉第电磁感应定律
法拉第，英国物理学家、化学家。 对电磁学进行了比较系统的实验
研究，发现了电磁感应现象；发明 了第一台电动机和发电机；提出了 电场、磁场等重要概念。
法拉第
温故知新
1．在电磁感应现象中，产生感应电流的条件 是什么？
只要穿过闭合电路的磁通量产生变化， 闭合电路中就有感应电流
2．在恒定电流中学过，电路中存在持续电流 的条件是什么？
从条件上看
从结果上看
相同 磁通量的变化相同
都产生了E(I)
不同 磁通量变化的快慢不同 产生的E(I)大小不等
小结：感应电动势的大小可能与磁通量变化的快 慢有关，磁通量变化得快，感应电动势就大。
说明：磁通量的变化快慢用磁通量的变化率
来描述，即可表示为
t
。
t 越大，感应电流I越大，感应电动势E越大。
实验结论
0.15 0.10V 0.5V
t
0.1
E n 100V
t
I E 2A R
• 例2、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所示，磁场方向垂
直环面向里，则在t1－t2时间内通过金属环某一截
面的电荷量为多少？
E I E
t
R t R
SB 0.001W b
进一步猜想：感应电动势的大小很可能与磁通 量的变化率有关，并且成正比。
对实验进行推理
定律 内容
E t
E k t
E n t
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
取适当单位 则k=1
线圈由1匝 n
二、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 这一电路的磁通量的变化率成正比。

ΔΦ 以 A 错；根据 E＝ ＝3 V，B 正确；
Δt
因电路中的电阻阻值不变，而感应电动势的大小也不 变，即感应电流的大小也不变，C 错；感应电流 I＝RE＝3 A，D 也错．
答案：B
2．(双选)下列关于感应电动势的说法错误的是( ) A．回路中磁通量为零，感应电动势也为零 B．闭合回路中没有感应电流，也就没有感应电动势 C．没有闭合回路就没有感应电动势 D．回路中磁通量的变化率不变，感应电动势也不变
一、感应电动势
1．概念． 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相当于电___源__． 2．大小的决定因素． 感应电动势的大小跟磁通量变化的_快__慢__有关，即跟 磁通量的_变__化___率_有关．
1．磁通量的变化率． (1)概念：单位时间内穿过回路的磁通量的变___化__量___ 叫作磁通量的变化率，用ΔΔΦt 表示． (2)意义：用来描述磁通量变化__快__慢__的物理量．
变化率也不一定大，A、B 错．
ΔΦ 磁通量的变化率 表示穿过某一面积的磁通量变化的快
Δt 慢，磁通量变化率越大，磁通量变化得越快，C 正确．磁通量 等于零时，磁通量可能正在变化，此时磁通量的变化率不为零， D 错误(类似运动学中汽车启动瞬间速度为零，但由于瞬间牵引 力作用，瞬间速度变化而产生加速度，速度变化率不为零)．
解析：感应电动势与磁通量变化率有关，与磁通量 大小无关，所以 A 项说法错误；闭合回路中没有感应电 流，所以一定没有感应电动势，B 项说法正确；只要导体 切割磁感线，就会产生感应电动势，所以 C 项说法错误；
Δφ 由法拉第电磁感应定律知 E＝n Δt ，所以不变，E 就不 变，D 项说法正确．因此说法错误的是 A、C 项．

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分析归纳：
从条件上看
从结果上看
相同 磁铁的快慢相同
都产生感应电流 I
不同 磁通量变化量 △Φ不同 感应电流 I 大小不同
感应电动势大小不同
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定性结论：
感应电动势大小与磁通量变化的快慢有关 磁通量变化率
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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成正比 。
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课堂互动讲练
类型一
例1
公式 E＝nΔΔΦt 的理解及应用
一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中， 磁场方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内 由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变 化率是________ Wb/s；线圈中的感应电动势为 ________ V.
复习回顾：
1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
闭合电路中的磁通量发生变化
2、在电磁感应现象中，磁通量的变化的方式有哪些？
ΔΦ = Φ2 - Φ1 = B ΔS ΔΦ = Φ2 - Φ1 = ΔBS ΔΦ = Φ2 - Φ1 = ΔB ΔS
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由于闭合回路中的面积变化引起磁通量变化
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探究项目：影响感应电动势大小的因素
我们怎样能够感知到感应电动势的大小？ 电流表偏转的角度
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探究项目：影响感应电动势大小的因素
等效
电流表指针的偏转角度与感应电动势 的大小有什么关系呢？
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探究项目：影响感应电动势大小的因素
猜 想： 可能与什么因素有关 器 材： 探究过程：