法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 第一章：电磁感应第一章：电磁感应第一章：电磁感应第一章：电磁感应法拉第，英国物理学家、化学家。法拉第，英国物理学家、化学家。 对电磁学进行了比较系统的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，实验研究，发现了电磁感应现象，总结出电磁感应定律；发明了第一总结出电磁感应定律；发明了第一台电动机和发电机；提出了电场、台电动机和发电机；提出了电场、磁场等重要概念。磁场等重要概念。 法拉第法拉第1在电磁感应现象中，产生感应电流的条件在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？是什么？2在恒定电流中学过，电路中存在持续电流在恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？的条件是什么？温故知新温故知新NS甲甲乙乙产生电动势的那部分导体相当于电源产生电动势的那部分导体相当于电源 既然闭合电路中既然闭合电路中有感应电流有感应电流，这，这个电路中就个电路中就一定有电动势一定有电动势。3.3.试从本质上比较甲、乙两电路的异同试从本质上比较甲、乙两电路的异同1 1、定义：、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫在电磁感应现象中产生的电动势叫感感应电动势（应电动势（E E）. .产生感应电动势的那部分导体产生感应电动势的那部分导体相相当于当于电源电源. . 一、感应电动势一、感应电动势2、产生条件：、产生条件：只要只要穿过电路的穿过电路的磁通量发生变化磁通量发生变化，电路中电路中就就产生感应电动势。产生感应电动势。3、方向判断：、方向判断：在内电路中，由电源的在内电路中，由电源的负极负极指向指向正极正极，跟内电路的电流方向一致。，跟内电路的电流方向一致。磁通量变化是电磁感应的根本原因磁通量变化是电磁感应的根本原因; ;产生感应电动势是电磁感应现象的本质产生感应电动势是电磁感应现象的本质. .探究实验：影响感应电动势大小的因素？探究实验：影响感应电动势大小的因素？实验：实验：将条形磁铁如图所示插入线圈中，电流表将条形磁铁如图所示插入线圈中，电流表指针发生偏转。指针发生偏转。问题问题1：电流表指针偏转原因是什么？电：电流表指针偏转原因是什么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？什么关系？ 问题问题2：将条形磁铁从同一高度，插入线圈：将条形磁铁从同一高度，插入线圈中，快插入和慢插入由什么相同和不同？中，快插入和慢插入由什么相同和不同？磁通量变化的快慢不同磁通量变化的快慢不同 磁通量的变化相同磁通量的变化相同都产生了都产生了E(I)产生的产生的E(I)大小不等大小不等从条件上看从条件上看从结果上看从结果上看不同不同相同相同小结：小结：感应电动势的大小可能与磁通量变化的快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。慢有关，磁通量变化得快，感应电动势就大。说明：说明：磁通量的变化快慢用磁通量的变化率磁通量的变化快慢用磁通量的变化率来描述，即可表示为来描述，即可表示为越大，感应电流越大，感应电流I I越大，感应电动势越大，感应电动势E E越大越大。 实验结论实验结论 进一步猜想进一步猜想：感应电动势的大小很可能与磁通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。量的变化率有关，并且成正比。二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比磁通量的变化率成正比定律内容取适当单位取适当单位则则k=1线圈由线圈由1匝匝 n 1 1、内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿、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。过这一电路的磁通量的变化率成正比。二、法拉第电磁感应定律：二、法拉第电磁感应定律：2 2、数学表达式、数学表达式（注意单位）（注意单位） 若有若有n n匝线圈，则相当于有匝线圈，则相当于有n n个电源串联，个电源串联，总电动势为：总电动势为：注意：公式中注意：公式中应取绝对值，不涉及正负，感应应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。电流的方向另行判断。物理意义物理意义与电磁感应关系与电磁感应关系磁通量磁通量穿过回路的磁感穿过回路的磁感线的条数线的条数多少多少无直接关系无直接关系磁通量变化磁通量变化穿过回路的磁通穿过回路的磁通量量变化变化了多少了多少磁通量变化率磁通量变化率/t/t穿过回路的穿过回路的磁通磁通量量变化的快慢变化的快慢决定决定感应电动感应电动势的势的大小大小3、理解、理解:、/t的意义的意义弄清：弄清：1 1、磁通量大，电动势一定大吗？、磁通量大，电动势一定大吗？ 2、磁通量变化大，电动势一定大吗？、磁通量变化大，电动势一定大吗？产生产生感应电动感应电动势的势的条件条件a.a.磁感应强度磁感应强度B B不变不变, ,垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S S发发生变化。此时：生变化。此时：b.b.垂直于磁场的回路面积垂直于磁场的回路面积S S不变不变, ,磁感应强度磁感应强度B B发发生变化。此时：生变化。此时：2 2、用公式用公式 求求E E的二种常见情况：的二种常见情况：（动生电动势）（动生电动势）（感生电动势）（感生电动势）1 1、有一个、有一个5050匝的线圈，如果穿过它的磁通量的匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为变化率为0.5Wb/s0.5Wb/s，求感应电动势。，求感应电动势。 2 2、一个、一个100100匝的线圈，在匝的线圈，在0. 5s0. 5s内穿过它的磁内穿过它的磁通量从通量从0.01Wb0.01Wb增加到增加到0.09Wb0.09Wb。求线圈中的感应。求线圈中的感应电动势。电动势。3 3、一个匝数为、一个匝数为100100、面积为、面积为10cm10cm2 2的线圈垂直磁的线圈垂直磁场放置，在场放置，在0. 5s0. 5s内穿过它的磁场从内穿过它的磁场从1T1T增加到增加到9T9T。求线圈中的感应电动势。求线圈中的感应电动势。25V16V1.6V练习题练习题例例1 1、匝数为、匝数为n n200200的线圈回路总电阻的线圈回路总电阻R R5050，整个，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁通量量随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应随时间变化的规律如图所示，求：线圈中的感应电流的大小。电流的大小。 巩固练习巩固练习例例2 2、有一面积为、有一面积为S S100cm100cm2 2的金属环，电阻为的金属环，电阻为R R0.10.1，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在直环面向里，则在t t1 1t t2 2时间内通过金属环某一截时间内通过金属环某一截面的电荷量为多少？面的电荷量为多少？ G Ga ab bv v三、导体切割磁感线时的感应电动势三、导体切割磁感线时的感应电动势三、导体切割磁感线时的感应电动势三、导体切割磁感线时的感应电动势 导体导体abab处于匀强磁场中，磁感应强处于匀强磁场中，磁感应强度是度是B B，长为，长为L L的导体棒的导体棒abab以速度以速度v v匀速匀速切割磁感线，求产生的感应电动势切割磁感线，求产生的感应电动势a ab b分析：回路在时间分析：回路在时间tt内增大的面积为：内增大的面积为：S=LvtS=Lvt产生的感应电动势为：产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：穿过回路的磁通量的变化为：=BS=BS=BLvt=BLvtV V是相对于磁场的速度是相对于磁场的速度平均值或瞬时值平均值或瞬时值L L应为有效长度应为有效长度v vB BV V1 1=Vsin=Vsin V V2 2=Vcos=Vcos 若导体斜切磁感线若导体斜切磁感线（为为v v与与B B夹角）夹角） （若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）说明：说明：1 1、导线的长度、导线的长度L L应为应为有效长度有效长度2 2、导线运动方向和磁感线平行时，、导线运动方向和磁感线平行时，E=0E=03 3、速度、速度V V为平均值（瞬时值），为平均值（瞬时值），E E就为平均值就为平均值（瞬时值）（瞬时值）练习练习1 1：如图，匀强磁场的磁感应电动势为：如图，匀强磁场的磁感应电动势为B B，长为，长为L L的的金属棒金属棒abab在垂直于在垂直于B B的平面内运动，速度的平面内运动，速度v v与与L L成成角，角，求金属棒求金属棒abab产生的感应电动势？产生的感应电动势？abvE=BLVsinE=BLVsin练习练习2 2：半径为：半径为R R的半圆形导线在匀强磁场的半圆形导线在匀强磁场B B中，以速度中，以速度V V向右匀速运动时，向右匀速运动时，E=E=？E = BLVE = BLVL L 四、对比两个公式四、对比两个公式四、对比两个公式四、对比两个公式求平均感应电动势求平均感应电动势 t近于近于0时，时，E为瞬时感应电动势为瞬时感应电动势求平均感应电动势求平均感应电动势,v是平均速度是平均速度求瞬时感应电动势，求瞬时感应电动势，v是瞬时速度是瞬时速度问题：问题：公式公式 与公式与公式 的区别和联系？的区别和联系？ 1 1、一般来说，、一般来说， 求出的是平均感应电动势，求出的是平均感应电动势，E E和某段时间或者某个过程对应，而和某段时间或者某个过程对应，而求出的是求出的是瞬时感应电动势，瞬时感应电动势，E E和某个时刻或者某个位置对和某个时刻或者某个位置对应。应。 2 2、求出的是整个回路的感应求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。回路中感应电动势为零的电动势。回路中感应电动势为零时，但是回路中某段导体的感应电时，但是回路中某段导体的感应电动势不一定为零。如右图。动势不一定为零。如右图。vabcdLL区别：区别： 例例3 3：如图，水平面上有两根相距：如图，水平面上有两根相距0.5m0.5m的足够长的平的足够长的平行金属导轨行金属导轨MNMN和和PQPQ，它们的电阻可忽略不计，在，它们的电阻可忽略不计，在M M和和 P P之间接有阻值为之间接有阻值为R R 3.03.0的定值电阻，导体棒的定值电阻，导体棒abab长长0.5m0.5m，其电阻为，其电阻为r r 1.01.0 ，与导轨接触良好，与导轨接触良好. .整个装整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，置处于方向竖直向上的匀强磁场中，B B0.4T0.4T。现使。现使abab以以v v10m10ms s的速度向右做匀速运动。的速度向右做匀速运动。（1 1）a ba b中的电流大中的电流大? a b? a b两点间的电压多大？两点间的电压多大？（2 2）维持）维持a ba b做匀速运动的外力多大？做匀速运动的外力多大？（3 3）a ba b向右运动向右运动1m1m的过程中，外力做的功是多少？电路的过程中，外力做的功是多少？电路中产生的热量是多少？中产生的热量是多少？ RBrPMNaQbv（1） 0.5A 2V（2）0.1N（3）0.1J 0.1J 如果所示，通电线圈在磁场中受力转动，线圈中如果所示，通电线圈在磁场中受力转动，线圈中就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源产生就会产生感应电动势。感应电动势加强了电源产生的电流，还是削弱了它？是有利于线圈的转动，还的电流，还是削弱了它？是有利于线圈的转动，还是阻碍了线圈的转动？是阻碍了线圈的转动？思考与讨论思考与讨论三、反电动势三、反电动势E FS N 电机转动电机转动1 1、法拉第电磁感应定律：、法拉第电磁感应定律：、法拉第电磁感应定律：、法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿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。过这一电路的磁通量的变化率成正比。 课堂小结课堂小结当有当有N N匝线圈时匝线圈时当单匝线圈时当单匝线圈时2 2 2 2、理解、理解、理解、理解:、/t/t的意义的意义3 3、用公式用公式 求求E E的二种常见情况：的二种常见情况：4 4、反电动势反电动势