1、第4节 法拉第电磁感应定律, 学习目标定位 1理解感应电动势的概念 2理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律法拉第电磁感应定律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EBlv或EBlvsin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 5知道反电动势的定义和作用,课前预习 自主学习,基础知识梳理,一、感应电动势 1定义：在 中产生的电动势 2产生条件：穿过回路的 发生改变，与电路是否闭合无关 3方向：感应电动势的方向用 或 判断 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 成正比2公式：E ，其中n为
2、,电磁感应现象,磁通量,楞次定律,右手定则,磁通量的变化率,线圈匝数,三、导线切割磁感线时的电动势 公式：E . 1上式是由法拉第电磁感应定律推导出来的特殊情况，只适用于计算部分导体在匀强磁场中做 磁感线运动时的感应电动势大小 2式中为B和v的方向夹角，l为切割磁感线的 长度 3当B、l、v三者两两垂直时：E .,Blvsin,切割,有效,Blv,四、反电动势 1定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生 电源电动势作用的感应电动势 2作用： 线圈的转动.,削弱,阻碍,知识精讲 易错辨析,教材要点解读,要点一 感应电动势的理解,(2)电路中有感应电动势时，不一定有感应电流如图所示，当磁感应
3、强度变化时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电动势产生，但由于线圈是不闭合的，线圈中无感应电流,(多选)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经表示左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在垂直导轨方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中下列说法中正确的是( ),例 1,A当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点电势，c点电势高于d点电势 B当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点电势，c点与d点为等电势点 C当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点电势，c点电势高于d点电势 D当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点电势，d点电势高于c点电势,【分析】
4、1.金属棒向右匀速运动时，ab中是否有电流产生，电流是变化的还是恒定的？穿过右线圈的磁通量是否变化？ 2金属棒向右加速运动时，ab中产生的电流是否变化？穿过右线圈的磁通量发生怎样的变化？回路中的感应电流方向如何？ 【解析】 当金属棒向右匀速运动时，由右手定则判断电流方向为ab，ab棒相当于电源，根据电流从电源正极流出沿外电路流回负极的特点，可判断b点电势高于a点电势棒匀速切割磁感线，回路中产生的电流大小恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，右线圈与R组成的回路中无感应电流，c、d两点电势相等，故选项B正确,当ab棒向右做加速运动时，由右手定则知电流从ab，ab；根据安培定则可判定右线圈磁感线从
5、下而上穿入，且磁通量逐渐变大，应用楞次定律判断右边的电路电流为逆时针方向，即从dRcd.而在右线圈和R组成的电路中，感应电流仅产生在线圈部分，这个线圈相当于电源，由于电流是从c沿电源内部(右线圈)流向d，所以，d点电势高于c点电势，故D项正确 对于电磁感应中电势高低的判断，关键在于能否用等效的观点分析问题，即寻找等效电源，然后结合电路的知识加以判断 【答案】 BD,【方法总结】 (1)产生电动势的部分电路就是电源 (2)用右手定则或楞次定律判定出这个“电源”的正、负极 (3)运用直流电路知识判定各点电势的高低,关于感应电动势大小的正确表述是( ) A穿过某导体框的磁通量为零时，该线框中的感应电
6、动势一定为零 B穿过某导体框的磁通量越大，该线框中的感应电动势就一定越大 C穿过某导体框的磁通量变化量越大，该线框中的感应电动势就一定越大 D穿过某导体框的磁通量变化率越大，该线框中的感应电动势就一定越大,变式训练 1-1,解析：根据法拉第电磁感应定律得知，感应电动势大小与穿过导体框磁通量的变化率成正比，与磁通量或是磁通量的变化量无关，B、C选项错误，D选项正确；穿过某导体框的磁通量为零时，该线框中的感应电动势不一定为零，A选项错误 答案：D,要点二 法拉第电磁感应定律,(1)公式中各量的单位要用国际制单位； (2)公式中，/t均取绝对值，该公式只要求出大小就可以，不考虑正负,一个匝数为200
7、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？,例 2,【答案】 4104 Wb 8103 Wb/s 1.6 V,(多选) (2017济宁质检)如图所示，用均匀导线做成边长为0.2 m的正方形线框，线框的一半处于垂直线框向里的有界匀强磁场中当磁场以20 T/s的变化率增强时，a、b两点间电势差的大小为U，则( )Aab，U0.2 V Bab，U0.2 V Cab，U0.4 V Dab，U0.4 V,变式训练 2-1,答案：A,要
8、点三 导线切割磁感线时的电动势,情景2：若导体运动方向跟导体本身垂直，但跟磁感线方向有一夹角，导体棒中感应电动势的大小又是多大？ 推导过程：分解v，平行B的速度分量v2vcos，没有切割，无感应电动势；垂直B的速度分量v1vsin，切割产生感应电动势EBlvsin. 结论：导体切割磁感线时，产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度l、运动速度v以及运动方向和磁感应强度方向的夹角的正弦sin成正比,2公式 EBlvsin 为速度方向和磁感应强度方向的夹角 (1)当导体运动方向与磁场方向平行时，即0时，E0，不产生感应电动势 (2)当导体运动方向与磁场方向垂直时，即90时，EBlv. 3对
9、EBlvsin的理解 (1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势，若v为平均速度，则E为平均电动势,(2)当B、l、v三个量方向相互垂直时，EBlv；当有任意两个量的方向平行时，E0. (3)式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度 如图所示，导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长,如图所示，导体棒ab长L，沿倾角为的斜导轨以速度v下滑，匀强磁场的磁感应强度为B.求：(1)若磁感应强度B的方向垂直于斜导轨向上，导体棒ab中产生的感应电动势为多大？ (2)若磁感应强度B的方向竖直向上，导体棒ab中产生的感应电动势为多大？,
10、例 3,【分析】 (1)第一种情况下B、L、v三者两两垂直，直接应用EBLv求解 (2)第二种情况下注意题目所给是导轨的倾角，而非v与B之间的夹角，要注意进行转换 【解析】 将题给的立体图改画成平面图如图所示,(1)当磁感应强度B的方向垂直于斜轨时，导体棒ab的速度方向与B是垂直的，即v与B的夹角90.则可将感应电动势直接写为E1BLv. (2)当磁感应强度B竖直向上时，此时v与B的夹角90，我们可直接套用公式写出此时的感应电动势 E2BLvsin(90)BLvcos， 也可从基本原理出发，将棒的速度v分解为垂直于B和平行于B的两个分量，只有垂直于B的速度分量vvcos才对产生感应电动势有贡献
11、，所以感应电动势E2BLvBLvcos. 【答案】 (1)BLv (2)BLvcos,【方法总结】 (1)导体不是垂直切割磁感线(即v与B有一夹角)时，可将导体的速度沿垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解，其中平行于磁感线的分速度不产生感应电动势，只有垂直于磁感线的分量产生感应电动势 (2)公式EBlvsin中的是v与B之间的夹角，当90时EBlv，因此导体垂直切割磁感线可以看成是导体不垂直切割磁感线的一种特例,如图所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计，已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成角，单位长度的电阻
12、为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)则( ),变式训练 3-1,答案：B,要点四 电磁感应与电路综合问题的处理方法,(1)易错点一：不能正确分析感应电动势与感应电流方向的关系及内、外电路中电势的高低关系在电磁感应现象中，电源内部的电流方向即为感应电动势的方向，内电路中电流由低电势流向高电势，而外电路中电流从高电势流向低电势 (2)易错点二：应用欧姆定律分析求解电路时，忘记了等效电源内阻对电路的影响 (3)易错点三：对连接在电路中电表的测量不能正确地分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，它所测量的是路端电压，而不是等效电源的电动势也不是电源内阻两端的
13、电压，即UE，UIr，UIREIr，R为外电路总电阻，r为等效电源的内阻,(2017成都市龙泉驿区月考)如图所示，匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直已知线圈的匝数n100，边长ab1.0 m、bc0.5 m，电阻r2 ，磁感应强度B在01 s内从零均匀变化到0.2 T在15 s内从0.2 T均匀变化到0.2 T，取垂直纸面向里为磁场的正方向求：(1)01 s内线圈中感应电动势的大小和感应电流的方向； (2)在15 s内通过线圈的电荷量,例 4,【答案】 (1)10 V adcba (2)10 C,(多选)如图1所示，螺线管匝数n1 000匝，横截面积S10 cm2，螺线管导
14、线电阻r1 ，电阻R4 ，磁感应强度B的Bt图象如图2所示(以向右为正方向)，下列说法正确的是( )A通过电阻R的电流是交变电流 B感应电流的大小保持不变 C电阻R两端的电压为6 V DC点的电势为4.8 V,变式训练 4-1,磁感应强度的变化周期T2 s，一个周期内，电流方向发生变化，通过电阻R的电流是交变电流，大小保持不变，故A、B选项正确；根据欧姆定律可知，电阻R两端的电压URIR4.8 V，故C选项错误；A点接地，电势为零，当电流方向由C到A时，CUR4.8 V，当电流方向由A到C时，CUR4.8 V，故D选项错误 答案：AB,知识反馈 自查自评,课堂巩固训练,1.(2017德州陵城区
15、月考)关于电路中感应电动势的大小，下列说法中正确的是( ) A穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大 B电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大 C电路中磁通量变化越快，感应电动势越大 D若电路中某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零,解析：根据法拉第电磁感应定律可知，电路中的感应电动势与磁通量的变化率成正比，即磁通量变化越快，感应电动势越大，A、B选项错误，C选项正确；若电路中某时刻磁通量为零，该时刻感应电动势不一定为零，感应电流不一定为零，D选项错误 答案：C,解析：公式EBlv中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效长度均为l，电动势EBlv，而丙有效长度为lsin，电动势
16、EBlvsin，故B选项正确 答案：B,3关于反电动势，下列说法中正确的是( ) A只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势 B只要穿过线圈的磁通量变化，就产生反电动势 C电动机在转动时线圈内产生反电动势 D反电动势就是发电机产生的电动势 解析：反电动势是与电源电动势相反的电动势，其作用是削弱电源的电动势产生反电动势的前提是必须有电源存在，故正确答案为C. 答案：C,4(2017汕头二模)韦伯和纽曼总结、提出了电磁感应定律，如图是关于该定律的实验，P是由闭合线圈组成的螺线管，把磁铁从P正上方，距P上端h处由静止释放，磁铁竖直穿过P后落在海绵垫上并停下若仅增大h，重复原来的操作，磁铁穿过P的过程与原
17、来相比，下列说法正确的是( ) A穿过线圈的磁通量将增大 B线圈中产生的感应电动势将增大 C通过线圈导线截面的电量将增大 D线圈对磁铁的阻碍作用将变小,答案：B,5水平桌面上放着一个单匝矩形线圈，线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁体，如图所示，此线圈内的磁通量为0.02 Wb.把条形磁体竖放在线圈内的桌面上时，线圈内磁通量为0.12 Wb.求：(1)把条形磁体从图中位置在0.2 s内下落到线圈内的桌面上，在这个过程中线圈中产生的感应电动势； (2)换用100匝的矩形线圈，线圈面积和原单匝线圈相同，把条形磁体从图中位置在0.1 s内落到线圈内的桌面上，在这个过程中线圈中产生的感应电动势,答案：(1)0.5 V (2)100 V,
