高中物理法拉第电磁感应定律.doc

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第三节法拉第电磁感应定律

一、法拉第电磁感应定律

1．感应电动势：

（1）定义：

由________产生的电动势叫感应电动势。

（2）产生条件：

不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量________，电路中就会产生感应电动势。

（3）产生感应电动势的那部分导体相当于_______，闭合导体回路的其他部分相当于_______。

若导体回路不闭合则相当于电源____接入电路的情形。

产生感应电动势的导体相当于电源的情况有以下三种：

①如图甲所示，当向右把线框ABCD的AB边从磁场中拉出来的过程中，____边做切割磁感线运动，则____边相当于电源。

②如图乙所示，当开关S闭合或断开的瞬间，螺线管B中的磁通量发生变化，而使螺线管B及与螺线管B相连的整个闭合回路中有感应电流，则________相当于电源。

③如图丙所示，当条形磁铁插入水平圆形线圈a的过程中，线圈a的各部分都在切割磁感线运动（或穿过线圈a的磁通量发生变化），则______整体相当于电源。

2．感应电动势的大小——法拉第电磁感应定律

（1）定律内容：

电路中感应电动势的大小，跟穿过这个电路的_____________成正比。

用公式可以表示为E＝n，在国际单位制中，若E的单位为V，的单位为Wb，的单位为s。

（2）表达式：

若穿过线圈的磁通量发生变化，且线圈匝数为n，则感应电动势的表达式为：

_____。

（3）对法拉第电磁感应定律的理解：

①感应电动势E的大小取决于穿过电路的磁通量的_____，而与、的大小____必然联系。

②磁通量变化的三种方式：

一是B不变，垂直于回路的S发生变化：

，此时E＝__________；

二是垂直于回路的面积S不变，B变化，此时E＝_________，其中叫做磁感应强度的_______，等于图像上某点切线的______；

三是B、S都不变，而线圈绕过线圈平面的某一轴转动，此时E＝________。

③公式中，若取一段时间，则E为这段时间内的________；若趋于0，则E为_________，此式多用于求感应电动势的______值。

二、感生电动势和动生电动势

1、感应电场与感生电动势

由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。

感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。

由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。

表达式：

2、洛伦兹力与动生电动势

动生电动势：

磁场不变，由导体运动引起磁通量的变化而产生的感应电动势

思考与讨论

3、转动产生的感应电动势

例1、下列说法正确的是（）

A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势越大

B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势越大

C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势越大

D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势越大

变式1、穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀地减少2Wb，则（）

A．线圈中感应电动势每秒增加2VB．线圈中感应电动势每秒减少2V

C．线圈中无感应电动势D．线圈中感应电动势大小不变

例2、如图甲所示，一个500匝的线圈的两端跟的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是，电阻为，磁场的磁感应强度随时间变化的图像如图乙所示，求磁场变化过程中通过电阻R的电流。

变式2、横截面积S=0.2m2、n=100匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内，磁感应强度变化率为0.02T/s.开始时S未闭合，R1=4Ω，R2=6Ω，C=30μF，线圈内阻不计，求：

（1）闭合S后，通过R2的电流的大小；

（2）闭合S后一段时间又断开，问S断开后通过R2的电荷量是多少?

二、导线切割磁感线时的感应电动势

例3、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？

变式3、如图所示，在磁感应强度为O.2T的匀强磁场中，有一根长为O.5m的导体棒AB在金属框架上以10m／s的速度向右滑动，R1=R2=20Ω，其他电阻不计，求流过AB的电流大小及方向。

课堂针对练习：

1、下列说法正确的是（　　）

A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

C．线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大

D．线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大

2、如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面向里，MN线与线框的边成45°角，E、F分别是PS和PQ的中点．关于线框中的感应电流，正确的说法是（　　）

A．当E点经过边界MN时，线框中感应电流最大

B．当P点经过边界MN时，线框中感应电流最大

C．当F点经过边界MN时，线框中感应电流最大

D．当Q点经过边界MN时，线框中感应电流最大

3、如图所示，圆环a和圆环b半径之比为2∶1，两环用同样粗细的、同种材料的导线连成闭合回路，连接两圆环电阻不计，匀强磁场的磁感强度变化率恒定，则在a环单独置于磁场中和b环单独置于磁场中两种情况下，M、N两点的电势差之比为（）

A．4∶1

B．1∶4

C．2∶1

D．1∶2

4、如图所示，金属三角形导轨COD上放有一根金属棒MN.拉动MN，使它以速度v向右匀速运动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同，那么在MN运动的过程中，闭合回路的（　　）

A．感应电动势保持不变

B．感应电流保持不变

C．感应电动势逐渐增大

D．感应电流逐渐增大

5、如图所示的螺线管的匝数n=1500，横截面积S=20cm2，电阻r=1.5Ω，与螺线管串联的外电阻R1=10Ω，R2=3.5Ω。

若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图（b）所示的规律变化，求：

（1）螺线管两端M、N间的电压，并判断两点间的电势高低；

（2）R1上消耗的电功率。

6、如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l＝0.50m，左端接一电阻R＝0.20Ω，磁感应强度B＝0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：

（1）ab棒中感应电动势的大小；

（2）回路中感应电流的大小；

（3）维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．

课后巩固练习：

1．关于感应电动势的说法中正确的是（）

A．跟穿过电路的磁通量成正比B．跟穿过电路的磁通量变化量成正比

C．跟穿过电路的磁通量变化率成正比D．跟穿过这一电路的磁感应强度成正比

2．关于感应电流和感应电动势的关系，下列叙述中正确的是（　　）

A．电路中有感应电流，不一定有感应电动势

B．电路中有感应电动势，不一定有感应电流

C．两个不同电路中，感应电动势大的其感应电流也大

D．两个不同电路中，感应电流大的其感应电动势也大

3．一个面积S＝4×10－2m2、匝数n＝100匝的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是（　　）

A．在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化率等于－0.08Wb/s

B．在开始的2s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零

C．在开始的2s内线圈中产生的感应电动势等于－0.08V

D．在第3s末线圈中的感应电动势等于零

4．一闭合线圈，放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直，若想使线圈中感应电流增强一倍，下述哪些方法是可行的（　　）

A．使线圈匝数增加一倍B．使线圈面积增加一倍

C．使线圈匝数减少一半D．使磁感应强度的变化率增大一倍

5、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棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将（）

A.越来越大

B.越来越小

C.保持不变

D.无法确定

6.如图，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界的匀强磁场区域，v2=2v1，在先后两种情况下（）

A.线圈中的感应电流之比I1：

I2=2：

l

B.作用在线圈上的外力大小之比F1：

F2=1：

2

C.线圈中产生的焦耳热之比Q1：

Q2=1：

4

D.通过线圈某截面的电荷量之比q1：

q2=1：

2

7、如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，求：

（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；

（2）a、b两点间电压Uab

8、如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，并且以△B/△t=0.1T/S在变化.水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4Ω，图中的L=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物。