2.2法拉第电磁感应定律【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第2节 法拉第电磁感应定律 高中物理选择性必修二 第2章 电磁感应及其应用 N S S N S N N S 磁极靠近线圈 线圈与磁极间产生斥力 外力克服斥力做功 其它形式能量(机械能)转化为电能 磁极远离线圈 线圈与磁极间产生引力 外力克服引力做功 其它形式能量(机械能)转化为电能 知识回顾 I v F安 ab棒向右切割磁感线运动时,闭合回路产生感应电流,方向从b向a,由左手定则可知棒ab受到磁场向左的安培力,要保持棒ab向右做匀速直线运动,外力必须克服安培力做功。机械能转化为电能。 + - I F外 知识回顾 当棒持续向右运动,电路中就有持续的电流产生。 将其它形式的能量转化为电能的本领,我们称为电动势。 由电磁感应现象而出现的电动势,我们称为感应电动势。 一、感应电动势 由电磁感应现象而出现的电动势,我们称为感应电动势。 能产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 电磁感应现象的发生过程: 可见: 磁通量变化 产生电动势 出现电流 部份导体成为电源 闭合电路 可见: 根本原因 本质 现象 电磁感应现象中,感应电动势更能反映电磁感应现象的本质。 电源即使不接入电路中其电动势依然存在 在电磁感应现象中,感应电动势的产生与电路是否闭合无关。 因此: 即:不论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就产生感应电动势;如果是导线切割磁感线,导线的两端就出现感应电动势。 电动势有大小之分,那么电磁感应现象中感应电动势的大小又与哪些因素有关呢? 感应电动势与磁通量变化的关系 如图2-8,用螺线管与电流计组成闭合回路,将条形磁铁以不同的速度插入或拔出螺线管。观察电流计指针的偏转情况。 现象: 条形磁铁插入或拔出的速度越快时,指针偏转角度越大。 结论: 感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关 二、电磁感应定律 磁通量的变化快慢用单位时间的磁通变化量,即磁通量变化率来表示。 磁通量变化率: 精确实验表明: 回路中感应电动势的大小,跟穿过该回路的磁通量变化率成正比。 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. 法拉第电磁感应定律: 2、数学表达式 为获得更大电动势,常采用n匝线圈,则相当于有n个电源串联,总电动势为: 注意:E是标量,但有方向,与电源内部电流方向一至。 采用国际单位时 适用任何感应现象 单位: 该式求出的是Δt时间内的电动势,所以也称:平均电动势 在一个磁感应强度大小随时间变化的磁场中,垂直于磁场方向放一个面积为0.10㎡的线圈。在0.20s内磁场各点的磁感应强度由0增大到0.30T,求线圈中的平均感应电动势。 解: 开始时的磁通量: Φ1=0 经0.20s后的磁通量: Φ2=BS=0.30×0.10 Wb=3.0×10-2 Wb 过程磁通量变化: ΔΦ=Φ2-Φ1=3.0×10-2 Wb 这段时间内线圈平均电动势的大小: 讨论: 若线圈共有20匝,产生的电动势多大? 磁通量变化的两种形式 1、线圈面积S不变,磁感应强度B变化。 ΔΦ=ΔB·S 称为磁感应强度变化率 2、磁感应强度B不变,线圈面积S变化。 ΔΦ=B·ΔS 例: 如图甲线圈匝数为100匝,横截面积为50cm2,磁场规律如图乙,求0.1s内的感应电动势。 当磁通量变化是由导线切割磁感线引起时 如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中,导轨宽为l,磁感应强度是B,ab以速度v匀速切割磁感线, 则回路在时间Δt内增大的面积为: ΔS=lvΔt 产生的感应电动势为: 穿过回路的磁通量的变化为: ΔΦ=BΔS =BlvΔt (v是相对于磁场的速度,l为切割磁感线的有效长度) 当B、l、v方向互相垂直时, 如图2-14所示,两条相距50 cm的光滑平行金属导轨位于同一水平面内,左端接一阻值为0.5Ω的电阻,一根与轨垂直金属棒ab置于两导轨上。整个装置置于磁感应强度为0.5T的匀强磁场中。线框平面、金属棒速度方向均与磁场方向垂直。假定导体ab以4m/s的速度向做匀速运动。不计金属棒及导轨的电阻,求: 1、金属棒中感应电动势的大小及方向; 2、金属棒受到的安培力的大小及方向。 解: 导体棒ab切割磁感线的有效长度l=50cm=0.5m;磁感应强度B=0.5T,导体切割磁感线的速度v=4m/s. 感应电动势的大小E=Blv=0.5×0.5×4 V=1 V 由右手定则可判断感应电动势的方向:从b向a 1、 2、 金属棒中电流方向由b向a,由左手定则可判断棒受安培力的方向:垂直ab棒向左 闭合回路中的电流: F 安培力: 导体斜切磁感线 (θ为v与B夹角) 说明: 1、导线的长度l应为有效长度 2、导线运动方向和磁感线平行时,E=0 3、速度v为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值) 导体垂直纸面放置,以速度