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(共34張PPT)
法拉第電磁感應(yīng)定律
K
電磁感應(yīng)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)回顧
N
S
①
②
N
S
N
S
Ф
△Ф

磁通量Ф 磁通量變化△Ф 磁通量變化率與電磁感應(yīng)的關(guān)系

物理意義
與電磁感應(yīng)的關(guān)系
磁通量Ф
穿過回路的磁感線的條數(shù)
無關(guān)
磁通量變化△Ф
穿過回路的磁通量的變化量
感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的條件
磁通量變化率
穿過回路的磁通量的變化快慢

決定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小
一、感應(yīng)電動(dòng)勢
（E）
法拉第電磁感應(yīng)定律
——感應(yīng)電動(dòng)勢的大小
1.定義:
在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢。
2．磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大。
磁通量變化
磁通量變化快慢
磁通量
一、感應(yīng)電動(dòng)勢
（E）
法拉第電磁感應(yīng)定律
——感應(yīng)電動(dòng)勢的大小
1.定義:
在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢。
2．磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大。
電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。
二、法拉第電磁感應(yīng)定律
1.內(nèi)容:
(K是一個(gè)常數(shù))
(n為線圈的匝數(shù))
一、感應(yīng)電動(dòng)勢
（E）
法拉第電磁感應(yīng)定律
——感應(yīng)電動(dòng)勢的大小
電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。
二、法拉第電磁感應(yīng)定律
1.內(nèi)容:
(n為線圈的匝數(shù))
2.數(shù)學(xué)表達(dá)式:
平均磁通變化率
平均感應(yīng)電動(dòng)勢
例：如圖所示，一個(gè)50匝的線圈的兩端跟R＝99Ω的電阻相連接，置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，線圈的橫截面積是20㎝2，電阻為1Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度以100T／s的變化率均勻減少。在這一過程中通過電阻R的電流為多大？線圈某一橫截面內(nèi)通過的電荷量是多少？
解析：
鞏固練習(xí)：
√
1．穿過一個(gè)單匝線圈的磁通量始終為每秒鐘均勻地增加2 Wb，則：
A．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢每秒鐘增加2 V
B．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢每秒鐘減少2 V
C．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢始終是2 V
D．線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢
三、重要的推論
如圖所示閉合線圈一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，ab以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。
回路在時(shí)間t內(nèi)增大的面積為：
ΔS=LvΔt
解：
產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：
穿過回路的磁通量的變化為：
ΔΦ=BΔS
=BLvΔt
G
v
θ
B
V2
V1
=Vsinθ
若導(dǎo)體斜切磁感線
當(dāng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直時(shí)，可將B分解為平行于速度分量B||（對感應(yīng)電動(dòng)勢無貢獻(xiàn)），垂直于速度分量B ，則感應(yīng)電動(dòng)勢：
I
B||
B
B
v
為B、v之間的夾角
感應(yīng)電動(dòng)勢
L
v
B
公式BLv中的L指的是切割磁感線的有效長度。在上圖中E=BLv，L是圓弧切割磁感線的有效長度。
例題1
如圖，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒ab的長度為L,以速度v在導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng)。求此時(shí)a、b兩點(diǎn)間的電勢差。已知導(dǎo)軌的總電阻為R,導(dǎo)體棒ab的電阻為r。
a
b
v
R
在上題中，導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量為m。若開始導(dǎo)體棒ab在導(dǎo)軌上靜止，用一水平向右的恒力F拉導(dǎo)體棒，使它向右運(yùn)動(dòng)，試分析導(dǎo)體棒的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況。求出導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的最大速度。
a
b
F
V
例題2
a
b
F
運(yùn)動(dòng)分析：
F
F安
水平方向受力分析：
F合=F－ F安
v
I
F合
a
a=0
N
Y
Vm
當(dāng)F=F安時(shí)，a=0, 此時(shí)導(dǎo)體棒最大速度為:
B
G
F安
N
當(dāng)mgsinθ =F安時(shí)，a=0,此時(shí)導(dǎo)體棒最大速度為:
拓展
如圖所示，長為 的金屬桿OA繞過O點(diǎn)垂直于紙面的固定軸沿順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。一勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場范圍足夠大。求OA桿產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的大小。
解析：
由于OA桿是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是恒定的，其平均值與瞬時(shí)值相同，求感應(yīng)電動(dòng)勢的兩個(gè)公式均可以用。
O
例題3
ω
A
B
C
R
O
例4：如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有半徑為r的光滑半圓形導(dǎo)體框架。OC
為一端繞O點(diǎn)在框架上滑動(dòng)的導(dǎo)體棒，OA之
間連一個(gè)阻值為R的電阻（其余電阻都不計(jì)），
若使OC以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試求：
（1）圖中哪部分相當(dāng)于電源？
（2）感應(yīng)電動(dòng)勢E為多少？
（3）流過電阻R的電流I為多少？
如圖所示，邊長為a的正方形金屬線圈繞通過OO′軸，以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求下列情況的平均感應(yīng)電動(dòng)勢
1）線框從圖示位置轉(zhuǎn)過900
2）線框從圖示位置轉(zhuǎn)過1800
3）線框從圖示位置轉(zhuǎn)過300
【例題5】線框在磁場中的轉(zhuǎn)動(dòng)
o
O’
四.反電動(dòng)勢
1.既然線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。感應(yīng)電動(dòng)勢加強(qiáng)了電源了產(chǎn)生的電流,還是削弱了它？是有得于線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),還是阻礙了線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)？
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是時(shí),線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢
總要削弱電源電動(dòng)勢的作用,阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng).
──反電動(dòng)勢
2.電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械故障停轉(zhuǎn),要立即切斷電源。
2．一個(gè)矩形線圈，在勻強(qiáng)磁場中繞一個(gè)固定軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈處于如圖所示位置時(shí)，它的： A.磁通量最大,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢最大
B.磁通量最小,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢最大
C.磁通量最大,磁通量變化率最小,感應(yīng)電動(dòng)勢最大
D.磁通量最小,磁通量變化率最小,感應(yīng)電動(dòng)勢最大
√
如圖所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為r的圓導(dǎo)線處在垂直于圓平面的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖。一根長度大于2r的直導(dǎo)線MN，以速率V在圓上自左端勻速滑到右端，電路中定值電阻為R，其余電阻忽略不計(jì)。在滑動(dòng)過程中，通過電阻R的電流的平均值為__________;當(dāng)MN從圓環(huán)左端滑到右端的過程中，通過R的電荷量為_________,當(dāng)MN通過圓環(huán)中心O時(shí)，通過R的電流為_________.
(πBrv/2R, πBr2/R,2Brv/R)
應(yīng)用舉例
例1、如圖所示為穿過某線路的磁通量Φ隨
時(shí)間t變化的關(guān)系圖，試根據(jù)圖說明：
（1）穿過某線路的磁通量Φ何時(shí)最大？
何時(shí)最小？
（2）Δφ/Δt何時(shí)最大？何時(shí)最小？
（3）感應(yīng)電動(dòng)勢E何時(shí)最大？何時(shí)最小？
Φ
t
O
t1
t2
t3
t4
注意區(qū)分幾個(gè)物理量：
①Φ、Δφ、Δφ/Δt
②E只與Δφ/Δt有關(guān)，
而與Φ、Δφ無關(guān)。
思考與討論：
如圖所示，長度都是L、質(zhì)量都為m的兩金屬桿ab、cd放在水平
放置的足夠長的金屬導(dǎo)軌MN、EF上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁
場強(qiáng)度豎直向上，若ab以速度v向右運(yùn)動(dòng)，試回答下列問題：
（不計(jì)一切摩擦且導(dǎo)軌足夠長）
（1）cd桿將向哪兒動(dòng)？
（2）兩金屬桿各做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？
（3）從開始運(yùn)動(dòng)直到最后，在金屬框架上消耗掉的能量有多少
a
b
d
c
N
F
E
M
B
如圖，質(zhì)量為m,電阻為R,邊長為l的正方形線圈從一勻強(qiáng)場區(qū)域上方高h(yuǎn)處自由下落。設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖，試分析：在線圈下邊剛進(jìn)入磁場到上邊尚未進(jìn)入磁場的過程中，線圈有可能做什么運(yùn)動(dòng)，并討論其條件。
h
l
B
例題5
下落h高度，線框速度為：
若此時(shí)線框恰勻速進(jìn)入磁場，應(yīng)滿足：F安=mg
而F安
線框下落的高度應(yīng)為：
h0
l
B
v
F安
mg
h0
l
B
v
F安
mg
線框作減速運(yùn)動(dòng)，且加速度不斷減小
h0
l
B
v
F安
mg
線框作加速運(yùn)動(dòng)，且加速度不斷減小
討論
v
t
(1)
(2)
(3)
0
引起磁通量變化的原因
1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) , 或者回路面積
變化、取向變化等 動(dòng)生電動(dòng)勢
2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場變化 感生電動(dòng)勢
電動(dòng)勢
+
-
I
: 非靜電的電場強(qiáng)度
動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢
+ + + + + + +
+ + + + + + +
+ + + + + + +
+ + + + + + +
+ + + + + + +
O
P
一 動(dòng)生電動(dòng)勢
動(dòng)生電動(dòng)勢的非靜電力場來源 洛倫茲力
-
- -
++
感應(yīng)電動(dòng)勢
磁通量 m變
動(dòng)生電動(dòng)勢
磁場不變，回路面積 S 變
感生電動(dòng)勢
回路不動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變
在磁場中，導(dǎo)體棒AB以 v 沿金屬導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體切割磁力線,回路面積發(fā)生變化，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢。
自由電子所受的洛侖茲力
產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢的實(shí)質(zhì)是由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中的電荷在磁場中受洛侖茲力 fL 的結(jié)果。
一、動(dòng)生電動(dòng)勢的起因
電子感應(yīng)加速器：在渦旋電場作用下，
電子可以被加速到 10 —100 MeV。
鐵
芯
線圈
電
束
子
環(huán)形
真空室
B
磁場
基本原理
　　應(yīng)用感生電場加速電子的電子感應(yīng)加速器( betatron ) ，是感生電場存在的最重要的例證之一。
　 實(shí)驗(yàn)裝置及原理：
在電磁鐵的兩極之間安置一個(gè)環(huán)形真空室，當(dāng)用交變電流勵(lì)磁電磁鐵時(shí)，在環(huán)形室內(nèi)就會(huì)感生出很強(qiáng)的、同心環(huán)狀的有旋電場。用電子槍將電子注入環(huán)形室，電子在有旋電場的作用下被加速，并在洛侖茲力的作用下，沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)。
　 直流電激勵(lì)電磁鐵：
此時(shí)環(huán)行真空室中只有恒定的磁場，電子在室內(nèi)只做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
交流電激勵(lì)電磁鐵：
當(dāng)激勵(lì)電流增加時(shí)，真空室中既有磁場又有有旋電場，電子在其中得到加速。磁場變化越快，電子的加速越明顯。

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