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物理4 法拉第电磁感应定律教学课件ppt
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这是一份物理4 法拉第电磁感应定律教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了电磁感应现象，闭合电路欧姆，导体运动，感生电场，变化率，Blv，Blvsinθ，感应电动势，水的旋涡，安培力等内容，欢迎下载使用。
3．感生电场与感生电动势、动生电动势(1)感生电场：磁场变化时在周围空间激发出的 ．(2)感生电动势：由 产生的感应电动势叫做感 生电动势．(3)动生电动势：由于 而产生的感应电动势叫做 动生电动势．
(1)感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二者 产生机理有所不同．(2)在实际的感应电动势中，可能既有感生电动势，同时 也有动生电动势．
三、互感、自感和涡流1．互感现象两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的 会在另一个线圈中产生 的现象．互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈，变压器就是利用 现象制成的．2．自感现象 由于线圈本身的 发生变化而在它本身激发出感应电动 势的现象．
10－3 10－6
5．电磁阻尼当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体的运动的现象．6．电磁驱动如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用， 使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动．交流电动机就是利用 的原理制成的．
自感作用延缓了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含电感的电路相当于断路；断电时电感线圈相当于一个电源，通过放电回路将储存的能量释放出来．
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．线圈中的磁通量越大，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．下列做法中可能产生涡流的是 ( )A．把金属块放在匀强磁场中B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动C．让金属块在匀强磁场中做变速运动D．把金属块放在变化的磁场中
解析：涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化，而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确．
3.(2010·全国卷Ⅰ改编)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法正确的是 ( )①电压表记录的电压为5 mV②电压表记录的电压为9 mV③河南岸的电势较高④河北岸的电势较高A．①③ B．②③C．①④ D．②④
解析：可以将海水视为垂直河岸方向放置的导体平动切割地磁场的磁感线产生感应电动势，由E＝BLv＝9 mV，②正确；由右手定则可知，感应电流方向由南向北，故河北岸的电势较高，④正确．
4．(2010·北京高考)在如图9－2－1所示的电路中，两个 相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线 圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调整R，使L1 和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均 为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的 一小段时间内，图9－2－2正确反映流过L1的电流 i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是 ( )
解析：由题中给出的电路可知，电路由L与L1和L2与R两个支路并联，在t′时刻，L1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，L2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大的过程，所以选项B正确．
5．如图9－2－3所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置、相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨 图9－2－3的A、C端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计，若用恒力F水平向右拉棒ab使之运动，求金属棒ab的最大速度．
解析：ab棒受恒力F作用向右加速运动产生感应电流，ab棒在磁场中受安培力F安，如右图所示．随着v↑→E↑→I↑→F安↑→F合↓→a↓，当ab棒所受合力为零时，加速度为零，速度最大．此时F－F安＝0 ①F安＝BIL ②
对法拉第电磁感应定律的理解
如图9－2－4所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量．
[思路点拨] 求电荷量要从电流的平均值来考虑．
1．如图9－2－5所示半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形 图9－2－5面积．当磁感应强度以ΔB/Δt的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势的大小是多少？
导体切割磁感线产生感应电动势的计算
1．导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式E＝Blv，应从以下几个方面理解和掌握．(1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需B、l、v三者相互垂直．实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为E＝Blvsinθ，θ为B与v方向间的夹角．
[关键一点] 在利用上述公式计算电动势时，要特别注意：先判定属于哪种情况，是否符合公式的使用条件．
在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为L＝0.4 m，如图9－2－8所示，框架 图9－2－8上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 Ω的金属杆cd，框架电阻不计．若杆cd以恒定加速度a＝2 m/s2，由静止开始做匀变速运动，求：(1)在5 s内平均感应电动势是多少？(2)第5 s末回路中的电流多大？(3)第5 s末作用在杆cd上的水平外力多大？
[思路点拨] 解答本题时应把握以下两点：(1)分清求解感应电动势时用速度的平均值还是瞬时值．(2)求解第(3)问时合理应用牛顿第二定律．
[答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N
在计算感应电动势时，要审清题意，看清题目要求的是平均感应电动势还是瞬时感应电动势，并正确地选用公式.
[学 之 用]2．如图9－2－9所示，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之紧密接触； 图9－2－9棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面．开始时，给导体棒一
个平行于导轨的初速度v0.在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流I保持恒定．导体棒一直在磁场中运动．若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值．
[关键一点](1)通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加，感应 电流与原电流方向相反，此时含线圈L的支路相当于断开．(2)断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减少， 感应电流与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线 圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小．但流过 灯A的电流方向与原来相反．(3)线圈的自感系数越大，现象越明显．自感电动势只是延缓 了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．
如图9－2－10所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．开关S从闭合状 图9－2－10态突然断开时，下列判断正确的有 ( )A．a先变亮，然后逐渐变暗B．b先变亮，然后逐渐变暗C．c先变亮，然后逐渐变暗D．b、c都逐渐变亮
[思路点拨] 分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判断自感电流的方向及大小变化．在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形成回路．
[解析] a、b、c三个灯泡相同，设S闭合时通过三个灯泡的电流均是I，则L1中的电流为2I，L2中的电流为I.在S断开瞬间，L1中的电流由2I逐渐减小，L2的电流由I逐渐减小，L1、L2中的产生的感应电流方向相同，故b、c两灯的电流逐渐减小，即b、c两灯逐渐变暗，B、C错误，D项错误；两个支路的电流汇集后为2I通过a灯，a灯电流由2I反向减弱，故a灯中的先变亮再逐渐变暗，即A正确．
解决此类问题的关键：(1)无论是通电自感还是断电自感，都是阻碍引起自感 电流的变化．(2)当电路中有电感时，若电路中的电流发生变化，电感的作用总是阻碍电流的变化．纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线，非纯电感线圈在电流稳定时相当于一个定值电阻.
3．(2010·江苏高考)如图9－2－ 11所示的电路中，电源的电 动势为E，内阻为r，电感L的 电阻不计，电阻R的阻值大于 图9－2－11 灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间 后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB 随时间t变化的图象中，正确的是 ( )
1．(2010·新课标全国卷)如图9－2－13所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁 图9－2－13场．一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是 ( )
A．E1>E2，a端为正B．E1>E2，b端为正C．E1
解析：由图甲可知在0～1 s内磁感应强度均匀增大，产生稳恒感应电流，根据楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针；由左手定则可知，导体棒受到的安培力的方向是水平向左，导体棒静止不动，静摩擦力方向水平向右，为正方向．同理，分析以后几秒内静摩擦力的方向，从而得出f－t图象为B图．
3．(2011·徐州模拟)如图9－2－16所示，A、B、C是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小的自感线圈．现将S闭合，下面说法正确的是( ) 图9－2－16A．B、C灯同时亮，A灯后亮B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭C．A灯一直不亮，只有B灯和C灯亮D．A、B、C灯同时亮，并且亮暗没有变化
解析：由于线圈的自感系数很大，在开关闭合瞬间线圈的阻碍作用很大，线圈中电流为零，所以电流通过A和B、C支路，三灯同时亮；随着L中的电流增大，A中电流逐渐减小；由于线圈L的电阻很小，电路达到稳定时线圈短路，灯泡A中电流为零，最后熄灭，故B项正确．
3．感生电场与感生电动势、动生电动势(1)感生电场：磁场变化时在周围空间激发出的 ．(2)感生电动势：由 产生的感应电动势叫做感 生电动势．(3)动生电动势：由于 而产生的感应电动势叫做 动生电动势．
(1)感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二者 产生机理有所不同．(2)在实际的感应电动势中，可能既有感生电动势，同时 也有动生电动势．
三、互感、自感和涡流1．互感现象两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的 会在另一个线圈中产生 的现象．互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈，变压器就是利用 现象制成的．2．自感现象 由于线圈本身的 发生变化而在它本身激发出感应电动 势的现象．
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5．电磁阻尼当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体的运动的现象．6．电磁驱动如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用， 使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动．交流电动机就是利用 的原理制成的．
自感作用延缓了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含电感的电路相当于断路；断电时电感线圈相当于一个电源，通过放电回路将储存的能量释放出来．
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．线圈中的磁通量越大，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．下列做法中可能产生涡流的是 ( )A．把金属块放在匀强磁场中B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动C．让金属块在匀强磁场中做变速运动D．把金属块放在变化的磁场中
解析：涡流就是整个金属块中产生的感应电流，所以产生涡流的条件就是在金属块中产生感应电流的条件，即穿过金属块的磁通量发生变化，而A、B、C中磁通量不变化，所以A、B、C错误；把金属块放在变化的磁场中时，穿过金属块的磁通量发生了变化，有涡流产生，所以D正确．
3.(2010·全国卷Ⅰ改编)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法正确的是 ( )①电压表记录的电压为5 mV②电压表记录的电压为9 mV③河南岸的电势较高④河北岸的电势较高A．①③ B．②③C．①④ D．②④
解析：可以将海水视为垂直河岸方向放置的导体平动切割地磁场的磁感线产生感应电动势，由E＝BLv＝9 mV，②正确；由右手定则可知，感应电流方向由南向北，故河北岸的电势较高，④正确．
4．(2010·北京高考)在如图9－2－1所示的电路中，两个 相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线 圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调整R，使L1 和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均 为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的 一小段时间内，图9－2－2正确反映流过L1的电流 i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是 ( )
解析：由题中给出的电路可知，电路由L与L1和L2与R两个支路并联，在t′时刻，L1支路的电流因为有L的自感作用，所以i1由0逐渐增大，L2支路为纯电阻电路，i2不存在逐渐增大的过程，所以选项B正确．
5．如图9－2－3所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置、相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨 图9－2－3的A、C端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计，若用恒力F水平向右拉棒ab使之运动，求金属棒ab的最大速度．
解析：ab棒受恒力F作用向右加速运动产生感应电流，ab棒在磁场中受安培力F安，如右图所示．随着v↑→E↑→I↑→F安↑→F合↓→a↓，当ab棒所受合力为零时，加速度为零，速度最大．此时F－F安＝0 ①F安＝BIL ②
对法拉第电磁感应定律的理解
如图9－2－4所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量．
[思路点拨] 求电荷量要从电流的平均值来考虑．
1．如图9－2－5所示半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形 图9－2－5面积．当磁感应强度以ΔB/Δt的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势的大小是多少？
导体切割磁感线产生感应电动势的计算
1．导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式E＝Blv，应从以下几个方面理解和掌握．(1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需B、l、v三者相互垂直．实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为E＝Blvsinθ，θ为B与v方向间的夹角．
[关键一点] 在利用上述公式计算电动势时，要特别注意：先判定属于哪种情况，是否符合公式的使用条件．
在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为L＝0.4 m，如图9－2－8所示，框架 图9－2－8上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 Ω的金属杆cd，框架电阻不计．若杆cd以恒定加速度a＝2 m/s2，由静止开始做匀变速运动，求：(1)在5 s内平均感应电动势是多少？(2)第5 s末回路中的电流多大？(3)第5 s末作用在杆cd上的水平外力多大？
[思路点拨] 解答本题时应把握以下两点：(1)分清求解感应电动势时用速度的平均值还是瞬时值．(2)求解第(3)问时合理应用牛顿第二定律．
[答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N
在计算感应电动势时，要审清题意，看清题目要求的是平均感应电动势还是瞬时感应电动势，并正确地选用公式.
[学 之 用]2．如图9－2－9所示，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之紧密接触； 图9－2－9棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面．开始时，给导体棒一
个平行于导轨的初速度v0.在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流I保持恒定．导体棒一直在磁场中运动．若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值．
[关键一点](1)通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加，感应 电流与原电流方向相反，此时含线圈L的支路相当于断开．(2)断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减少， 感应电流与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线 圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小．但流过 灯A的电流方向与原来相反．(3)线圈的自感系数越大，现象越明显．自感电动势只是延缓 了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．
如图9－2－10所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．开关S从闭合状 图9－2－10态突然断开时，下列判断正确的有 ( )A．a先变亮，然后逐渐变暗B．b先变亮，然后逐渐变暗C．c先变亮，然后逐渐变暗D．b、c都逐渐变亮
[思路点拨] 分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判断自感电流的方向及大小变化．在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形成回路．
[解析] a、b、c三个灯泡相同，设S闭合时通过三个灯泡的电流均是I，则L1中的电流为2I，L2中的电流为I.在S断开瞬间，L1中的电流由2I逐渐减小，L2的电流由I逐渐减小，L1、L2中的产生的感应电流方向相同，故b、c两灯的电流逐渐减小，即b、c两灯逐渐变暗，B、C错误，D项错误；两个支路的电流汇集后为2I通过a灯，a灯电流由2I反向减弱，故a灯中的先变亮再逐渐变暗，即A正确．
解决此类问题的关键：(1)无论是通电自感还是断电自感，都是阻碍引起自感 电流的变化．(2)当电路中有电感时，若电路中的电流发生变化，电感的作用总是阻碍电流的变化．纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线，非纯电感线圈在电流稳定时相当于一个定值电阻.
3．(2010·江苏高考)如图9－2－ 11所示的电路中，电源的电 动势为E，内阻为r，电感L的 电阻不计，电阻R的阻值大于 图9－2－11 灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间 后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB 随时间t变化的图象中，正确的是 ( )
1．(2010·新课标全国卷)如图9－2－13所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁 图9－2－13场．一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是 ( )
A．E1>E2，a端为正B．E1>E2，b端为正C．E1
解析：由图甲可知在0～1 s内磁感应强度均匀增大，产生稳恒感应电流，根据楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针；由左手定则可知，导体棒受到的安培力的方向是水平向左，导体棒静止不动，静摩擦力方向水平向右，为正方向．同理，分析以后几秒内静摩擦力的方向，从而得出f－t图象为B图．
3．(2011·徐州模拟)如图9－2－16所示，A、B、C是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小的自感线圈．现将S闭合，下面说法正确的是( ) 图9－2－16A．B、C灯同时亮，A灯后亮B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭C．A灯一直不亮，只有B灯和C灯亮D．A、B、C灯同时亮，并且亮暗没有变化
解析：由于线圈的自感系数很大，在开关闭合瞬间线圈的阻碍作用很大，线圈中电流为零，所以电流通过A和B、C支路，三灯同时亮；随着L中的电流增大，A中电流逐渐减小；由于线圈L的电阻很小，电路达到稳定时线圈短路，灯泡A中电流为零，最后熄灭，故B项正确．
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