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1、4.4法拉第电磁感应定律,实验探究一,若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势. 演示实验并播放动画 画出等效电路图,实验探究二,若电路断开时,虽然没有感应电流,电动势依然存在。 演示实验并播放动画 画出等效电路图,在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源,一、感应电动势,1感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于电源 2感应电动势与感应电流:感应电动势是形成感应电流的必要条件,有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势,思考与讨论,感应电动势的大小跟哪些因素有关
2、?,探究感应电动势大小与磁通量变化的关系,提出问题,既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势,那么感应电动势与磁通量的变化有关呢?,猜想或假设,感应电动势E的大小与磁通量的变化量有关。此外,电磁感应现象只在磁场发生变化的过程中被观察到,而在恒定的磁场中却不能发生,那么,感应电动势的大小是否也与完成磁通量变化所用的时间。,对猜想假设进行设计实验探究,猜想:感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关(而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示),实验1:用导线切割磁感线,产生感应电流的实验中,导线运动的速度越快、磁体的磁场超强,产生的感应电流越大,实验探究1:感应电动势2,实验2:在向线圈中插入
3、条形磁铁的实验中,磁铁的磁场越强、插入的速度越快,产生的感应电流就越大。,实验:电磁感应插磁铁,实验探究2:感应电动势3,实验探究3:感应电动势1,(1)用同样快速(控制时间): 1根条形磁铁, 小,指针偏转小 2根条形磁铁, 大,指针偏转大,(2)用一根条形磁铁(控制磁通量): 快速, t小,指针偏转大 慢速, t大,指针偏转小,实验结果,1、当时间相同时,磁通量变化越大,感应电流就越大,表明感应电动势越大。,2、当磁通量变化相同时,所用时间越短,感应电流就越大,表明感应电动势越大,感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关.,分析与论证,结论,在磁通量变化相同时,所用的时间t越大,即磁通
4、量变化越慢,感应电动势E越小;反之, t越小,即磁通量变化越快,感应电动势E越大。,实验结论:,在变化时间t相同时,变化量越大,表明磁通量变化越快,感应电动势E越大;反之,变化量越小,表明磁通量变化越慢,感应电动势 E越小。,概念的比较,说明: 磁通量变化的快慢,可用单位时间内的磁通量的变化,即磁通量的变化率来表示。 可见感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。,精确实验表明: 电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。,得出,若闭合电路是一个n匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,则整个线圈的感应电动势为,法拉第(17911876)是英国著
5、名的物理学家、化学家。他发现了电磁感应现象,提出电场和磁场的概念。场的概念对近代物理的发展的重大意义。 他家境贫寒,出身于铁匠家庭,未受过系统的正规教育,但却在众多领域中作出惊人成就,堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范,对于青少年富有教育意义。,二、法拉第电磁感应定律,1磁通量的变化率/t :表示磁通量变化的快慢 (1)磁通量的变化率跟磁通量、磁通量的变化不同磁通量为零时,磁通量的变化率不一定为零,磁通量变化大不等于磁通量的变化率大,二、法拉第电磁感应定律,2法拉第电磁感应定律:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比,(2) /t 是指在时间 内磁通量变化快慢的平
6、均值; t0,/t表示在某瞬时磁通量变化的快慢,,式中物理量都取国际单位,若线圈有n匝,则相当于n个相同的电源串联,所以整个线圈中的电动势为,3导线切割磁感线时的感应电动势,(1)垂直切割时:如图所示,导体由ab匀速移动到a1b1 ,这一过程中穿过闭合回路的磁通量变化=BLvt ,由法拉第电磁感应定律得:,(2)切割方向与磁场方向成角时:如图所示,将v分解为垂直B和平行B的两个分量,其中:,对切割有贡献,对切割无贡献,所以:,导线切割磁感线时产生的电动势的大小,跟磁感强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦sin成正比,说明:公式E=/t,E=n/t一般适用于求解平均
7、电动势的大小;而公式E=BLV一般适用于切割磁感线运动导体的瞬时电动势的大小。 讨论:产生感应电流与产生感应电动势的条件一样吗?,(导体在磁场中做切割线运动或者是穿过某一回路的磁通量发生变化,就一定产生感应电动势),例题1:,长为L的金属棒ab,绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁感应强度为B,如图所示,求ab两端的电势差,解析:,ab两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的电动势(因为没有外电路),所以只要求出电动势即可,棒上各处速率不等,不能直接用E=BLv来求,但棒上各点的速度v= r与半径成正比,因此可用棒的中点速度作为平均切割速度代入公式计算:,例题2,如图所示,A.B两个
8、闭合线圈为同样的导线制成,匝数均为10匝,A的半径是B的半径的二倍,图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小. AB线圈中产生的感应电动势之比是多少? 两线圈中感应电流之比是多少?,例题3,图中是电磁流量计的示意图.圆管由非磁性材料制成,空间有匀强磁场,当管中的导电液体流过磁场区域时,测出管壁上MN两点间的电动势E,就可以知道管中液体的流量去q单位时间内流过管道横截面的液体的体积已知管的直径为d,磁感应强度为试推出q与的关系表达式,三、反电动势,思考: 如图所示,电源在电动机线圈中产生的电流的方向以及AB.CD两个边受力的方向都可判断出. 现在的问题是,既然线圈在磁场中转动,线圈中就会
9、产生感应电动势.感应电动势加强了电源产生的电流,还是削弱了它?是有利于线圈的转动,还是阻碍了线圈的转动?,讨论与归纳,电动机转动时,线圈中也会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用,将这个感应电动势称为反电动势.它的作用是阻碍线圈的转动. 如果要使线圈维持原来的转动,电源就要向电动机提供能量.这正是电能转化为其他形式能的过程.,讨论:电动机工作中要注意的问题,如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动,这时没有了反电动势,电阻很小的线圈直接连在电源的两端,电流会很大,时间长了很可能把电动机烧毁.所以,如果电动机由于机械故障停转.要立即切断电源,进行检查.,说一说,演示:观察电动机启动过程中电流的变化 如何解释电流的这种变化? 讨论:电动机启动时的电流与正常工作时的电流不同,有负载时与空载时的电流不同.这在技术上会引起什么问题?如果有问题,应该沿什么途径去解决?,小结:,法拉第电磁感应定律,导线切割磁感线时产生的电动势的大小,跟磁感强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向与磁感线方向的夹角的正弦sin成正比,反电动势:电动机转动时,线圈中会产生感应电动势,这个电动势总要削弱电源电动势的作用,这个电动势称为反电动势,
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