粤教版高中物理选修3-2课件 法拉第电磁感应定律课件6

匝正方形线框 abcd，在外力的作用下以恒定的速率 v 向右运动进入磁
感应强度为 B 的有界匀强磁场区域．线框被全部拉入磁场的过程中线
框平面保持与磁场方向垂直，线框的 ab 边始终平行于磁场的边界．已
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知线框的四个边的电阻值相等，均为 R.求：
目
链
接
(1)在 ab 边刚进入磁场区域时，线框内的电流大小；
中以 a 端为轴，在垂直磁场方向的平面内以角速度 ω＝10 rad/s
做顺时针方向的匀速转动．ab 两端的电势差是________V，a、b
两端________端电势高，__________端电势低．
栏
解析：计算 ab 切割磁感线产生感生电动势时的速度可采用 a、b
目 链
两点速度的平均值，即 v ＝va＋2 vb＝0＋2ωL＝12ωL，ab 的感生电动势 E
______I－__t______图象等．对于切割磁感线产生感应电动
目 链
势和感应电流的情况还常涉及感应电动势E和感应电流 接
I随线圈位移x变化的图象，即E－x图象和I－x图象．
栏 目 链 接
法拉第电机原理
栏 目 链 接
法拉第最早设计的“铜盘发电机”如右图所示，因为整个圆盘可
看成是由许许多多辐条合并起来的，铜盘在垂直盘面的匀强磁场内匀
产生的感应电动势 E1＝ΔΔΦt11＝ΔΔBt11S，在第 2 s 和第 3 s 内，
磁场 B 不变化，线圈中无感应电流，在第 4 s 和第 5 s 内，
栏 目
链
B 减小，由楞次定律可判定，其电流为负，产生的感应电 接
动势 E1＝ΔΔΦt22＝ΔΔBt22S，由于 ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故 E1 ＝2E2，由此可知，A 选项正确．
速转动时所产生的感应电动势，与其中一条半径做切割磁感线运动所
栏
产生的感应电动势大小、方向相同，但内阻很小，因此，通过与盘心 目
链
的两电刷即可向外电路供电，在法拉第电机中，产生感应电动势的那 接
部分导体(半径 OA)相当于电源，如果它与用电器连接就组成了闭合电
路，在电源内部，感应电流的方向是从电源的负极流向电源的正极；
所以 Uab＝3B4Lv.
(3)cd 两端的电压为部分电压为： Uab＝I·R
所以 Ucd＝B4Lv.
栏 目 链
接
答案：(1)B4LRv
3BLv (2) 4
BLv (3) 4
►练习
4．如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，
置于磁感强度为B，方向垂直导轨所在平面向里的匀强
磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接
栏 目
触良好、有效阻值也为R的金属导线ab垂直导轨放置，
链 接
并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，则(不
计导轨电阻)( )
栏 目 链 接
A．通过电阻 R 的电流方向为 P→R→M
B．a、b 两点间的电压为 BLv
C．a 端电势比 b 端高
D．外力 F 做的功等于电阻 R 上产生的焦耳热
解析：A.根据右手定则(或楞次定律)可知回路中的电流方向为逆
接
＝BL－v ＝21BωL2＝12×2×0.12×10 V＝0.1 V．若在 a、b 两端接上外电
路，由右手定则可知感生电流由 b 端流出，ab 作为电源，b 端电势高，
a 点的电势低．
答案：0.1 b a
1．如图所示，
栏 目 链 接
在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，设导体棒 Oa 可以以点 O 为中心转动，而另一端 a 刚好搭在光滑的半圆形金属导轨上， Oa 长为 l 且以角速度 ω 匀速转动，在 Ob 间接入一阻值为 R 的电阻，不计其他电阻，试求：
Bl2ω (2) 2R
B2l4ω2 (3) 4R
电磁感应中的图象问题
1．题型特点
一般可把图象问题分为三类：
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(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象；
目 链
(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应 接
地物理量；
(3)根据图象定量计算．
2．解题关键
弄清初始条件，正负方向的对应，明确斜率的含义，变化
能量守恒得外界消耗的能量转化成整个电路产生的焦耳热．金属导线
ab 也有电阻也产生焦耳热，故 D 错误．
答案：C
电能．
(2)“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电动势．
(3)路端电压：U＝IR＝E－Ir.
3．内电路和外电路
(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于
电源．
(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部 栏
目
分是外电路．
链
接
如下图所示，在绝缘光滑水平面上，有一个边长为 L 的单
范围，所研究物理量的函数表达式，进、出磁场的转折点是解
决问题的关键．三个相似关系及其各自的物理意义．
栏 目
链
3．解决图象问题的一般步骤
接
(1)明确图象的种类，即是 Bt 图象还是 Φt 图象，或者是
Et 图象、It 图象等；
(2)分析电磁感应的具体过程；
(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系；
目 链
接
选项错误，所以 A 选项正确．
答案：A
►练习
2．如下图，一载流长直导线和一矩形框固定在同一平面
内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行．已知在
t＝0到t＝t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线
框中的感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力
栏
先水平向左、后水平向右
．设电流i正方向与图中箭头所示方
第五节 法拉第电磁感应定律(一)
栏 目 链 接
1．了解法拉第电机原理．
2．理解电磁感应中的电路问题及其应用．
栏
3．理解电磁感应中的图象问题及其应用．
目 链
接
栏 目 链 接
1．法拉第电机是应用导体棒在磁场中
切__割__磁__感__线______而产生感应电动势的原理制成的．
栏
2．在电磁感应现象中，__切__割__磁__感__线__的__导__体____或磁
A. 答案：A
3．在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属
圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应
强度 B 随时间 t 如图乙变化时，下图中能正确表示线圈中感应电动势
E 变化的是( )
栏 目 链 接
栏 目 链 接
解析：在第 1 s 内，由楞次定律可判定电流为正，其
目 链
接
通量发生变化的回路将产生__感__应__电__动__势____，该导体或回
路就相当于_电__源___，将它们接上电阻等用电器，便可对用
电器供电，在闭合回路中形成__电__流____．
3．电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、
感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象，即
___B_－__t_图__象_____、__Φ__－__t_图__象_____、___E__－__t _图__象____和 栏
答案：A
电磁感应中的电路问题
1．对电磁感应中电源的理解
(1)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带
电问题，可用右手定则或楞次定律判定．
(2)电源的电动势的大小可由 E＝Blv 或 E＝nΔΔΦt 求解．
栏 目 链
接
2．对电磁感应电路的理解
(1)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能转化为
时针的，故 A 错误；
B．感应电动势为：E＝BLv，电阻 R 两端的电压为路端电压为：
U＝R＋E rR＝BRL＋vRr ，故 B 错误；
栏
目
C．金属导线 ab 相当于电源，电流方向是 b 到 a，所以可以认为 链
接
a 是电源正极，b 是电源的负极，所以 a 端电势比 b 端高，故 C 正确．
D．根据功能关系知道外力 F 做的功等于外界消耗的能量，根据
正，则下图中的It图象正确的是( )
栏 目 链 接
栏 目 链 接
解析：由图象可知，在 0～1 s 的时间内，磁感应强度均匀增大，
那么感应电流的方向为逆时针方向，与图示 Nhomakorabea流方向相反，为负值，
排除 B、C 选项．根据法拉第电磁感应定律，其大小 E＝ΔΔΦt ，在 2～3 栏
s
和
4～5
s
内，磁感应强度不变，磁通量不变，无感应电流生成，D
(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等 栏
目
规律写出函数关系式；
链
接
(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、
截距等．
(6)画出图象或判断图象．
一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场
方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里，如下图所示．以I表
示线圈中的感应电流，以图中的线圈上所示方向的电流为
(1)Oa中产生的感应电动势；
(2)流过R上的电流；
(3)所需外力的功率．
栏
目
解析：(1)Oa 中产生的感应电动势为 E＝Blv＝
链 接
Bl0＋2ωl＝Bl22ω
(2)回路中的电流为 I＝ER＝B2lR2ω
(3)回路消耗的功率等于外力做功的功率，为 P＝ER2
＝B24lR4ω2
栏 目 链 接
答案：(1)Bl22ω
在外电路，电流从电源的正极经用电器流向电源的负极．
直导线绕其一端在垂直匀强磁场的平面内转动时
产生的感应电动势，计算公式 E＝BL－v ，式中－v 是导 栏
目
体上各点切割速度的平均值，即－v ＝0＋2ωL ，所以 E
链 接
＝12BL2ω.
如图所示，
栏 目 链 接
长 L＝10 cm 的金属棒 ab 在磁感应强度 B＝2 T 的匀强磁场
(2)在 ab 边刚进入磁场区域时，ab 边两端的电压；
(3)在 ab 边刚进入磁场区域时，cd 边两端的电压．
栏 目 链 接
解析：(1)如图 ab 边切割磁感线产生的感应电动势为：
E＝BLv
所以通过线框的电流为：
栏
I＝4ER＝B4LRv.
目 链 接
(2)ab 两端的电压为路端电压为：
Uab＝I·3R
目 链
向相同，则i随时间t变化的图线可能是( )
接
栏
解析：要求框中感应电流顺时针，根据楞次定律，可知框内磁场 目
链
要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小)，要么向外增强(载流直导 接 线中电流负向增大)．线框受安培力向左时，载流直导线电流一定在减 小；线框受安培力向右时，载流直导线中电流一定在增大．故答案选