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法拉第电磁感应定律及其应用1


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精锐教育学科教师辅导教案
学员编号:SH192242852 学员姓名: 沈俊杰 授课类型 星 级 年 级:高二 课时数:3 学科教师:戚金涛 辅导科目:物理

T-电磁感应
★★★★

T-楞次定律
★★★★

T-法拉第电磁感应定律

>★★★★

1. 理解描述电磁感应的现象;
教学目的

2. 掌握法拉第电磁感应定律的分析和计算; 3. 掌握楞次定律关系分析和应用。

授课日期及时段

2014-2-16 教学内容

Ⅰ.课堂导入 初中时我们对于电磁感应有了初步的了解,对于电磁感应分析以及感应电流也进行了简单的研究,从这一节课开始 我们将对法拉第电磁感应定律的分析和计算进行进一步的学习……..

Ⅱ.同步讲解

一、要点提纲:
一、电磁感应 1.电磁感应现象
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。 产生的电流叫做感应电流.

2.产生感应电流的条件:闭合回路中磁通量发生变化
精锐教育网站:www.1smart.org 1

中国领先的中小学教育品牌 3. 磁通量变化的常见情况
(Φ 改变的方式): ①线圈所围面积发生变化,闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ 变化;其实质也是 B 不变而 S 增大或减小 ②线圈在磁场中转动导致Φ 变化。线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化。如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型。 ③磁感应强度随时间(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数;或闭合回路变化导致Φ 变化 (Φ 改变的结果):磁通量改变的最直接的结果是产生感应电动势,若线圈或线框是闭合的.则在线圈或线框中产生感应电流,因此产生感 应电流的条件就是:穿过闭合回路的磁通量发生变化.

4.产生感应电动势的条件:
无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.

电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合,则只能出现感应电动势, 而不会形成持续的电流.我们看变化是看回路中的磁通量变化,而不是看回路外面的磁通量变化

二、感应电流方向的判定 1.右手定则:伸开右手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,手掌所在平面跟磁感线和导线
所在平面垂直,大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即为感应电流方向(电源). 用右手定则时应注意: ①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时,产生的感应电动势与感应电流的方向判定, ②右手定则仅在导体切割磁感线时使用,应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直. ③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时,拇指应指向切割磁感线的分速度方向. ④若形成闭合回路,四指指向感应电流方向;若未形成闭合回路,四指指向高电势. ⑤“因电而动”用左手定则. “因动而电”用右手定则. ⑥应用时要特别注意:四指指向是电源内部电流的方向(负→正).因而也是电势升高的方向;即:四指指向正极。
导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例,所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例.用右手定则能判 定的,一定也能用楞次定律判定,只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便.

2.楞次定律 (1)楞次定律(判断感应电流方向):感应电流具有这样的方向,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化. (感应电流的) 磁场 (总是) 阻碍 (引起感应电流的磁通量的) 变化 原因产生结果;结果阻碍原因。 (定语) 主语 (状语) 谓语 (补语) 宾语 (2)对“阻碍”的理解 注意“阻碍”不是阻止,这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指:
磁通量增加时,阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反,起抵消作用); 磁通量减少时,阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致,起补偿作用),简称“增反减同” .

(3)楞次定律另一种表达:感应电流的效果总是要阻碍 (或反抗 )产生感应电流的原因. (F .. . ... .
①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化; ②阻碍相对运动,可理解为“来拒去留” ; ③使线圈面积有扩大或缩小的趋势; ④阻碍原电流的变化.



方向就起到阻碍的效果作用)

即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。

有时应用这些推论解题 比用楞次定律本身更方便

楞次定律 磁通量的变化表述:感应电流具有这样的方向,就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
能量守恒表述: ①从磁通量变化的角度: ②从导体和磁场的相对运动: ④楞次定律的特例──右手定则 楞次定律的多种表述、应用中常见的两种情况:一磁场不变 ,导体回路相对磁场运动;二导体回路不动,磁场发生变化。 磁通量的变化与相对运动具有等效性:Φ↑相当于导体回路与磁场接近,Φ↓相当于导体回路与磁场远离。 精锐教育网站:www.1smart.org 2 I 感的磁场效果总要反抗产生感应电流的原因 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 导体和磁体发生相对运动时,感应电流的磁场总是阻碍相对运动。

③从感应电流的磁场和原磁场: 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。(增反、减同)

中国领先的中小学教育品牌 (4)楞次定律判定感应电流方向的一般步骤 基本思路可归结为: “一原、二感、三电流” ,
①明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何; ②确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减) ③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向. ④再利用安培定则,根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向. 判断闭合电路(或电路中可动部分导体)相对运动类问题的分析策略 在电磁感应问题中,有一类综合性较强的分析判断类问题,主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流,而此电 流又处于磁场中,受到安培力作用,从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动. 对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法:
安培定则 左手定则 ①常规法:据原磁场(B 原方向及Δ Φ 情况) ?楞次定律 ? ? ? ?? 确定感应磁场(B 感方向) ?? ? ??? 判断感应电流(I 感方向) ?? ? ???

导体受力及运动趋势. ②效果法:由楞次定律可知,感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因” ,深刻理解“阻碍”的含义. 据"阻碍"原则,可直接对运动趋势作出判断,更简捷、迅速. (如 F 安方向阻碍相对运动或阻碍相对运动的趋势)

B 感和 I 感的方向判定:楞次定律(右手) 深刻理解“阻碍”两字的含义(I 感的 B 是阻碍产生 I 感的原因) B 原方向?;B 原?变化(原方向是增还是减);I 感方向?才能阻碍变化;再由 I 感方向确定 B 感方向。 楞次定律的理解与应用 理解楞次定律要注意四个层次:
①谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁通量; ②阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身; ③如何阻碍?当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”; ④结果如何?阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少的还是减少. 另外 ①“阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用,才能将其它形式的能量转化为电能; ② 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动.

电磁感应现象中的动态分析:就是分析导体的受力和运动情况之间的动态关系。
一般可归纳为:导体组成的闭合电路中磁通量发生变化 ? 导体中产生感应电流 ? 导体受安培力作用 ? 导体所受合力随之变化 ? 导体的加速度变化 ? 其速度随之变化 ? 感应电流也随之变化 周而复始地循环,最后加速度小致零(速度将达到最大)导体将以此最大速度做匀速直线运动

“阻碍”和“变化”的含义

原因产生结果;结果阻碍原因。

感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,而不是阻碍引起感应电流的磁场。 因此,不能认为感应电流的磁场的方向和引起感应电流的磁场方向相反。

磁通量变化 阻碍

产生 产生

感应电流

感应电流的磁场 一、法拉第电磁感应定律 (1)定律内容: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.
发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源,在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。(即:由负到正) ①表达式: E

?n

?? ?B ? s B ? ?s ?? ?n ?n ? ?=?(普适公式) ε ∝ (法拉第电磁感应定律) ?t ?t ?t ?t
?t

感应电动势取决于磁通量变化的快慢 ? ? (即磁通量变化率) 和线圈匝数 n.Δ B/Δ t 是磁场变化率

(2)另一种特殊情况:回路中的一部分导体做切割磁感线运动时, 且导体运动方向跟磁场方向垂直。 ② E=BLv (垂直平动切割) (v 为磁场与导体的相对切割速度 ) (B 不动而导体动;导体不动而 B 运动) ......
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③E= nBSω sin(ω t+Φ ); Em=nBSω ④E=BL ω /2 ⑤*自感 E ? n ?? ? L ?I 自
2

(线圈与 B⊥的轴匀速转动切割) n 是线圈匝数 ( 直导体绕一端转动切割)

?t

?t

E自 ?

?I ?t

(电流变化快慢)

(自感)

二、感应电量的计算 感应电量 q ? I ?t ?

E ?? ?? ? ?t ? n ? ?t ? n R R?t R

N

如图所示,磁铁快插与慢插两情况通过电阻 R 的电量一样,但两情况下电流做功及做功功率不一样.

三.自感现象
1.自感现象:由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象. 2.自感电动势:自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势.

自感电动势:E=L

?I ?t

( L 是自感系数) :

a.L 跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系. 线圈越粗,越长、匝数越密,它的自感系数越大,另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多. b.自感系数的单位是亨利,国际符号是 L,1 亨=103 毫亨=106 微亨 3.关于自感现象的说明 ①如图所示,当合上开关后又断开开关瞬间,电灯 L 为什么会更亮,当合上开关后,由于线圈的电阻比灯泡的电阻小,