《法拉第电磁感应定律》学案.doc
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1、 4.4 法拉第电磁感应定律导学方案 2011年2月22日 编写者 杨洪涛 3课时学习要求1. 了解感应电动势,知道产生感应电动势的那部分导体相当于电源2. 知道感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关3. 理解磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,能区别磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率三个概念4. 理解法拉第电磁感应定律,掌握表达式5. 知道导体垂直切割磁感线运动时产生的感应电动势的表达式,并能进行简单的计算6. 会用法拉第电磁感应定律解决简单的实际问题学习重点1. 会用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小2. 会用E=Blv或E=Blvsin计算导体切割磁感线时的感应电动势学习难点
2、 了解反电动势课前预习 1.穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中就会有感应电流。闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势。如果电路不闭合,虽然没有感应电流,但电动势仍然存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫_,产生感应电动势的那部分导体相当于_.2 法拉第电磁感应定律告诉我们电路中产生感应电动势的大小跟 _成正比。若产生感应电动势的电路是一个有n匝的线圈,且穿过每匝线圈的磁感量变化率都相同,则整个线圈产生的感应电动势大小E= 。3 直导线在匀强磁场中做切割磁感线的运动时,如果运动方向与磁感线垂直,那么导线中感应电动势的大小与 、 和 三者都成正比。用公式表示为E= 。如果导线的运动方向与导线
3、本身是垂直的,但与磁感线方向有一夹角,我们可以把速度分解为两个分量,垂直于磁感线的分量v1=vsin,另一个平行于磁感线的分量不切割磁感线,对感应电动势没有贡献。所以这种情况下的感应电动势为E=Blvsin。4应该知道:用公式E=n/t计算的感应电动势是平均电动势,只有在电动势不随时间变化的情况下平均电动势才等于瞬时电动势。用公式E=Blv计算电动势的时候,如果v是瞬时速度则电动势是瞬时值;如果v是平均速度则电动势是平均值。5.公式E=n/t是计算感应电动势的普适公式,公式E=Blv则是前式的一个特例。 学习过程 第一课时一、 电磁感应定律内容:电路中的感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量变
4、化率成正比。表达式1:由于n匝线圈可以看成n个单匝线圈串联,就像n个电池串联一样故整个线圈的感应电动势为:表达式2: 注意:这几个公式只表示感应电动势的大小,不涉及它的正负,计算时应取绝对值,而感应电流的方向用楞次定律去判断。理解:.E的大小与无关,与线圈的匝数n成正比,与磁通量的变化率/t成正比 不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,就会产生感应电动势,若电路是闭合的,就会有感应电流产生 求感应电动势的平均值时,一定要用公式求解 磁通量的变化率在大小上等于单匝线圈产生的感应电动势.计算电动势时,常有以下两种情况:E=nB.S/t.面积不变,磁感应强度发生变化;E=nB.S/t面积改
5、变,磁感应强度不变。.产生感应电动势的那部分导体相当于电源例题1如图所示,L是用绝缘导线绕制的线圈,匝数为100,由于截面积不大,可以认为穿过各匝线圈的磁通量是相等的,设在0.5秒内把磁铁的一极插入螺线管,这段时间里穿过每匝线圈的磁通量由0增至1.5105Wb。这时螺线管产生的感应电动势有多大?如果线圈和电流表总电阻是3欧,感应电流有多大?注意:向线圈插入磁铁的过程中,磁通量的增加不会是完全均匀的,可能有时快些,有时慢些,因此我们这里算出的磁通量变化率实际上是平均变化率,感应电动势和感应电流也都是平均值。例题2 如图4-4-2所示,边长为0.1m正方形线圈ABCD在大小为0.5T的匀强磁场中以
6、AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行,经过1s线圈转了90,求:(1) 线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。(2) 线圈在1s末时的感应电动势大小。 解析: 初始时线圈平面与磁感线平行,所以穿过线圈的磁通量为零,而1s末线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,故有磁通量变化,有感应电动势产生。(1)只要用E=/t 来进行计算平均电动势。E=/t=0.50.10.1/1=0.005V。 (2)1s末的感应电动势是指瞬时值,应该用E=BLvt来进行计算。 当线圈转了1s时,恰好转了90,此时线圈的速度方向与磁感线的方向平行,线圈的BC段不切割磁感线(或认为切割磁感线的有效速度为零),所以
7、线圈不产生感应电动势,E=0。 拓展: 要把握感应电动势计算公式E=n/t的条件。公式目前只能用来计算一段时间内的平均值。E=BLv公式中的v是与磁感线垂直的有效切割速度,在这个前提下再来考虑v是即时值还是平均值就可以求解电动势的即时值或平均值。跟踪练习1.法拉第电磁感应定律可以这样表述:闭合电路中感应电动势的大小 ( )A、跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比B、跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比C、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比D、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比 2. 矩形线圈abcd,长ab=20cm ,宽bc=10cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50,整个线
8、圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过,磁感应强度B随时间的变化规律如图4-4-3所示,求:(1)线圈回路的感应电动势。(2)在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。拓展:磁通量的变化量与线圈的匝数无关,但考虑感应电动势时因为每个线圈都是一个电源,所以总电动势必须乘以线圈的匝数。计算线圈所受安培力时因为每一条边都受到安培力所以还要乘以线圈的匝数。 第二课时二、 导线切割磁感线时的感应电动势a1b2cdvab下面我们从法拉第电磁感应定律来推导切割磁感线运动时感应电动势的大小。如图,矩形线圈abcd仅次于匀强磁场中,磁感应强度为B,线框平面跟磁感线垂直,线框可动部分ab的长度是l,运动速度的大小是
9、v,速度方向跟ab垂直,同时也跟磁场方向垂直。S_ BS_所以: 这个公式表示,在匀强磁场中,当磁感应强度、导线、导线的运动方向三者垂直时,感应电动势等于磁感应强度B、导线长度l、导线运动速度v的乘积。理解:式中的速度v如果瞬时速度,则求得电动势就是瞬时电动势, 如果是平均速度,则求得的E就是平均电动势。问题:如果导体运动方向与导体本身垂直,但与磁场方向有一个夹角,感应电动势的大小应如何计算?理解:1.公式中的是指切割磁感线的有效长度如图5 中,当弧形导线在匀强磁场中以速度运动时,中l的 是指此圆弧的直径,而不是指圆弧的弧长 2.如果是一根导体棒在磁场中绕某点O旋转切割磁感线如图6所示,则导体
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