高中物理法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律的公式及使用条件
法拉第电磁感应定律的公式及使用条件
法拉第电磁感应定律的公式为：ε = -dφ/dt，其中ε为感应电
动势，dφ/dt为磁通量随时间的变化率。
使用条件：
1.该定律适用于闭合导线回路中的电磁感应现象。
2.导线回路必须处于磁场中，并磁通量相对于导线回路的面积发
生改变。
拓展：
1.法拉第电磁感应定律是电磁学中的重要定律之一，描述了磁场
和导体之间相互作用的规律。
该定律为电磁感应现象提供了理论基础，广泛应用于电动机、变压器等电磁设备的设计与工作原理中。
2.根据法拉第电磁感应定律，当导体相对于磁场的运动速度增大时，感应电动势也会增大，这就是电磁感应发电机工作原理的基础。
3.除了法拉第电磁感应定律外，还有安培法则和洛伦兹力定律等电磁学定律，它们共同构成了电磁学的基础理论。
深入理解这些定律对于探索电磁现象的规律和应用具有重要意义。
法拉第电磁感应定律
第二单元 法拉第电磁感应定律1、法拉第电磁感应定律（1）表述： 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）公式： E ＝k ·ΔΦ/Δt k 为比例常数， 当E 、ΔΦ、Δt 都取国际单位时，k ＝1，所以有E ＝ΔΦ/Δt 若线圈有n 匝，则相当于n 个相同的电动势ΔΦ/Δt 串联，所以整个线圈中的电动势为E ＝n ·ΔΦ/Δt 。
2、磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率tΔΔΦ的意义（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量△Φ=Φ1-Φ2表示磁通量变化的多少，并不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的变化率tΔΔΦ表示磁通量变化的快慢。
（2）当磁通量很大时，磁通量的变化量△Φ可能很小。
同理，当磁通量的变化量△Φ很大时，若经历的时间很长，则磁通量的变化率也可能较小。
（3）磁通量Φ和磁通量的变化量△Φ的单位是wb ，磁通量变化率的单位是wb ／s 。
（4）磁通量的变化量△Φ与电路中感应电动势大小没有必然关系，穿过电路的△Φ≠0是电路中存在感应电动势的前提；而磁通量的变化率与感应电动势的大小相联系，tΔΔΦ越大，电路中的感应电动势越大，反之亦然。
（5）磁通量的变化率tΔΔΦ，是Φ-t 图象上某点切线的斜率。
3、公式E=n tΔΔΦ与E=BLvsin θ的区别与联系（1）研究对象不同，E=n t ΔΔΦ的研究对象是一个回路，而E=BLvsin θ研究对象是磁场中运动的一段导体。
（2）物理意义不同；E=n tΔΔΦ求得是Δt 时间内的平均感应电动势，当Δt →0时，则E 为瞬时感应电动势；而E=BLvsin θ，如果v 是某时刻的瞬时速度，则E 也是该时刻的瞬时感应电动势；若v 为平均速度，则E 为平均感应电动势。
（3）E=ntΔΔΦ求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。
整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是电磁学中的基本定律之一，由英国科学家麦克斯韦尔于19世纪中叶提出。
它描述了磁场发生变化所导致的感应电流的产生。
本文将详细介绍法拉第电磁感应定律的原理和应用，并探讨其在现代社会中的重要性。
一、法拉第电磁感应定律的原理法拉第电磁感应定律是建立在麦克斯韦尔方程组和洛伦兹力的基础上的。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场穿过一个闭合导线圈时，会在导线中产生感应电流。
而这个感应电流的大小与磁场的变化率成正比。
法拉第电磁感应定律可以用数学公式表示为：ε = -dφ/dt其中，ε表示感应电动势，dφ/dt表示磁通量的变化率。
负号表示感应电流的方向满足洛伦兹右手定则。
二、法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律在生活中有广泛的应用。
其中最常见的就是发电机的原理。
发电机通过旋转磁场线圈，使磁通量发生变化，从而在导线中感应出电流。
这种感应电流通过导线外部的电路，可以产生电能供给使用。
另外，法拉第电磁感应定律还应用于变压器的原理中。
变压器通过感应电磁感应定律将电能从一个电路传输到另一个电路。
当一个变压器的输入端的电流发生变化时，产生的磁场会感应出另一个线圈中的感应电流，并将电能传输给输出端。
此外，在磁浮列车和电磁炮等现代科技装置中也广泛应用了法拉第电磁感应定律。
在磁浮列车中，通过改变轨道上导线的电流，产生的磁场和磁轨上的磁场相互作用，从而使列车悬浮在轨道上。
而电磁炮则是通过在导轨上产生瞬间巨大的感应电流，利用洛伦兹力将物体加速射出。
三、法拉第电磁感应定律的重要性法拉第电磁感应定律在现代社会中具有重要的意义。
首先，法拉第电磁感应定律为我们理解电磁感应现象提供了准确的理论基础。
通过深入研究法拉第电磁感应定律，我们可以更好地理解电磁现象的本质，并且能够应用这一定律解决实际问题。
其次，法拉第电磁感应定律的应用使得电力工业得到了长足的发展。
发电机和变压器等设备的应用使得电能的输送和控制更加高效，为人们的生产和生活提供了便利。
高中人教物理选择性必修二第2章第1节法拉第电磁感应定律
第二章 电磁感应第2节 法拉第电磁感应定律一、电磁感应定律 1．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．产生感应电动势的那部分导体相当于电源． (2)在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有感应电动势；回路断开时，虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在．2．法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合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)公式：E ＝ΔΦΔt .若闭合导体回路是一个匝数为n 的线圈，则E ＝n ΔΦΔt .①若ΔΦ仅由磁场变化引起，则表达式可写为E ＝n ΔBΔt S .②若ΔΦ仅由回路的面积变化引起，则表达式可写为E ＝nB ΔSΔt .3、Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的比较磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率ΔΦΔt物理 意义某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数在某一过程中穿过某个面的磁通量的变化量穿过某个面的磁通量变化的快慢大小 计算Φ＝BS ⊥ΔΦ＝⎩⎪⎨⎪⎧Φ2－Φ1B ·ΔS S ·ΔBΔΦΔt ＝⎩⎪⎨⎪⎧|Φ2－Φ1|ΔtB ·ΔSΔtΔB Δt ·S注意穿过某个面有方向相反的磁场时，则不能直接应用Φ＝B ·S .应考虑相反方向的磁通量抵消以后所开始和转过180°时，平面都与磁场垂直，但穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2B ·S 而不既不表示磁通量的大小也不表示变化的多少．在Φt 图象中，可用图线的斜率表示剩余的磁通量 是零4、磁通量的变化率ΔΦΔt 是Φ-t 图像上某点切线的斜率大小．如图中A 点磁通量变化率大于B 点的磁通量变化率．二、导体切割磁感线时的感应电动势 1．垂直切割导体棒垂直于磁场运动，B 、l 、v 两两垂直时，如图甲，E ＝Bl v .2．不垂直切割导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为 θ时，如图乙，则E ＝Bl v 1＝Bl v sin_θ. 3、对公式E ＝Blv sin θ的理解(1)对 θ的理解：当B 、l 、v 三个量方向互相垂直时， θ＝90°，感应电动势最大；当有任意两个量的方向互相平行时， θ＝0°，感应电动势为零．(2)对l 的理解：式中的l 应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场垂直，l 应是导线在与磁场垂直方向投影的长度；如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取与B 和v 垂直的等效直线长度，即ab 的弦长．(3)对v 的理解①公式中的v 应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生．②公式E ＝Bl v 一般用于导线各部分切割磁感线速度相同的情况，若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势．如图所示，导体棒在磁场中绕A 点在纸面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B ，平均切割速度v ＝12v C ＝ωl 2，则E ＝Bl v ＝12Bωl 2.4．公式E ＝Bl v sin θ与E ＝n ΔΦΔt的对比E ＝n ΔΦΔtE ＝Bl v sin θ区别研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况计算结果 Δt 内的平均感应电动势某一时刻的瞬时感应电动势联系E ＝Bl v sin θ是由E ＝n ΔΦΔt 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论【例题1】 如图所示，半径为r 的金属圆环，其电阻为R ，绕通过某直径的轴OO ′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B .从金属圆环的平面与磁场方向平行时开始计时，求金属圆环由图示位置分别转过30°角和由30°角转到330°角的过程中，金属圆环中产生的感应电动势各是多大？[思路点拨] (1)确定磁感线穿过圆环的有效面积； (2)了解磁通量正负号的含义； (3)确定不同角度转过的时间． [答案] 3Bωr 2 35Bωr 2[解析] 初始位置时穿过金属圆环的磁通量Φ1＝0；由图示位置转过30°角时，金属圆环在垂直于磁场方向上的投影面积为S 2＝πr 2sin 30°＝12πr 2，此时穿过金属圆环的磁通量Φ2＝BS 2＝12B πr 2；由图示位置转过330°角时，金属圆环在垂直于磁场方向上的投影面积为S 3＝πr 2sin 30°＝12πr 2，此时穿过金属圆环的磁通量Φ3＝－BS 3＝－12B πr 2.所以金属圆环在转过30°角和由30°角转到330°角的过程中磁通量的变化量分别为 ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝12B πr 2，ΔΦ2＝Φ3－Φ2＝－B πr 2，又Δt 1＝ θ1ω＝π6ω＝π6ω，Δt 2＝ θ2ω＝5π3ω＝5π3ω.此过程中产生的感应电动势分别为 E 1＝ΔΦ1Δt 1＝12B πr 2π6ω＝3Bωr 2，E 2＝|ΔΦ2Δt 2|＝B πr 25π3ω＝35Bωr 2.[例2] 如图所示，有一半径为R 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度为B ，一条足够长的直导线以速度v 进入磁场．从直导线进入磁场至匀速离开磁场区域的过程中，求：(1)感应电动势的最大值为多少？(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何？(3)从开始运动至经过圆心的过程中直导线中的平均感应电动势为多少？ [思路点拨] (1)求瞬时感应电动势选择E ＝Bl v . (2)求平均感应电动势选择E ＝n ΔΦΔt .(3)应用E ＝Bl v 时找准导线的有效长度． [答案] (1)2BR v (2)2B v 2R v t －v 2t 2(3)12πBR v[解析] (1)由E ＝Bl v 可知，当直导线切割磁感线的有效长度l 最大时，E 最大，l 最大为2R ，所以感应电动势的最大值E ＝2BR v .(2)对于E 随t 变化的规律应求的是瞬时感应电动势，由几何关系可求出直导线切割磁感线的有效长度l 随时间t 变化的情况为l ＝2R 2－(R －v t )2，所以E ＝2B v 2R v t －v 2t 2.(3)从开始运动至经过圆心的过程中直导线的平均感应电动势E ＝ΔΦΔt ＝12πBR 2R v＝12πBR v .1.(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，转轴垂直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则O ～D 过程中( )A ．线圈中O 时刻感应电动势最大B ．线圈中D 时刻感应电动势为零C ．线圈中D 时刻感应电动势最大D ．线圈中O 至D 时间内平均感应电动势为0.4 V2．如图所示，一正方形线圈的匝数为n ，边长为a ，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中，在Δt 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B 均匀增大到2B ，在此过程中，线圈中产生的感应电动势为( )A.na 2B 2ΔtB.a 2B 2ΔtC.na 2B ΔtD.2na 2B Δt3．(多选)关于感应电动势的大小，下列说法不正确的是( ) A ．穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大 B ．穿过闭合电路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零C ．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零D ．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零 4.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab 以水平速度v 0抛出，运动过程中棒的方向不变，不计空气阻力，那么金属棒内产生的感应电动势将( )A ．越来越大B ．越来越小C ．保持不变D ．方向不变，大小改变5、如图所示，直角三角形金属框abc 放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向平行于ab 边向上．当金属框绕ab 边以角速度ω逆时针转动时，a 、b 、c 三点的电势分别为U a 、U b 、U c .已知bc 边的长度为l .下列判断正确的是( )A ．U a >U c ，金属框中无电流B ．U b >U c ，金属框中电流方向沿a －b －c －aC ．U bc ＝－12Bl 2ω，金属框中无电流D ．U bc ＝12Bl 2ω，金属框中电流方向沿a －c －b －a6、如图所示，A 、B 两闭合圆形导线环用相同规格的导线制成，它们的半径之比r A ∶r B ＝2∶1，在两导线环包围的空间内存在一正方形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直于两导线环的平面向里．当磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中，流过两导线环的感应电流大小之比为( )A.I AI B ＝1 B.I AI B ＝2 C.I A I B ＝14D.I A I B ＝127、如图所示，abcd 为水平放置的平行“”形光滑金属导轨，间距为l ，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，导轨电阻不计．已知金属杆MN 倾斜放置，与导轨成 θ角，单位长度的电阻为r ，保持金属杆以速度v 沿平行于cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)．则( )A ．电路中感应电动势的大小为Bl vsin θB ．电路中感应电流的大小为B v sin θrC ．金属杆所受安培力的大小为B 2l v sin θrD ．金属杆的热功率为B 2l v 2r sin θ8.（多选）如图所示，三角形金属导轨EOF 上放有一根金属杆AB ，在外力作用下，保持金属杆AB 和OF 垂直，以速度v 匀速向右移动．设导轨和金属杆AB 都是用粗细相同的同种材料制成的，金属杆AB 与导轨接触良好，则下列判断正确的是( )A ．电路中的感应电动势大小不变B ．电路中的感应电流大小不变C ．电路中的感应电动势大小逐渐增大D ．电路中的感应电流大小逐渐增大9.一个面积为S ＝4×10－2 m 2、匝数为n ＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B 随时间t 变化的规律如图所示，则下列判断正确的是( )A ．在开始的2 s 内穿过线圈的磁通量的变化率等于8 Wb/sB ．在开始的2 s 内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C ．在开始的2 s 内线圈中产生的感应电动势的大小等于8 VD ．在第3 s 末线圈中的感应电动势等于零10.（多选）如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的关系可用图像表示，则( )A ．在t ＝0时刻，线圈中的磁通量最大，感应电动势也最大B ．在t ＝1×10－2 s 时刻，感应电动势最大 C ．在t ＝2×10－2 s 时刻，感应电动势为零D ．在0～2×10－2 s 时间内，线圈中感应电动势的平均值为零11．如图所示，面积为0.2 m 2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面．已知磁感应强度随时间变化的规律为B ＝(2＋0.2t )T ，定值电阻R 1＝6 Ω，线圈电阻R 2＝4 Ω，求：(1)磁通量变化率及回路的感应电动势； (2)a 、b 两点间电压U ab .12．如图甲所示，轻质细线吊着一质量m ＝0.32 kg 、边长L ＝0.8 m 、匝数n ＝10的正方形线圈，总电阻为r ＝1 Ω，边长为L2的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间的变化关系如图乙所示，从t ＝0开始经t 0时间细线开始松弛，g 取10 m/s 2.求：(1)从t ＝0到t ＝t 0时间内线圈中产生的电动势； (2)从t ＝0到t ＝t 0时间内线圈的电功率； (3)t 0的值．1.【答案】：ABD【解析】：由法拉第电磁感应定律知线圈中O 至D 时间内的平均感应电动势E ＝ΔΦΔt ＝2×10－30.012 V ＝0.4V ，D 项正确；由感应电动势的物理意义知，感应电动势的大小与磁通量的大小Φ和磁通量的改变量ΔΦ均无必然联系，仅由磁通量的变化率ΔΦΔt 决定，而任何时刻磁通量的变化率ΔΦΔt 就是Φ-t 图像上该时刻切线的斜率，不难看出O 时刻处切线斜率最大，D 点处切线斜率最小为零，故A 、B 正确，C 错误．2．【答案】：A【解析】：正方形线圈内磁感应强度B 的变化率ΔB Δt ＝BΔt ，由法拉第电磁感应定律知，线圈中产生的感应电动势为E ＝nS ΔB Δt ＝n ·a 22·B Δt ＝na 2B2Δt，选项A 正确．3．【答案】：ABC【解析】：磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系，故A 、B 错；当磁通量由不为零变为零时，闭合电路的磁通量发生改变，一定有感应电流产生，有感应电流就一定有感应电动势，故C 错，D 对．4.【答案】：C【解析】：由于导体棒中无感应电流，故棒只受重力作用，导体棒做平抛运动，水平速度v 0不变，即切割磁感线的速度不变，故感应电动势保持不变，C 正确．5、【答案】：C【解析】：金属框abc 平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B 、D 错误．转动过程中bc 边和ac 边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断U a <U c ，U b <U c ，选项A 错误．由转动切割产生感应电动势的公式得U bc ＝－12Bl 2ω，选项C 正确．6、【答案】：D【解析】：A 、B 两导线环的半径不同，它们所包围的面积不同，但穿过它们的磁场所在的区域面积是相等的，所以两导线环上的磁通量变化率是相等的，E ＝ΔΦΔt ＝ΔB Δt S 相同，得E A E B ＝1，I ＝E R ，R ＝ρlS (S 为导线的横截面积)，l ＝2πr ，所以I A I B ＝r B r A ，代入数值得I A I B ＝r B r A ＝12.7、【答案】：B【解析】：由电磁感应定律可知电路中感应电动势为E ＝Bl v ，A 错误；感应电流的大小I ＝Bl v r l sin θ＝B v sin θr ，B 正确；金属杆所受安培力的大小F ＝B B v sin θr ·l sin θ＝B 2l v r ，C 错误；热功率P ＝(B v sin θr )2r l sin θ＝B 2l v 2sin θr ，D 错误．8、【答案】：BC【解析】：设三角形金属导轨的夹角为θ，金属杆AB 由O 点经时间t 运动了v t 的距离，则E ＝B v t ·tan θ·v ，电路总长为l ＝v t ＋v t tan θ＋v t cos θ＝v t (1＋tan θ＋1cos θ)，又因为R ＝ρl S ，所以I ＝ER ＝B v S sin θρ(1＋sin θ＋cos θ)，I 与t 无关，是恒量，故选项B 正确．E 逐渐增大，故选项C 正确．9.【答案】：C【解析】：在开始的2 s 内，磁通量的变化量为ΔΦ＝|－2－2|×4×10－2 Wb ＝0.16 Wb ，磁通量的变化率ΔΦΔt ＝0.08 Wb/s ，感应电动势大小为E ＝n ΔΦΔt＝8 V ，故A 、B 错，C 对；第3 s 末虽然磁通量为零，但磁通量的变化率为0.08 Wb/s ，感应电动势不等于零，故D 错．10.【答案】：BC【解析】：由法拉第电磁感应定律知E ∝ΔΦΔt，故t ＝0及t ＝2×10－2 s 时刻，E ＝0，A 错，C 对．t ＝1×10－2s ，E 最大，B 对.0～2×10－2 s ，ΔΦ≠0，E ≠0，D 错． 11．【答案】：(1)0.04 Wb/s 4 V (2)2.4 V 【解析】：(1)由B ＝(2＋0.2t )T 得ΔBΔt ＝0.2 T/s ，故ΔΦΔt ＝S ΔBΔt＝0.04 Wb/s ， E ＝n ΔΦΔt＝4 V.(2)线圈相当于电源，U ab 是外电压，则 U ab ＝ER 1＋R 2R 1＝2.4 V .12．【答案】：(1)0.4 V (2)0.16 W (3)2 s 【解析】：(1)由法拉第电磁感应定律得 E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB Δt ×12×⎝⎛⎭⎫L 22＝0.4 V .(2)I ＝Er ＝0.4 A ，P ＝I 2r ＝0.16 W.(3)分析线圈受力可知，当细线松驰时有 F 安＝nB t 0I ·L 2＝mg ，I ＝E r ，则B t 0＝2mgrnEL ＝2 T.由图象知B t 0＝1＋0.5 t 0(T)，解得t 0＝2 s.。
高中物理精品课件：法拉第电磁感应定律及其应用
H。
10-6
2.涡流
当线圈中的电流发生变化时,在它附近的任何导体中都会产生感应电流,这
种电流看起来像水的漩涡,所以叫涡流。
3.电磁阻尼
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
阻碍 导体的运动。
4.电磁驱动
如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生
到安培力而运动起来。
感应电流
使导体受
第2节
法拉第电磁感应定律及其应用
一、法拉第电磁感应定律
1.法拉第电磁感应定律
(1)内容: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。
感应电动势与匝数有关
(2)公式:E=n
,其中n为线圈匝数。
(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的
欧姆
定律,即I= + 。
2.导体切割磁感线的情形
场区内从b到c匀速转动时,回路中始终有电流,则此过程中,下列说法正确
的有(
) 答案 AD
A.杆OP产生的感应电动势恒定
B.杆OP受到的安培力不变
C.杆MN做匀加速直线运动
D.杆MN中的电流逐渐减小
6.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应
强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以
B.金属框中电流的电功率之比为4∶1
C.金属框中产生的焦耳热之比为4∶1
D.金属框ab边受到的安培力方向相同
答案 B
素养点拨1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤
(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;
(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;
(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。
法拉第电磁感应定律
问： 1. 此满偏的电表是什么表？说明理由。 2. 拉动金属棒的外力F多大？ 3. 此时撤去外力F，金属棒将逐渐慢下来，最 终 停止在导轨上。求从撤去外力到金属棒停 止运 动的过程中通过电阻R的电量。
θ是v与B的方向夹角。
上式适用导体平动，L垂直v、B。
若θ=90°(v⊥B)时，则E=BLv； 若θ=0°(v∥B)时，则E=0。
⑵ 切割运动的若干图景：
①部分导体在匀强磁场中的相对平动切割
②部分导体在匀强磁场中的匀速转动切割
③闭合线圈在匀强磁场中转动切割
如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面， 先后两次将线框从同一位置匀速地拉出有磁场。 第一次速度v1 = v，第二次速度v2 = 2v，在先、 后两次过程中 （ ） A．线圈中感应电流之比为1：2 B．线圈中产生热量之比为1：2 C．沿运动方向作用在线框上的 外力的功率之比为1：2 D．流过任一横截面的电量之比为1：2
可绕轴O转动的金属杆OA的电阻R / 4，杆长为l，
A端与环相接触，一阻值为R / 2的定值电阻分别
与杆的端点O及环边缘连接．杆OA在垂直于环面
向里的、磁感强度为B的匀强磁场中，以角速度
ω顺时针转动．求电路中总电流的变化范围．
如图所示，长为L、电阻r = 0.3Ω、质量m = 0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两 条平行金属导轨上，两导轨间距也是L，棒与导 轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R = 0.5Ω的电阻，量程为0—3.0A的电流表串接在一条 导轨上，量程为0—1.0V的电压表接在电阻R的两 端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面。现 以向右恒定外力F使金属棒右移。当金属棒以v =2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电 路中一个电表正好满偏，而另一个表未满偏。
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律及应用高考要求：1、法拉第电磁感应定律。
、法拉第电磁感应定律。
2、自感现象和、自感现象和自感系数自感系数。
3、电磁感应现象的综合应用。
、电磁感应现象的综合应用。
一、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律1、 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量磁通量的变化率成正比。
的变化率成正比。
即E ＝n ΔФ/Δt 2、说明：1）在电磁感应中，E ＝n ΔФ/Δt 是普遍适用公式，不论导体回路是否闭合都适用，一般只用来求感应电动势的大小，方向由楞次定律或方向由楞次定律或右手定则右手定则确定。
2）用E ＝n ΔФ/Δt 求出的感应电动势一般是平均值，只有当Δt →0时，求出感应电动势才为瞬时值，若随时间均匀变化，则E ＝n ΔФ/Δt 为定值为定值3）E 的大小与ΔФ/Δt 有关，与Ф和ΔФ没有必然关系。
没有必然关系。
3、 导体在磁场中做切割磁感线运动导体在磁场中做切割磁感线运动1） 平动切割：当导体的运动方向与导体本身垂直，但跟磁感线有一个θ角在匀强磁场中平动切割磁感线时，产生感应电动势大小为：E ＝BLvsin θ。
此式一般用以计算感应电动势的瞬时值，但若v 为某段时间内的平均速度，则E ＝BLvsinθ是这段时间内的平均感应电动势。
其中L 为导体有效切割磁感线长度。
为导体有效切割磁感线长度。
2） 转动切割：线圈绕垂直于磁感应强度B 方向的转轴转动时，产生的感应电动势为：E ＝E m sin ωt ＝nBS m sin ωt 。
3） 扫动切割：长为L 的导体棒在磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，棒上产生的感应电动势：①动时，棒上产生的感应电动势：① 以中心点为轴时E ＝0；② 以端点为轴时E＝BL 2ω/2；③；③ 以任意点为轴时E ＝B ω（L 12 －L 22）／2。
二、自感现象及自感电动势二、自感现象及自感电动势1、 自感现象：由于导体本身自感现象：由于导体本身电流电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是电磁学的基础定律之一，它描述了导体中感应电动势与导体上的磁场变化之间的关系。
该定律由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年提出，经过实验证实并被广泛应用。
本文将介绍法拉第电磁感应定律的原理、公式以及实际应用。
一、定律原理法拉第电磁感应定律是指当导体中的磁通量发生变化时，导体中会感应出电动势和感应电流。
磁通量是一个衡量磁场穿过一个给定表面的大小的物理量。
当磁通量改变时，导体中的自由电子会受到磁力的作用而发生运动，从而产生电流。
这种现象被称为电磁感应。
二、定律公式根据法拉第电磁感应定律，感应电动势（ε）与磁通量变化速率（dΦ/dt）成正比。
其数学表达式如下：ε = -dΦ/dt其中，ε表示感应电动势，单位为伏特（V）；dΦ/dt表示磁通量的变化速率，单位为韦伯/秒（Wb/s）。
根据右手定则，可以确定感应电动势的方向。
当磁场的变化导致磁通量增加时，感应电动势的方向与变化的磁场方向垂直且遵循右手定则；当磁通量减少时，感应电动势的方向与变化的磁场方向相反。
三、应用举例1. 电磁感应产生的电动势可用于发电机的工作原理。
发电机通过转动磁场与线圈之间的磁通量变化来产生感应电动势，最终转化为电能供应给电器设备。
2. 感应电动势也可以应用于感应加热。
感应加热是通过变化的磁场产生的感应电流在导体中产生焦耳热，实现对物体进行加热的过程。
这种方法广泛用于工业领域中的加热处理、熔化金属等。
3. 感应电动势还可以实现非接触的测量。
例如，非接触式转速传感器利用感应电动势来实现对机械设备转速的测量。
四、实验验证1831年，法拉第进行了一系列实验来验证他提出的电磁感应定律。
其中最著名的实验是在一个充满磁铁的线圈中将另一个线圈移动。
当第一个线圈移动时，第二个线圈中就会感应出电流。
这一实验结果验证了法拉第的理论，为电磁感应定律的确认提供了强有力的证据。
五、应用发展法拉第电磁感应定律为电磁学的发展奠定了基础。
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第三节 法拉第电磁感应定律
一、法拉第电磁感应定律
1.感应电动势:
(1)定义:由________产生的电动势叫感应电动势。
(2)产生条件：不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量_＿____＿_,电路中就会产生感应电动
势。
（3）产生感应电动势的那部分导体相当于___＿_＿_,闭合导体回路的其他部分相当于___＿＿__。
若导体回路不闭合则相当于电源＿＿__接入电路的情形。
产生感应电动势的导体相当于电源的情况有以下三种：
①如图甲所示，当向右把线框AB ＣD 的AB 边从磁场中拉出来的过程中，_＿_＿边做切割磁感线运动,则＿___边相当于电源。
②如图乙所示,当开关Ｓ闭合或断开的瞬间,螺线管Ｂ中的磁通量发生变化，而使螺线管Ｂ及与螺线管B 相连的整个闭合回路中有感应电流,则＿__＿___＿相当于电源。
③如图丙所示,当条形磁铁插入水平圆形线圈a 的过程中,线圈a 的各部分都在切割磁感线运动（或穿过线圈a 的磁通量发生变化)，则___＿＿＿整体相当于电源。
2．感应电动势的大小——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,跟穿过这个电路的＿＿_＿＿________成正比。
用公式可以表示为E=n ΔΦΔt ,在国际单位制中,若Ｅ的单位为V,ΔΦ的单位为Wb,Δt 的单位为s 。
(2）表达式:若穿过线圈的磁通量发生变化，且线圈匝数为n ，则感应电动势的表达式为：_____。
(3）对法拉第电磁感应定律的理解:
①感应电动势E 的大小取决于穿过电路的磁通量的_____，而与Φ、ΔΦ的大小__＿_必然联系。
②磁通量变化的三种方式:
一是Ｂ不变，垂直于回路的S 发生变化:21ΔS S S =-，此时E ＝_＿_＿＿__＿_＿；
二是垂直于回路的面积S 不变，Ｂ变化，此时Ｅ＝_________,其中ΔB Δt
叫做磁感应强度的_＿_____，等于B t -图像上某点切线的_＿____；
三是Ｂ、S 都不变,而线圈绕过线圈平面的某一轴转动，此时E=_＿___＿__。
③公式ΔΦE n Δt
=中,若Δt 取一段时间,则E 为Δt 这段时间内的_＿_____＿；若Δt 趋于0，则E 为____＿____,此式多用于求感应电动势的_＿＿＿__值。
二、感生电动势和动生电动势
１、感应电场与感生电动势
由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。
感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力。
由感生电场产生的感应电动势，叫做感生电动势。
表达式：ΔΦE n Δt
= 2、洛伦兹力与动生电动势
动生电动势:磁场不变,由导体运动引起磁通量的变化而产生的感应电动势
思考与讨论
3、转动产生的感应电动势
例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越大
B.线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势越大
C.线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势越大
D.线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大
变式1、穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀地减少2Wb,则（ )
A.线圈中感应电动势每秒增加2V
B.线圈中感应电动势每秒减少2V
C.线圈中无感应电动势 D．线圈中感应电动势大小不变
例２、如图甲所示，一个５０0匝的线圈的两端跟99Ω
R 的电阻相连接，置于竖直向下的匀强磁场中，线圈的横截面积是2
20cm，电阻为1Ω,磁场的磁感应强度随时间变化的图像如图乙所示,求磁场变化过程中通过电阻Ｒ的电流。
变式2、横截面积S＝0．２ m2、n=1００匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内,磁感应强度变化率为0.02 T／s.开始时S未闭合,R1=4 Ω，Ｒ2=6Ω,C=３0 μF,线圈内阻不计,求:
(1)闭合S后，通过R2的电流的大小;
（２)闭合S后一段时间又断开,问S断开后通过Ｒ2的电荷量是多少?
二、导线切割磁感线时的感应电动势
例3、如图所示电路,闭合电路一部分导体aｂ处于匀强磁场中，磁感应强度为B,ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?
变式3、如图所示,在磁感应强度为O.2T的匀强磁场中,有一根长为O.5m的导体棒AB在金属框架
上以10ｍ/s的速度向右滑动，R
1=Ｒ
2
=20Ω，其他电阻不计,求流过AB的电流大小及方向。
课堂针对练习:
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、如图所示，PQＲS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MＮ为边界的匀强磁场，磁场
方向垂直线框平面向里，ＭN线与线框的边成45°角，E、F分别是PS和ＰＱ的中点.关于线框中的感应电流，正确的说法是( )
Ａ．当E点经过边界MN时，线框中感应电流最大
B．当P点经过边界ＭN时，线框中感应电流最大
C.当F点经过边界ＭN时,线框中感应电流最大
D．当Q点经过边界MＮ时,线框中感应电流最大
3、如图所示,圆环a和圆环b半径之比为２∶1，两环用同样粗细的、同种材料的导线连成闭合回
路，连接两圆环电阻不计，匀强磁场的磁感强度变化率恒定,则在a环单独置于磁场中和ｂ环单独置于磁场中两种情况下，M、N两点的电势差之比为( )
A.4∶1
B．1∶4
Ｃ．2∶１
D.1∶２
４、如图所示，金属三角形导轨COＤ上放有一根金属棒ＭN.拉动MN，使它以速度v向右匀速运动,如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同,那么在ＭN运动的过程中,闭合回路的( ）
A.感应电动势保持不变
B.感应电流保持不变
C．感应电动势逐渐增大
D.感应电流逐渐增大
５、如图所示的螺线管的匝数ｎ=150０，横截面积S=20cm2，电阻r=1.５Ω，与螺线管串联的外电阻Ｒ1=１0Ω,Ｒ2=３.５Ω。
若穿过螺线管的磁场的磁感应强度按图(b)所示的规律变化，求: (1)螺线管两端Ｍ、N间的电压,并判断两点间的电势高低;
（2）R1上消耗的电功率。
6、如图所示,水平放置的平行金属导轨,相距l＝0．50 ｍ,左端接一电阻R=0.2０Ω,磁感应强度
B＝０.４0 Ｔ的匀强磁场方向垂直于导轨平面,导体棒ab垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab以ｖ＝４.0 ｍ/ｓ的速度水平向右匀速滑动时,求：
（1）ab棒中感应电动势的大小；
（２)回路中感应电流的大小；
(３)维持ａb棒做匀速运动的水平外力F的大小.
课后巩固练习:
１.关于感应电动势的说法中正确的是( ）
A．跟穿过电路的磁通量成正比 B.跟穿过电路的磁通量变化量成正比
C.跟穿过电路的磁通量变化率成正比Ｄ．跟穿过这一电路的磁感应强度成正比
2．关于感应电流和感应电动势的关系，下列叙述中正确的是( ）
A．电路中有感应电流，不一定有感应电动势
B．电路中有感应电动势,不一定有感应电流
C.两个不同电路中,感应电动势大的其感应电流也大
Ｄ.两个不同电路中，感应电流大的其感应电动势也大
3．一个面积S=4×1０-2m２、匝数n=１0０匝的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度Ｂ随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是（ )
Ａ.在开始的２ s内穿过线圈的磁通量变化率等于－０．0８ Wb/ｓ
Ｂ.在开始的２ s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C.在开始的２ s内线圈中产生的感应电动势等于－0.08 Ｖ
D.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零
4.一闭合线圈，放在随时间均匀变化的磁场中,线圈平面和磁场方向垂直,若想使线圈中感应电流
增强一倍,下述哪些方法是可行的( )
A.使线圈匝数增加一倍
B.使线圈面积增加一倍
C．使线圈匝数减少一半 D．使磁感应强度的变化率增大一倍
５、如图所示，在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒aｂ以水平初速度ｖ０抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将（）
A.越来越大ﻩﻩﻩﻩ
B.越来越小
C.保持不变ﻩﻩ
D.无法确定
6.如图,先后以速度v
1和ｖ
２
匀速把一矩形线圈拉出有界的匀强磁场区域,ｖ
2
=2v
1
，在先后两种情况
下（ )
Ａ．线圈中的感应电流之比Ｉ
１:I
2
＝２：l
Ｂ.作用在线圈上的外力大小之比F
1：F
2
＝1:2
Ｃ.线圈中产生的焦耳热之比Q
１：Q
2
=1：4
Ｄ.通过线圈某截面的电荷量之比q
1：q
２
=1：２
7、如图所示,面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面,已知磁感应
强度随时间变化的规律为B=(２＋０．2ｔ)T,定值电阻R １=6Ω,线圈电阻R２＝４Ω，求: （1)磁通量变化率,回路的感应电动势；
(2)a、b两点间电压U ab
8、如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.５T，并且以△B／△ｔ＝０.1Ｔ/S在变化.
水平轨道电阻不计,且不计摩擦阻力,宽０.5m的导轨上放一电阻R０=0.1Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为M=0.２kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0．4Ω，图中的L=０．8m，求至少经过多长时间才能吊起重物。