1. 第 4 章 第 4 章電磁感應 電磁感應 (1 1) 閉路) 利用磁場產生電流的閉路現象。 利用磁場產生電流的現象。 問題1 1：什么是電磁感應現象？ : 電磁感應現象是什么？ 問題2 2：產生感應電流的條件是什么？ : 產生感應電流的條件是什么？ (2 2) 磁通量變化) 磁通量變化 思考：：問題 問題3：嘗試從本質上比較A 和B 電路的異同。 既然閉路是在閉路中，本質上就比較A、B這兩個電路的異同。 有感應電流，就有感應電流。 在這個電路中，每個電路中都必然存在電動勢。A、A、NSG、B、B 導體中產生電動勢的部分相當于電源。 導體中產生電動勢的部分相當于電源。 1.定義：，定義：電磁感應現象中產生的電動勢。
2.產生的電動勢稱為感應電動勢（感應電動勢（E）。。一個閉合電路。閉合電路中存在感應電流。這個電路中必然存在感應電動勢。必然存在感應電流。該電路中的電動勢...,感應電動勢 1.感應電動勢 導體中產生感應電動勢的部分 導體中產生感應電動勢的部分相當于電源。.2.產生條件： . 產生條件：只要通過電路的磁通發生磁通變化時，電路中就會產生感應電動勢，電路中就會產生感應電動勢。3、感應電動勢和感應電流： 、感應電動勢和感應電流：只要磁通量變化，只要磁通量變化，電路中就會產生感應電動勢。 產生感應電動勢； 如果電路再次閉合，電路中就會產生感應電流。 電路中將會產生感應電流。 磁通量將會改變。
3、是電磁感應產生的根本原因。 磁通量的變化是產生電磁感應的根本原因； ; 感應電動勢的產生是電磁感應現象的本質。 感應電動勢的產生是電磁感應現象的本質。 觀察實驗，觀察實驗，分析思考，分析思考：問題問題1：在實驗中，電流表指針偏轉的原因是什么？ 問題2：電流表指針的偏轉與感應電動勢的大小有什么關系？ 電流表指針的偏轉程度與感應電動勢的大小有什么關系？ 關系？ 問題3：實驗中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈同一位置，快插入和慢插入同一位置線圈，快插入和慢插入有何異同？ 刀片之間有哪些相同點和不同點？ 變化 變化 產生 E 產生 產生 I 問題 問題 1 1：實驗中法拉第電磁感應定律，電流表指針：
4、實驗過程中電流表指針偏轉是什么原因？ 偏轉的原因是什么？ 知道：rREI的總電阻是一定的。 當總電阻一定時，E越大，I越大，指針偏轉越大。 問題2 2：電流表指針的偏轉程度與：電流表指針的偏轉程度與感應電動勢的大小有關。 有什么關系？ 感應電動勢的大小有何關系？ 變化的速度不同。 變化的速度不同。 一切都變了。 一切都變了。 所有人都產生了E(I)。 產生的E(I)具有不同的大小。 磁通量發生變化。 磁通量變化越快，感應速度越快。 電動勢越大。 ，感應電動勢越大。磁通量變化有多快？ 磁通量變化有多快？ t越大，越大嗎？ 從條件看，從條件看，從結果看，從結果看，一樣，不同，不同。 問題3：在實驗中，條形磁鐵從實驗中相同的高度移動。 ，將條形磁鐵從同一位置放置
5.將高度插入線圈中的相同位置。 快速插入和慢速插入插入線圈中的同一位置。 快速插入和慢速插入有何異同？ 有哪些相同點和不同點？ 磁通量變化率 磁通量變化率 2. 法拉第電磁感應定律 2. 法拉第電磁感應定律 電路中感應電動勢的大小與電路中感應電動勢的大小成正比。電路和通過電路的磁通量的變化率。 比較。 1 1.內容： :tEtnE 注：注：公式中不涉及絕對值，不涉及正負，單獨判斷感應電流的方向。 正或負，感應電流的方向分別確定。 2 2.公式 公式： ：n為線圈匝數， 為線圈匝數。 問題一：磁通量大：磁通量大，磁通量的變化就一定大嗎？ 磁通量的變化一定很大嗎？ 問題2：磁通量變化大：
6、如果磁通量變化較大，則磁通量的變化率。 磁通量的變化率一定很大嗎？ （可以比喻為速度、速度的變化和加速度。） 磁通量與磁通量的變化率、磁通量 磁通量的變化率與磁通量與磁通量的變化沒有直接關系。 沒有直接關系：磁通量大，磁通量大（小，零，零），磁通量大，磁通量的變化率不一定大。 磁通量的變化率不一定大（小、小、零）。 零零）； 磁通量的變化大，磁通量的變化大（小），磁通量的變化率不一定大，磁通量的變化率不一定大（小）。 思考與討論 關于物理意義的思考與討論 物理意義與電磁感應 與電磁感應的關系 磁通 穿過環路的磁通量 穿過環路的磁感應線數 線數 無直接關系 無直接關系 磁通變化 磁性磁通量變化 通過環路的磁通量
7. 通過回路的磁通量變化有多大？ 產生感應電動勢的電位的條件。 磁通量變化率。 磁通量變化率/tt。 通過環路的磁通量變化有多快？ 磁通量變化的速度有多快？ 確定決定感應電動勢的電勢大小。 3、明白了，明白了：，/t的含義1、磁感應強度B不變，出現垂直于磁場的環路面積和垂直于磁場S的環路面積。 變化變化，SS2-S1，此時： 2、垂直于磁場的環路面積，垂直于磁場S的環路面積不變，磁感應強度B變化，BB2-B1，此時：此時： 4.應用、應用：用公式求出E的兩種常見情況： 常見情況：（感應電動勢）（感應電動勢）
8. 電勢) (感應電動勢) (感應電動勢) 有一個50匝的線圈。 如果線圈的磁匝穿過它，如果磁通穿過它的變化率，磁通的變化率為0.5Wb/s，求感應電，求感應電動勢。 勢頭。 25V 示例與實踐 示例與實踐 1 100 匝線圈。 在線圈中，通過它的磁通量在0.5s內從0.01Wb增加到0.09Wb。 求線圈中的感應電動勢。 求線圈中的感應電動勢。 16V 示例和練習 示例和練習 2 將匝數為 100、面積為 10cm2 的線圈垂直于磁場放置。 線圈垂直于磁場放置。 磁場從1T增加到9T。 找到線圈中的感覺。 求線圈中的感應電動勢。 響應電動勢。 1.6V示例與實踐 and
9. 3如圖所示，半徑如圖所示。 半徑為r的金屬通過一定的直金屬圍繞一定直徑的軸00，并以角速度勻速旋轉。 均勻一致的磁場的磁感應強度。 磁場的磁感應強度為B。從金屬環面看，當金屬環面的方向與磁場方向重合時，金金屬環穿過金屬環并旋轉900度時開始計時。 在環中產生角度的過程中，環中產生的電動勢的平均值是多少？ 平均值是多少？ 示例與實踐示例與實踐4 磁感應強度在磁感應強度為B的均勻磁場中。在均勻磁場中，有一個矩形線框，邊長ab=L1，bc=L2。 線框繞中心軸繞中心線框旋轉。 位置逆時針旋轉。查找旋轉方向
10. 求： (1) 線圈旋轉1/4 圈過程中的平均感應電動勢。 示例與實踐 示例與實踐 在磁感應強度為 B 的均勻磁場中 在均勻磁場中，有一個矩形線框，邊長 ab=L1，bc=L2。 線框繞中心軸繞中心線框旋轉。 軸00從圖中所示位置以逆時針角速度旋轉。 逆時針旋轉至指示位置。 求旋轉方向。求： (2) 線圈旋轉1/2周期過程中的平均感應電動勢。 示例與實踐 示例與實踐 /10- -2Wbt/sA B D0120.1 單匝矩形 線圈在均勻磁場中勻速旋轉，旋轉軸垂直。 單匝矩形線圈在均勻磁場中勻速旋轉，旋轉軸垂直。
11.在磁場中。 如果線圈所包圍的區域內的磁通量隨著時間的推移變成直達磁場。如果線圈所包圍的區域內的磁通量隨著時間的變化如圖所示，則： () A. 在線圈中，時間0時線圈中的感應電動勢最大，時間B時線圈中的感應電動勢最大。線圈中，時間D時線圈中的感應電動勢為零。 D 時刻線圈中的感應電動勢為零。 C、線圈中，D時刻線圈內的感應電動勢最大。 D 時刻線圈中的感應電動勢。 線圈中從0到D的平均感應電動勢為 平均感應電動勢為0.4VABD 實施例與實踐 實施例與實踐6 斜率表示斜率所表示的變化率。 時間環中 Gabv 環 ab 的變化率在時間 t 的區域內增大： 增大的面積為： S=Lvt 產生的感應電動勢為： 產生的感應電動勢的變化為：通過線圈的磁通量 通過線圈的磁通量的變化為
12.：=BStE = BLv（V為相對于磁場的速度） 3.導體切割磁力線時的感應電動勢 3.導體切割磁場時的感應電動勢線的感應電動勢如圖所示封閉線框內導體的一部分。 封閉線框內的導體ab的一部分的長度為l。 它處于均勻磁場中。 磁感應強度為B。在均勻磁場中，ab以速度v勻速切割磁場感應線，求切割磁感應線時產生的感應電動勢，求感應電動勢vB BV1V2如果導體的運動方向與磁感應強度方向之間存在角度，就會產生這種現象。 如果導體的運動方向與磁感應強度方向存在夾角（導體斜切磁感應線斜切磁力線）注：注：2、導線的長度與長度導線的L應為有效長度。 有效長度 1、導線運動方向與磁場線平行。 導線的運動方向與磁場線平行。
13.平行時，E=03，速度，速度v為平均值（瞬時值），E為平均值（瞬時值），Lv為v與B角3.導體切割磁力時的三場線。 導體切割磁力線時產生的感應電動勢。 感應電動勢BLvE是均勻磁場。 均勻磁場 v、BB 和 LL 成對垂直。 vBLL 成對垂直。 與 Bv 的角度為 3。 3、導體切割磁力線時的感應電動勢。 導體切割磁力線時的感應電動勢如圖所示。 均勻磁場的磁感應強度如圖所示。 均勻磁場的磁感應強度為B，長度為L。金屬棒的金屬棒ab在垂直于B的平面內運動，速度v與L形成角度。求金屬棒的角度棒，并求由金屬棒產生的感應產生的感應電動勢 ab.
14. 潛力。 abvE=示例及練習示例及練習7 在磁感應強度為B的均勻磁場中，有一個匝數為n的矩形線圈和一個長度為n的矩形線圈。 長度ab=L1、bc=L2的線圈從圖中所示的位置開始以逆時針方向繞中心軸OO以角速度旋轉。 從圖中所示位置逆時針方向求旋轉方向。求： (1) ab 面旋轉 1/4 轉時產生的瞬時感應電動勢。 (2) ab 面旋轉 1/2 轉時產生的瞬時感應電動勢。 旋轉的瞬時感應電動勢是旋轉一圈的過程。 在公轉過程中，此時ab邊產生的感應電動勢最大。 哪個時刻的感應電動勢最大？ 哪個時刻最小？ 哪個時刻最小？ 思考： 舉例：
15、練習例子和練習題： 問：公式、公式、BLvE和公式之間有什么區別和聯系？ (1) 計算的是平均感應電動勢。 計算的是平均感應電動勢。 E對應一定的時間或者一定的過程； 對應于一定的時間或者一定的過程。 計算的是瞬時感應電動勢。 計算出E。 為瞬時感應電動勢，E對應于某一時刻或某一位置。 (2) 得到的是整個電路的感應電動勢。 得到的是整個電路的感應電動勢； 感應電動勢； 發現的是導體某一部分的電動勢。 環路中感應導體的電動勢。 當回路中的感應電動勢為零時，以及當回路中某一段的導電電動勢為零時，回路中某一段導體的感應電動勢不一定為零。 身體的感應電動勢不一定為零。 , 差異： 差異：
16. (1) 當式中時間接近0時，E為瞬時感應電動勢。 (2) 式中，若v表示平均速度，則if表示平均速度，則E為平均感應電動勢。 是平均感應電動勢。 2、聯系方式：，聯系方式：問題：問題：公式、公式BLvE和公式與公式有什么區別和聯系？公式公式與公式與公式是統一的。 如圖所示，長度為L的銅棒OA位于以O為軸垂直于均勻軸且垂直于均勻磁場的平面內。 在具有一定角速度的強磁場平面內以恒定角速度旋轉。 磁場的磁感應強度為B。求棒OA兩端的電勢差。 實例與練習 實例9如圖所示。 有兩個極點遠離水平面
17、導軌MN和PQ上有兩條間隔0.5m的足夠長的平行金屬導軌。 他們的抵抗沒有被計算在內。 M、P間間接連接，定值電阻R=3.0，導桿長度ab=0.5m，其阻值r=1.0，與導軌接觸良好。 整個裝置處于垂直方向，整個裝置處于垂直向下的均勻磁場中，B=0.4T。 現在讓ab以v=10ms的速度向右勻速運動。 (1) ab 處的電流有多大？ 兩點ab之間的電壓有多大？ （2）保持ab勻速運動的外力有多大？ (3) 保持ab勻速運動的外力有多大？ (3) ab 向右運動 向右運動 1m 的過程中，
18. 外力做了多少功？ 電路中產生多少熱量？ 電路中產生多少熱量？ =0.1JI=0.5AF=0.1NQ=0.1JU=1.5V 示例與練習 示例與練習 10 題 問題 1：在 P16 的圖 4.4-3 中，電源在電機線圈中產生的電流的方向是什么？ AB邊、邊CD上的力的方向是什么？ 力的方向是什么？ 線圈的運動方向是什么？ 線圈的運動方向是什么？ 直流電機的原理 直流電機的原理：通電導線在磁場中通電。 導線在磁場中通過安培力移動。 問題2：電機線圈在磁場中旋轉時，會產生感應電動勢嗎？ 電機線圈在磁場中旋轉時會產生感應電動勢嗎？ 向什么方向發展？ 問題
19、問題3：感應電動勢是否因電源而增強？ 電源產生的感應電動勢是加強電源產生的電流，還是減弱電源的電流？ 是對導線有利，對線圈的旋轉有利，還是阻礙線圈的旋轉？ 旋轉圓的旋轉是否會阻礙線圈的旋轉？ 4. 反電動勢 4. 反電動勢 1. 定義： 定義： 電機旋轉時產生的感應電動勢 電機旋轉時產生的感應電動勢總是會削弱所產生的功率 電流電源產生的電流，這個電動勢電動勢稱為反電動勢。 2.作用：，作用：阻礙線圈轉動。 為了維持線圈的旋轉，電源必須移向線圈。 為了向電機提供電能，電源必須向電機提供電能。 電能被轉換成其他形式的能量。 電能被轉換成其他形式的能量。 問題4：如果電機因機械阻力而通過
20、如果電機因機械阻力過大而停止轉動，會發生什么情況？ 此時應采取什么措施呢？ 4. 反電動勢 4. 反電動勢 3. 應用:, 應用: 當電機停止轉動時，不會有反電動勢，線圈中的電流會很大，電機會燒壞。 電機會燒壞。 必須立即切斷電源，切斷電源，進行檢查。 查看。 關于電磁感應，下列有關電磁感應的說法正確的是。 下面正確的說法是（ ） A．通過線圈的磁通量越大，通過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大。 電動勢B越大，通過線圈的磁通量為零，通過線圈的磁通量為零，感應電動勢必定為零，感應電動勢必定為零，零C，變化越大穿過線圈的磁通量越大，穿過線圈的磁通量的變化就越大。
21、磁通量變化越大，感應電動勢越大。 D.通過線圈的磁通量變化越快。 通過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢就越大。 D.注：感應電動勢 感應電動勢E與R=0.20的關系。 假設均勻磁場垂直于框架平面。 假設均勻磁場垂直于框架平面。 磁感應強度B=0.40T。 方向如圖所示。 有一個導體條，并且有一個橫跨框架放置的導體條ab。 上跨置于框架上，可沿框架滑動，無摩擦。 電阻中不包括框架、框架和導體ab的電阻。 當當ab移動的速度為v=4.0m/s。 向右
22、勻速向右滑動時，試求： 勻速滑動時，試求： （1）導體ab上感應電動勢的大小 （2）感應電流的大小在循環上。 電流的大小E=BLv=0.80VA0。 4rREI實例及練習 實例及練習12 摘要： 總結：由于導體運動過程中感應的電動勢不發生變化，瞬時值等于平均值??，因此電勢可能不會變化。 變化時，瞬時值等于平均值??，所以也可以用下面的公式求E。如果此時電阻兩端有電壓，并且此時電阻兩端有電壓表，則測量值是外電路上的電壓，即萬用表測量外電路上的電壓，如圖所示。 有均勻磁場，均勻磁場B=1.010- -3T。 在垂直方向上法拉第電磁感應定律，磁場位于垂直磁場的平面內。
23、在磁場平面內，有一根金屬棒和一根金屬棒AO，金屬棒AO繞平行于磁場的O軸順時針旋轉。 桿的長度是已知的。 已知桿長為L=0.20m。 角速度 角速度=20rad/s。 求：棒產生的感應電動勢。 求：棒產生的感應電動勢有多大？ 潛力有多大？示例與實踐示例與實踐2/2/）（中總結：總結：也可以用它來計算，因為從OA來看，各點的線速度是均勻變化的，所以取點的速度桿的中點代表桿的平均速度，桿的平均速度，從，仍然得到上面的結果，如圖所示，邊長如圖所示，一個正方形閉合線框ABCD長度a處于均勻磁場中
24、在均勻磁場中繞AB勻速旋轉。 磁感應側勻速旋轉。 磁感應強度為B。初始時刻線框所在平面垂直于磁場。 初始時刻線框所在平面垂直于磁感應線。 感應線垂直后，經過時間 t，已旋轉了 1200 度。 求：角度。 求： (1) 線框內感應電動勢) t 時間內線框內感應電動勢的平均值。 (2)轉)角度轉1200°時感測到的電動勢的瞬時值。/(2t)示例與練習示例與練習14如圖所示，將條形磁鐵插入到一定的位置閉合線圈。 如圖所示，將條形磁鐵插入某個閉合線圈中。 第一次使用需要0.05s，第二次使用需要0.1s。 嘗試去找：。 試求： (1) 兩個線圈的兩個線圈中的平均感應電動勢之比。 (2)兩個線圈的兩個線圈中的電流之比。 (3) 兩個線圈中的電流之比。 電荷量與通過線圈兩次的電荷量之比是多少？ (4) R 兩次產生的熱量的比值是多少？ 示例和練習 示例和練習 15
