普通高中物理选择性必修二 第二章第2节 法拉第电磁感应定律

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• 普通高中物理选择性必修二 第二章第2节 法拉第电磁感应定律
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 电磁感应定律
• 感应电流的大小与哪些因素有关呢？
• 思考
  • 导线切割磁感线产生感应电流
    • 导线切割磁感线的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流越大。
  • 向线圈中插入条形磁体产生感应电流
    • 磁体的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流越大。
  • 当回路中电阻一定时，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关。
    • 磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。
    • 感应电流的大小与磁通量的变化率有关。
• 做一做
  • 实验装置
    • 实验装置如图，线圈的两端与电压表相连。
  • 实验过程
    • 将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。
    • 分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm，记录电压表的示数以及发生的现象。
    • 分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复实验，得出定性的结论。
• 电磁感应定律
  • 电路中有感应电流，就一定有电动势。
    • 如果电路没有闭合，这时虽然没有感应电流，电动势依然存在。
  • 在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势。
    • 产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
  • 德国物理学家钮曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后提出电磁感应定律。
    • 因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人称电磁感应定律为法拉第电磁感应定律。
• 法拉第电磁感应定律
  • 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。
  • 公式
    • 极短的时间Dt内，磁通量的变化量为DF。
      • 磁通量的变化率为
    • 电磁感应定律表示为
      • 式中k是比例常数
        • 国际单位制中，E 的单位是伏(V)，F 的单位是韦伯(Wb)，时间的单位是秒(s)，这种情况下k=1。
    • 闭合电路是一个匝数为n的线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量问题相同的。
      • 这样的线圈可以看成是由n个单匝线圈串联而成的。
      • 整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍。
        • 公式只表示感应电动势的大小，感应电流的方向则用要楞次定律判定。
• 导线切割磁感线时的感应电动势
• 导线做切割磁感线运动而使磁通量变化，是法拉第电磁感应定律的一种更简单、更便于应用的形式。
• 导线 切割 磁感线
  • 导线的运动方向与磁感线垂直
    • 如图所示，把矩形线框CDMN放在磁感应强度为B的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒MN的长度为l，它以速度v向右运动。
      • 闭合电路磁通量的变化量
        • 在Dt时间内，线框位置由MN移到M1N1，线框面积变化量
        • 这个过程穿过闭合电路的磁通量变化量是
      • 感应电动势
        • 根据法拉第电磁感应定律
  • 导线的运动方向不与磁感线垂直
    • 导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一个夹角q
      • 分解速度
        • 垂直于磁感线的分量
          • 切割磁感线，产生感应电动势
        • 平行于磁感线的分量
          • 不切割磁感线，不产生感应电动势
• 思考与讨论 如图，导体棒CD在匀强磁场中运动，自由电荷（为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷）会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。
  • 导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向？
  • 导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？
  • 导体棒哪端的电势比较高？
• 一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源。
  • 这时的非静电力与洛伦兹力有关。
  • 由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。
  • 导体棒所受安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向相反。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。
  • 如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能。
  • 感应电动势是由于导体运动而产生的，这种电动势也叫作动生电动势。
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