第二章電磁感應

第2節法拉第電磁感應定律

法拉第電磁感應定律是電磁學的核心內容。從知識發展來看，它既與電場、磁場和穩恒電流有緊密

聯系，又是后面學習交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。它既是本章的教學重點，也是教學難點。

物理觀念：知道感應電動勢的定義.

科學思維：通過實驗理解法拉第電磁感應定律及數學表達式

科學探究：經歷分析推理得出法拉第電磁感應定律的過程，體會用變化率定義物理量的方法

科學態度與責任：感受科學家對規律的研究過程，學習他們對工作嚴肅認真不怕困難的科學態度。

1、教學重點：法拉第電磁感應定律的建立和應用

2、教學難點：對磁通量，磁通量的變化量和磁通量變化率的理解

多媒體課件

思考引入：讓學生思考并回答以下問題

問題1：什么叫電磁感應現象？

學生回答：利用磁場產生電流的現象

問題2：產生感應電流的條件是什么？

學生回答：（1）閉合電路（2）磁通量變化

問題3：試從本質上比較甲、乙兩電路的異同

既然閉合電路中有感應電流，這個電路中就一定有電動勢。

問題4：

穿過閉合導體回路的磁通量發生變化，閉合導體回路中就有感應電流。感應電流的大小跟哪些因

素有關？

讓學生分組討論，進行大膽的猜想感應電流的大小跟這些因素有關

學生回答：

1.磁場強弱2.運動速度3.線圈匝數

4.磁場方向與導體運動方向5.磁通量大小6.磁通量的變化率

課件展示：實驗裝置如圖所示，線圈的兩端與電壓表相連。將強磁體從長玻璃管上端由靜止下落，

穿過線圈。分別使線圈距離上管口20cm、30cm、40cm和50cm,記錄電壓表的示數以及發生的現象。

分別改變線圈的匝數、磁體的強度，重復上面的實驗，得出定性的結論。

一、電磁感應定律：

1.內容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率ΔΦ/Δt成正比。

Ek

t

當電動勢單位為V,磁通量單位為Wb，時間單位為s時，K的取值為1.

Φ

En

當線圈為n匝時t

2.法拉第電磁感應定律的理解

(1)感應電動勢的大小由線圈的匝數和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量Φ的大小、

變化量ΔΦ的大小沒有必然聯系

(2)磁通量的變化率對應Φ-t圖線上某點切線的斜率．

思考與討論

讓學生思考并回答以下問題：

問題1：磁通量大,磁通量變化一定大嗎?

問題2：磁通量變化大,磁通量的變化率一定大嗎?

教師總結：磁通量的變化率和磁通量、磁通量的變化無直接關系:磁通量大(小,零)，磁通量的

變化率不一定大(小,零);磁通量的變化大(小)，磁通量的變化率不一定大(小).

(可以類比速度、速度的變化和加速度.)

理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意義（課件展示）

應用法拉第電磁感應定律的三種情況

(1)磁通量的變化是由面積變化引起時，ΔΦ＝B·ΔS，則

(2)磁通量的變化是由磁場變化引起時，ΔΦ＝ΔB·S，則

(3)磁通量的變化是由面積和磁場變化共同引起時，則根據定義求，ΔΦ＝Φ末－Φ初

通過以下例題讓學生學會運用公式

例題1：有一個50匝的線圈，如果穿過它的磁通量的變化率為0.5Wb/s，求感應電動勢。

En500.5V25V

t

例題2：一個100匝的線圈，在0.5s內穿過它的磁通量從0.01Wb增加到0.09Wb。求線圈中的感

應電動勢。

0.09-0.01

En100V16V

t0.5

二、導體切割磁感線運動時的感應電動勢

1、導體垂直切磁感線

.

SLs

EBBBLv

ttt

動生電動勢：由于導體運動而產生的電動勢。

2.導體斜切磁感線

EBLv1BLvsin（θ為v與B夾角）

若v//B：E=0（無切割）

L應指切割磁感線的有效長度

公式BLv中的L指的是切割磁感線的有效長度。在上圖中E=BLv，L是圓弧切割磁感線的有效長

度。

練1：求下面圖示情況下，a、b、c三段導體兩端的感應電動勢各為多大？

練2：如圖,一個水平放置的導體框架,寬度L=1.50m,接有電阻R=0.20Ω,設勻強磁場和框架平面垂直,

磁感應強度B=0.40T,方向如圖.今有一導體棒ab跨放在框架上,并能無摩擦地沿框滑動,框架及導體ab

電阻均不計,當ab以v=4.0m/s的速度向右勻速滑動時，試求：

(1)導體ab上的感應電動勢的大小

(2)回路上感應電流的大小

E=BLv=0.80V

E

I4.0A

Rr

3.導體轉動切割磁感線

導體棒在磁場中轉動時，長為L的導體棒OA以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速

轉動產生感應電動勢

1

EBL2

2

思考與討論

如圖導體棒CD在勻強磁場中運動。自由電荷受洛倫茲力，自由電荷相當于紙面向哪個方向運動？

（認為導體棒中的自由電荷是正電荷）導體棒一直運動下去，自由電荷是否總會沿著導體棒運動？

為什么？導體棒哪段的電勢比較高？

一段導線在做切割磁感線的運動時相當于一個電源，通過上面的分析可以看到，這時的非靜電力

與洛倫茲力有關。由于導體棒運動產生感應電動勢，電路中有電流通過，導體棒在運動過程中會受

到安培力的作用。可以判斷，安培力的方向與推動導體棒運動的力的方向是相反的。這時即使導體

棒做勻速運動，推力也做功。如果沒有推力的作用，導體棒將克服安培力做功而消耗本身的機械能

課堂練習

1、關于電磁感應，下述說法中正確的是(D)

A、穿過線圈的磁通量越大,感應電動勢越大

B、穿過線圈的磁通量為零,感應電動勢一定為零

C、穿過線圈的磁通量的變化越大,感應電動勢越大

D、穿過線圈的磁通量變化越快,感應電動勢越大

2、單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，轉軸垂直于磁場。若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化

的規律如圖所示，則：(ABD)

A、線圈中0時刻感應電動勢最大

B、線圈中D時刻感應電動勢為零

C、線圈中D時刻感應電動勢最大

D、線圈中0到D時間內平均感應電動勢為0.4V

3、在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一矩形線框,邊長ab=L1,bc=L2線框繞中心軸00'以角速度ω

由圖示位置逆時針方向轉動。求:

(1)線圈轉過1/4周的過程中的平均感應電動勢

(2)線圈轉過1/2周的過程中的平均感應電動勢

2BLL

E12

2BLL

E12

4、如圖,水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的平行金屬導軌MN和PQ,它們的電阻不計,在M和P

之間接有R=3.0Ω的定值電阻,導體棒長ab=0.5m,其電阻為r=1.0Ω,與導軌接觸良好.整個裝置處于方

向豎直向下的勻強磁場中,B=0.4T.現使ab以v=10m／s的速度向右做勻速運動.

(1)ab中的電流多大?ab兩點間的電壓多大?

(2)維持ab做勻速運動的外力多大?

(3)ab向右運動1m的過程中,外力做的功是多少?電路中產生的熱量是多少?

（1）I=0.5AU=1.5V

（2）F=0.1N

（3）WF=0.1JQ=0.1J

5、如圖,有一勻強磁場B=1.0×10-3T，在垂直磁場的平面內,有一金屬棒AO,繞平行于磁場的O軸

順時針轉動,已知棒長L=0.20m，角速度ω=20rad/s，求：棒產生的感應電動勢有多大？

BSBL2

E8104V

t22

X&X

本節課作為一節理論探究課，比較抽象，學生在學習本節知識時有一定的難度。