第三章二、法拉第电磁感应定理
电汽化须要强悍的电力。要借助电磁感应现象来获得大规模使用的电，还有许多规律要探求。诸如，如何使电磁感应获得的电流高一些，就是一个必须解决的问题。法拉第电磁感应定理的完善，为解决实际问题指明了方向，叩开了电汽化的房门。
在电磁感应现象中，既然在闭合电路中形成了感应电压，这个电路中就一定有电动势。我们把电磁感应现象中形成的电动势称作感应电动势（force）。在闭合电路里，形成感应电动势的那部份导体相当于电源。
我们晓得，在一个简单电路中，两节干电瓶串联上去形成的电压小于一节干电瓶形成的电压。这说明，电源的电动势高，电路中流过的电压就大。因而在电路组成不变的情况下，依据感应电压的大小，可以判定感应电动势的大小。
在电磁感应现象中，感应电动势的大小跟哪些诱因有关呢？
演示
如何使感应电动势大一些
1．我们一直用图3.1-2和图3.1-3的装置做实验，研究影响感应电动势大小的诱因。
在图3.1-2中，使导体棒以不同的速率切割磁感线，观察电压表表针偏转的幅度。我们发觉：为了使感应电动势大一些，可以___。
2．在图3.1-3中，使吸铁石以不同的速率插入线圈和从线圈中抽出，观察电压表表针偏转的幅度。我们又发觉：为了使感应电动势大一些，可以_____。
思索与讨论
通过上面的实验，我们晓得了在不怜悯况下获得较大的感应电动势的技巧。在这两种情况下，感应电动势的大小都与磁路量的变化有关。能不能借助磁路量的概念，把两种情况概括上去，用一句话说明哪些条件下可以获得较大的感应电动势？
许多实验都表明，感应电动势的大小跟磁路量变化的快慢有关。我们用磁路量的变化率来描述磁路量变化的快慢，它是磁路量的变化量跟形成这个变化所用时间的比值。
请备考选修数学课小学习速率、加速度时关于变化率的说明。
假如时刻t1穿过闭合电路的磁路量为Φ1，时刻t2穿过闭合电路的磁路量为Φ2，在t1到t2这段时间里磁路量的变化量就是Φ2－Φ1，记为ΔΦ＝Φ2－Φ1。这个变化是在Δt＝t2－t1这段时间内发生的，铁损量的变化率应当表示为(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})。
看来，吸铁石与导体的相对运动速率越大，形成磁路量变化ΔΦ所用时间Δt就越小，所以(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})就越大，形成的感应电动势也越大。
法拉第电磁感应定理
大量实验表明：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁路量的变化率成反比。这就是法拉第电磁感应定理（lawof）。
假如用E表示感应电动势，它的单位是伏特（V），铁损量和时间的单位分别用韦伯（Wb）和秒（s），法拉第电磁感应定理可以用公式表示为
E＝(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})
实验
多匝线圈的感应电动势
我们探究线圈的阻值与感应电动势的关系。
首先想一想，线圈的阻值与感应电动势可能有哪些关系？
一个闭合电路可以看做由1匝线圈组成。假如线圈是多匝的，因为每一匝线圈中就会形成感应电动势，在多匝线圈上形成的感应电动势大约要比1匝线圈形成的感应电动势大！
我们一直用上面的实验装置来研究，但此次选用阻值不同的两个线圈。
实验时把条形吸铁石插入一个线圈和从这个线圈中抽出，之后以相同的速率插入另一个阻值不同的线圈和从这个线圈抽出。
将观察到的现象，记录在下边的表格中。
表针摇晃的幅度
线圈阻值
磁极N极插入
磁极N极抽出
10匝
100匝
从前面的记录看法拉第电磁感应实验，你觉得感应电动势的大小跟线圈阻值的多少有哪些关系？
精确的实验告诉我们，在n匝线圈组成的电路上，形成的感应电动势是
E＝n(frac{{DeltaPhi}}{{Deltat}})
在实际工作中，为了获得较大的感应电动势，往往采用几百匝甚至几千匝的线圈。
法拉第电磁感应定理进一步阐明了电与磁的相互联系，同时也告诉我们：电能的形成一定是以消耗其他方式的能量为代价的。在后面的实验中，无论导体切割磁感线，还是把吸铁石插入线圈或从线圈中抽出，都是消耗了机械能才获得了电能。而在电瓶中，是将物理能转弄成了电能。
明天，我们使用的电能从各类方式的能转化而至：风力发电，是把空气流动的动能转化为电能；水力发电，是借助水的机械能带动发电机来发电；火力发电，是借助石油、天然气或煤燃烧时的内能，促使蒸气轮机再推动发电机来发电……随着社会对电力需求的不断减小，人们仍然在探求获取电能的更好方式。并且到目前为止，各类获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定理为理论基础的，不同的只是怎样来促进发电机而已。
探求者
开门时线圈中会有电压吗？
分别给门的四角钉上大铁钉，用电缆线顺着4个铁钉绕制一个几十匝的大线圈，如图3.2-1所示。线圈的两端连在一个电压表上。开门、关门时能不能发出电来？试试看！
图3.2-1开门时能有电压吗？
假如发电疗效不显著法拉第电磁感应实验，想一想，应当如何改进？
问题和练习
1．电路中感应电动势的大小，是由穿过这一电路的所决定的。
a．磁路量
b．磁路量的变化量
c．磁路量的变化率
以上填空的三个选项，正确的其实是c，但你能说明选项a和选项b的涵义吗？你觉得当初安培实验时最初的推测是那个选项？
2．在图3.2-2中，闭合圆形线圈不动，磁极在线圈中转动，假如磁极转动的速率不同，线圈中形成的感应电动势相同吗？
图3.2-2磁极转动速率不同时，线圈中的感应电动势相同吗？
3．两个阻值不同的线圈绕在同一个圆筒上，如图3.2-3所示，它们的阻值nA＞nB。当一个条形磁极穿过圆筒时，那个线圈形成的感应电动势大些？
图3.2-3那个线圈中的感应电动势大些？
4．某单车上有一个如图3.2-4所示的装置，滚轮靠在单车车胎的边沿上。单车行驶时，滚轮带着其中的磁极转动。这个装置有哪些用途？
图3.2-4单车所用“电滚子”
5．桌面上放着一个单匝圆形线圈，线圈中心上方一定高度上有一矗立的条形磁极（图3.2-5），此时线圈内的铁损量为0.04Wb。把条形磁极竖置于线圈内的桌面上时，线圈内磁路量为0.12Wb。分别估算以下两个过程中线圈中的感应电动势。
图3.2-5估算线圈中的感应电动势
（1）把条形磁极从图中位置在0.5s内放在线圈内的桌面上；
（2）换用10匝的圆形线圈，线圈面积和尾单匝线圈相同，把条形磁极从图中位置在0.1s内放在线圈内的桌面上。
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