2.2.1 法拉第电磁感应定律（课件）-2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版）

2.2 法拉第电磁感应定律 问题引入 由上一章我们知道闭合回路中的磁通量发生改变时,回路中会产生感应电流,并且可以通过楞次定律判断感应电流的方向。 楞次,1804年2月24日-1865年2月10日),俄国物理学家、地球物理学家 如何定量化电流的大小以及感应电动势的大小? 法拉第电磁感应定律 感应电动势 一、定义 在内电路中,感应电动势的方向由电源的负极指向电源的正极,跟闭合回路内电路中的电流方向一致,如图所示: 在电磁感应现象中产生的电动势被称为感应电动势。 产生感应电动势的那部分导体相当于电源,导体本身的电阻相当于电源内阻。 I 实验探究:感应电动势与磁通量变化的关系 部分导体切割磁感线 部分导体切割磁感线 观察在不同速度的情况下电流计指针偏转的角度情况。 实验探究:感应电动势与磁通量变化的关系 结论: (1)感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关,越快越大。 (2)感应电动势的产生与电路是否闭合无关,感应电动势比感应电流更能反应电磁感应现象的本质。 电磁感应定律 一、内容和公式 (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: 感应电动势的单位为V,且1V=1Wb/s。 线圈有n匝 (3)感应电动势E的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ,而与Φ的大小,ΔΦ的大小没有必然联系,与电路中的电阻无关;感应电流的大小与感应电动势E和回路的总电阻R有关。 例题1、下列关于感应电动势和感应电流的说法中,正确的是( ) A.只要导体在磁场中运动,导体中就有感应电动势 B.穿过一个电路的磁通量发生变化,这个电路中就一定有感应电流 C.穿过一个闭合电路的磁通量发生变化,这个电路中一定有感应电动势 D.两个闭合电路中的感应电动势相同,那么它们的感应电流一定相同 解:在第2s内,磁场的方向垂直于纸面向外,且均匀减小,所以产生恒定的电流,根据楞次定律,感应电流的方向为逆时针方向,所以B正确。 故选:B。 B 例题 例题 例题2、环形线圈放在均匀磁场中,设在第1秒内磁感线垂直于线圈平面向内,若磁感应强度随时间变化关系如图,那么在第2秒内线圈中感应电流的大小和方向是( ) A.感应电流大小恒定,顺时针方向B.感应电流大小恒定,逆时针方向C.感应电流逐渐增大,逆时针方向D.感应电流逐渐减小,顺时针方向 C 解:A、导体在磁场中运动,不一定切割磁感线,因此不一定会有感应电动势;故A错误; B、有感应电动势但电路不闭合,则不会有感应电流;故B错误,C正确; D、当两个闭合电路中的感应电动势相同,但电阻不同,会导致电流的不同,故D错误; 故选:C。 电磁感应定律 (4)公式 中,若Δt取一段时间,则E为Δt时间内的平均感应电动势,只有当Δt趋近于零时,E才可视为瞬时值;当磁通量均匀变化时,某一时刻的瞬时感应电动势等于全段时间内的平均感应电动势。 磁通量的变化是由面积变化引起时,ΔΦ=B·ΔS,则 磁通量的变化是由磁场变化引起时,ΔΦ=ΔB·S,则 (5)磁通量发生变化通常有两种情况: 例题 例题3、如图所示,面积为S的N匝闭合线圈abcd水平放置,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈平面与磁场磁感应强度的夹角为45°。现将线圈以ab边为轴以角速度ω按顺时针转动90°,则( ) A.线框水平时,线框中磁通量为 B.线框转动90°过程中,线框中磁通量变化量为0 C.线框转动过程中,感应电流先沿adcba后沿abcda D.线框转动90°过程中,线框中平均电动势为 D 导体切割磁场时产生的电动势(动生) 一、动生电动势公式:E=BLV或E=BLVsinθ 推导: (1)如图所示,导体ab在间距为L的两导轨上以速度v垂直切割磁感线,磁场的磁感应强度为B。导体ab运动时产生感应电动势。这属于闭合电路由于面积的改变而引起的磁通量的变化,从而产生感应电动势的情况。由法拉第电磁感应定律可知,在时间t内产生的感应电动势 导体切割磁感线产生的电动势 (2)若导体不是垂直切割磁感线,即v与B有一定夹角θ,如图所示,此时可将导体的速度向垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解,则分速度Vx=Vcosθ不使导体切割磁感线,使导体切割磁感线的是分速度Vy=Vsinθ,从而导体产生的感应电动势为: 公式E=BLVsinθ的理解 二、对公式E=BLVsinθ的理解 (1)该公式可以看成法拉第电磁感应定律的一个推论,一般用来求导体运动速度为V是切割磁感线产生的瞬时电动势;但若速度为导体运动的平均速度,则求得的电动势为平均电动势。 (2)当B、L、V三个量相互垂直时,感应电动势最大;当有任意两个量平行时,感应电动势为零。 (3)L应指切割磁感线的有效长度 例题4、如图所示,MN、PQ为两条水平放置的平行金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两