第二章 2.法拉第电磁感应定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

2.法拉第电磁感应定律 【核心素养目标】 物理观念 了解感应电动势的概念，会判断等效电源，判断感应电动势的方向。 科学思维 理解法拉第电磁感应定律，并能运用法拉第电磁感应定律分析、计算相关问题；能够运用E＝BLv或E＝BLvsin α计算导体切割磁感线时产生的感应电动势。 科学态度与价值 会应用法拉第电磁感应定律推导公式E＝BLvsin α进行有关计算；能利用法拉第电磁感应定律解决一些实际问题，培养学生的科学态度。 一、电磁感应定律 1．感应电动势 (1)定义：在电磁感应现象中产生的电动势。 (2)产生条件：穿过电路的磁通量发生变化，与电路是否闭合无关。 2．法拉第电磁感应定律 (1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。 (2)表达式：E＝(单匝线圈)；E＝n(n匝线圈)。 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1．导体棒垂直于磁场运动，B、L、v两两垂直时，如图甲所示，E＝BLv。 2．导线的运动方向与导线本身垂直，与磁感线方向夹角为α时，如图乙所示，则E＝BLvsin_α。 1．判断正误 (1)在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流。(　　) (2)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大。(　　) (3)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越大，线圈中产生的感应电动势一定越大。(　　) (4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大。(　　) (5)对于E＝BLv中的B、L、v三者必须相互垂直。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 2．链接实景 生活中有一种手压式自发电手电筒，只要用手轻轻按压发电手柄，就可以为LED光源供电，连续按压发电手柄15秒所产生的电能可以维持LED光源持续发光。这种手电筒照明时不需要电池，那么它的电能是从哪里来的？ 提示：通过按手柄，使塑料齿轮带动铜丝线圈内磁性飞轮高速旋转，铜丝切割磁感线产生感应电流，使LED光源发光。 学生用书↓第45页 知识点一　法拉第电磁感应定律的应用 如图所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中： (1)快速插入和缓慢插入磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？ (2)分别用一根磁铁和两根磁铁以同样速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？ 提示：(1)磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同，快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大。 (2)用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大，磁通量变化率也较大，指针偏转角度较大。 1．Φ、ΔΦ与的比较 — 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 在某一过程中穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢 大小计算 Φ＝BS ΔΦ＝ ＝ 注意 若穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝BS计算。应考虑相反方向的磁通量抵消以后所剩余的磁通量 开始和转过180°时平面都与磁场垂直，则穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是0 既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少。在Φ -t图像中，可用图线的斜率表示 2.对公式E＝n的理解 (1)感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，而与Φ、ΔΦ的大小没有必然关系，与电路的电阻R无关；感应电流的大小I与感应电动势的大小E和回路总电阻R有关。 (2)用公式E＝n所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势，而不是回路中某部分导体两端的电动势。 (3)公式E＝n只表示感应电动势的大小，不涉及其正负，计算时ΔΦ应取绝对值，至于感应电流的方向，可以用楞次定律去判定。 如图甲所示，一个圆形线圈匝数n＝1 000匝、面积S＝2×10－2 m2、电阻r＝1 Ω，在线圈外接一阻值R＝4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里，磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示。求： (1)0～4 s内，回路中的感应电动势； (2)t＝5 s时，a、b两点哪点电势高？ (3)t＝5 s时，电阻R两端的电压U。 [思路点拨] (1)磁感应强度在0～4 s内均匀增大，可由 E＝n·S，求感应电动势。 (2)t＝5 s时，磁感应强度正在均匀减小，线圈产生感应电动势，相当于电源。 学生用书↓第46页 解析：(1)根据法拉第电磁感应定律得，0～4 s内，回路中的感应电动势 E＝n＝n·S＝1 000× V＝1 V。 (2)t＝5 s时，磁感应强度正在减弱，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即感应电流产生的磁场方向是垂直纸面向里，故a点的电势高。 (3)在t＝5 s时，线圈的感应电动势 E′＝n＝n·S＝1 000× V＝4 V 根据闭合电路欧姆定