(讲义)第2章 2 法拉第电磁感应定律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

2．法拉第电磁感应定律 学习任务 1．了解感应电动势的概念。 2．理解法拉第电磁感应定律，运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小；运用E＝Blv或E＝Blv sin θ计算导体切割磁感线时的感应电动势。 知识点一　感应电动势 1．定义：穿过闭合回路的磁通量发生了变化，闭合回路中就会产生感应电流，这说明电路中一定存在一种由电磁感应产生的电动势，这种电动势叫作感应电动势。 2．特点：在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果回路没有闭合，只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在。 知识点二　电磁感应定律 1．磁通量的变化率 磁通量的变化率表示变化率变化的快慢，用n表示，其中ΔΦ表示磁通量的变化量，Δt表示发生磁通量变化所用的时间。 2．法拉第电磁感应定律 (1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 (2)公式：E＝。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝n。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，感应电动势的单位是伏。 　为什么n匝线圈感应电动势为n？ 提示：每匝线圈的磁通量总是相同的，这样就可以看成n个单匝线圈串联而成的。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大，产生的感应电动势就越大。 (×) (2)穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大。 (×) 知识点三　导线切割磁感线时的感应电动势 1．导线垂直于磁场运动，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，但与磁感线方向夹角为α时，如图乙所示，E＝BLv_sin_α。 甲　　　　　　　　乙 　导体切割磁感线产生的感应电动势称为动生电动势，切割磁感线的那部分导体棒相当于电源，在电源内部，电流从负极流向正极。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)对于E＝BLv中的B、L、v三者必须相互垂直。 (√) (2)导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势一定越大。 (×) (3)当B、L、v三者大小、方向均不变时，在Δt时间内的平均感应电动势和它在任意时刻产生的瞬时感应电动势相同。 (√) 结合“探究感应电流产生条件”的几个演示实验，回答下列问题： (1)在实验中，电流表指针偏转原因是什么？ (2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？ (3)在图中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？ 提示：(1)穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。 (2)由闭合电路欧姆定律知I＝，当电路的总电阻一定时，E感越大，I感越大，指针偏转程度越大。 (3)磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同。指针偏转的方向相同，但偏转程度不同。 考点1　对法拉第电磁感应定律的理解 1．理解公式E＝n (1)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的大小没有必然的关系，与电路的电阻R无关；感应电流的大小与感应电动势E和回路总电阻R有关。 (2)磁通量的变化率，是Φ-t图像上某点切线的斜率，可反映单匝线圈感应电动势的大小和方向。 (3)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。感应电流的方向可以用楞次定律去判定。 (4)磁通量发生变化有三种方式 ①B不变，S变化，则＝B·； ②B改变，S不变，则＝·S； ③B、S变化，则＝。 2．由E＝n可求得平均感应电动势，通过闭合电路欧姆定律可求得电路中的平均电流I＝＝，通过电路中导体横截面的电荷量Q＝IΔt＝n。 3．注意：对于磁通量的变化量和磁通量的变化率来说，穿过一匝线圈和穿过n匝线圈是一样的，而感应电动势则不一样，感应电动势与匝数成正比。 【典例1】　(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t＝0时磁感应强度的方向如图(a)所示，磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t＝0到t＝t1的时间间隔内(　　) A．圆环所受安培力的方向始终不变 B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向 C．圆环中的感应电流大小为 D．圆环中的感应电动势大小为 BC　[根据楞次定律可知在0～t0时间内，磁感应强度减小，感应电流的方向为顺时针，圆环所受安培力水平向左，在t0～t1时间内，磁感应强度反向增大，感应电流的方向为顺时针，圆环所受安培力水平向右，A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律得E＝＝πr2·＝，根据电阻定律可得R＝ρ ，根据欧姆定律可得I＝＝，C正确，D错误。] 综合法拉第电磁感应定律和楞次定律，对于面积一定的