(教参)第二章 2 法拉第电磁感应定律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

2　法拉第电磁感应定律 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过实验，理解法拉第电磁感应定律 物理观念：理解法拉第电磁感应定律的内涵 1．掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小 2．能够运用E＝Blv计算导体切割磁感线时产生的感应电动势的大小 (见学生用书P33) 知识点一　法拉第电磁感应定律 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．感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。在产生感应电动势的导体内部，电流从负极流向正极。 3．公式：E＝n。其中n为线圈的匝数，相当于n个单匝线圈串联。 4．在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)，感应电动势的单位是伏(V)。 1＝1＝1＝1＝1＝1 V。 5．磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率的比较 项目 物理意义 当B、S互相垂 直时的大小 磁通量Φ 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 Φ＝BS 磁通量的变 化量ΔΦ 在某一过程中，穿过某个面的磁通量的变化量 ΔΦ＝ 磁通量的 变化率 穿过某个面的磁通量变化的快慢 ＝ [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中既产生感应电动势，也产生感应电流。(　√　) (2)当穿过不闭合电路的磁通量发生变化时，电动势也依然存在。(　√　) (3)若线圈平面开始时与磁场方向垂直，当线圈转过180°后，磁通量的变化量ΔΦ＝0。(　　) 2．思考题：感应电动势的大小E与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ有无关系？感应电动势的大小由什么决定？ 答案：感应电动势的大小与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ均无关，感应电动势的大小由磁通量变化率决定。 知识点二　导线切割磁感线时的感应电动势 1．公式E＝Blv的推导 如图所示，金属导轨放置于磁场中，导体棒以速度v向右匀速运动，整个闭合回路的平面与磁场方向垂直，导体棒接入电路的长度为l，磁感应强度为B。在Δt时间内，导体棒从MN运动到M′N′。 在Δt时间内，导体棒向右移动的距离x＝vΔt， 这段过程中闭合电路的面积变化ΔS＝l·x＝lvΔt， 则穿过闭合电路的磁通量的变化量ΔΦ＝B·ΔS＝BlvΔt， 根据法拉第电磁感应定律得E＝＝Blv。 2．在国际单位制中，电动势E、磁感应强度B、导线长度l和速度v的单位分别是伏特(V)、特斯拉(T)、米(m)和米每秒(m/s)。 3．当速度与磁场不垂直时，导线切割磁感线产生的感应电动势公式E＝Blv sin θ的推导 如图所示，导线速度v与磁感应强度B有一定的夹角θ，这时可以将速度v沿磁场方向和垂直于磁场方向正交分解，垂直于磁场方向的速度v⊥切割磁感线产生感应电动势，而沿磁场方向的速度v∥没有切割磁感线。因此，在这种情况下，导线运动过程中产生的感应电动势为E＝Blv⊥＝Blv sin θ。 (1)当B、l、v三个量的方向互相垂直时，E＝Blv。 (2)当有任意两个量的方向互相平行时，导线将不切割磁感线，E＝0。 (3) 4．公式E＝Blv sin θ中的l指切割磁感线的有效长度。若研究的导线不是直导线，需将导线的首尾相连，再投影到与速度垂直的方向上，这时的投影长度才是切割磁感线的有效长度。 　　 图甲中的有效切割长度l＝sin θ； 图乙中的有效切割长度l＝； 图丙中，当导线沿v1的方向运动时，有效切割长度l＝R；当导线沿v2的方向运动时，有效切割长度l＝R。 5．导体转动切割磁感线产生的电动势 如图所示，长为l的导体棒MN绕M端在垂直于磁场方向的平面内以角速度ω做匀速圆周运动，磁感应强度为B。 设这段时间内导体棒转过的角度为θ，N端扫过的弧长为s，从图中可以看出导体棒在Δt内扫过的面积为扇形的面积，设为ΔS，ΔS＝ls＝l·θl＝l·ωΔt·l＝l2ωΔt，则E＝＝＝Bl2ω。 或从转动切割磁感线角度分析，导体棒MN切割磁感线时产生的感应电动势E＝Bl＝Bl·＝Bl2ω。 6．E＝n与E＝Blv sin θ的区别与联系 项目 E＝n E＝Blv sin θ 区别 研究 对象 一个回路 在磁场中运动的一段导线 适用 情境 无论什么方式引起Φ的变化都适用 只适用于一段导线切割磁感线的情况 用途 一般用于求平均感应电动势 一般用于求瞬时感应电动势 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)E＝Blv sin θ是由E＝n在一定条件下推导出来的，所以二者适用情境是相同的。(　　) (2)用公式E＝n求的是平均感应电动势。(　√　) (3)当公式E＝n中的Δt→0时，E为瞬时感应电动势。(　√　)