第2章 第2节 法拉第电磁感应定律（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

电磁感应 第二章　 第2节　法拉第电磁感应定律 返回目录 物理　选择性必修2 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(九) 课前　教材预案 知识点1　电磁感应定律 电磁感应 电源 返回目录 物理　选择性必修2 　 变化率 韦伯 伏 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点2　导线切割磁感线时的感应电动势 Blv Blvsin θ 返回目录 物理　选择性必修2 　 相反 安培力 返回目录 物理　选择性必修2 　 × √ × × 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课堂　深度探究 考点1　法拉第电磁感应定律 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点2　导体切割磁感线时的感应电动势 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点3　导体棒转动切割磁感线时的感,应电动势 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.理解感应电动势的概念；理解法拉第电磁感应定律(物理观念).2.知道E＝n和E＝Blvsin θ的内在联系；经历推理得出E＝Blvsin θ的过程，体会矢量分解的方法；会用法拉第电磁感应定律求解相关问题(科学思维).3.通过法拉第电磁感应定律的应用，能体会科学家的不断创造推动了社会的进步；对动手做实验有浓厚的兴趣，能体会法拉第电磁感应定律等物理定律之美(科学态度与责任)． 1．感应电动势 在____________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就相当于________. 2．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__________成正比． (2)公式：E＝________，其中n为线圈的匝数． (3)在国际单位制中，磁通量的单位是________，感应电动势的单位是______. n 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＝________. 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θ时，如图乙所示，E＝___________. 3．导体棒切割磁感线产生感应电流，导体棒所受安培力的方向与导体棒运动的方向________，导体棒克服__________做功，把其他形式的能转化为电能． 1．判断下列说法的正误． (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)感应电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断．(　 　) (3)穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大． (　 　) (4)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．(　 　) 2．关于感应电动势的大小，下列说法正确的是(　　) A．穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大 B．穿过闭合电路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零 C．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零 D．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零 答案　D 解析　磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系，选项A、B错误；当磁通量由不为零变为零时，闭合电路的磁通量一定改变，一定有感应电动势，选项C错误，D正确． 【情境导学】 如图所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈． (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相同速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？ (3)指针偏转角度大小取决于什么？ 答案　(1)磁通量的变化量相同，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． (3)指针偏转角度的大小取决于的大小． 1．感应电动势大小 感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数n共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系，和电路的电阻R无关． 2．感应电动势的表达式 (1)当ΔΦ仅由B的变化引起时，则E＝n； (2)当ΔΦ仅由S的变化引起时，则E＝n； (3)当ΔΦ由B、S的变化同时引起时，则E＝n≠n. 3．Φ、ΔΦ与三者之间的关系 物理量 单位 物理意义 计算公式 磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线的净条数 Φ＝B·S⊥ 磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少 ΔΦ＝|Φ2－Φ1| 磁通量的 变化率 Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢 ＝ 4.对两种图像的理解 在Φ－t图像中，图像上某点切线的斜率表示磁通量的变化率；在B－t图像中，某点切线的斜率表示磁感应强度的变化率. 【例题1】 如图甲所示，螺线管匝数n＝1 000匝，横截面积S＝10 cm2，螺线管导线电阻r＝1 Ω，电阻R＝4 Ω，磁感应强度B的B－t图像如图乙所示(以向右为正方向)，下列说法正确的是(　　) 　　 A．通过电阻R的电流方向不变 B．感应电流的大小保持不变 C．电阻R两端的电压为6 V D．C点的电势一直保持4.8 V不变 思维导引：(1)由楞次定律判断感应电流的方向，从而确定通过电阻R的电流方向；(2)由E＝n确定感应电动势，由闭合电路的欧姆定律求电流及电阻R两端电压．(3)由电流方向结合A点接地，可确定C点电势的大小及正负； 答案　B 解析　由楞次定律可知，0～1 s内，电流从C→R→A,1～2 s内，电流从A→R→C，选项A错误；由题图可知，＝6 T/s，大小不变，由法拉第电磁感应定律，可知感应电动势E＝n＝1 000×6×10×10－4 V＝6 V不变，所以感应电流的大小I＝＝ A＝1.2 A不变，选项B正确；由闭合电路的欧姆定律，可知电阻R两端的电压为U＝IR＝1.2×4 V＝4.8 V，选项C错误；由于A点接地，所以C点的电势为＋4.8 V或－4.8 V，选项D错误． 【变式1】 关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大 B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大 C．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率越大，所产生的感应电动势就越大 答案　D 解析　根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系；当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而ΔΦ增大时，可能减小，如图所示，t1时刻，Φ最大，但E＝0；0～t1时间内，ΔΦ增大，但减小，E减小；t2时刻，Φ＝0，但最大，即E最大， 选项A、B、C错误，D正确． 【情境导学】 如图所示，一个半径为r的半圆形导体，处在磁感应强度为B的匀强磁场中． (1)当导体沿OP方向以速度v做匀速运动时，其感应电动势的大小是多少？ (2)当导体沿MN方向以速度v做匀速运动时，其感应电动势的大小是多少？ 答案　(1)2Bvr　(2)Bvr 对公式的理解 (1)当B、l、v三个量的方向互相垂直时，E＝Blv；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. (2)当l垂直于B且l垂直于v，而v与B成θ角时，导线切割磁感线产生的感应电动势大小为E＝Blvsin θ. (3)若导线是弯折的，或l与v不垂直时，E＝Blv中的l应为导线两端点在与v垂直的方向上的投影长度，即有效切割长度． 图甲中的有效切割长度为：l＝sin θ； 图乙中的有效切割长度为：l＝； 图丙中的有效切割长度为：沿v1的方向运动时，l＝R；沿v2的方向运动时，l＝R. 【例题2】 如图所示，将长为2 m的导线从正中间折成120°的角，使其所在的平面垂直于磁感应强度为2 T的匀强磁场．为使导线中产生20 V的感应电动势，则导线切割磁感线的最小速度为(　　) A． m/s　　　　 B．10 m/s C． m/s　　　 D． m/s 思维导引：(1)由E＝Blv知，若切割的速度最小，则导线的有效长度l最大；(2)由图可知，在ABC平面内，沿与AC垂直的方向匀速运动时，切割的有效长度最大． 答案　A 解析　导线切割磁感线产生的感应电动势与连接A、C的导线产生的感应电动势等效，若速度方向垂直于AC，则产生所要达到的感应电动势需要的切割速度最小，即E＝AC·Bvmin，解得vmin＝ m/s，选项A正确． 【变式2】 如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、有效阻值为R的导体棒ab垂直导轨放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，则(不计导轨电阻)(　　) A．通过电阻R的电流方向为P→R→M B．a、b两点间的电压为BLv C．a端电势比b端高 D．a端电势比b端低 答案　C 解析　导体棒做切割磁感线运动，可等效为电源．根据右手定则，感应电流的方向为b→a，a点的电势高于b点电势，通过电阻R的电流方向为M→R→P，选项A、D错误，C正确；感应电动势大小为E＝BLv，感应电流大小为I＝，故电阻R两端的电压为U＝IR＝BLv，选项B错误． 【情境导学】 如图所示，长为L的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度大小为B，则ab棒所产生的感应电动势大小的表达式． 答案　E＝Bl2ω 1．当导体棒在垂直于磁场的平面内，一端固定，以角速度ω匀速转动时，如图所示，产生的感应电动势为E＝Bl＝Bl2ω. 2．圆盘在磁场中以角速度ω绕圆心匀速转动时，如图所示，相当于无数根“辐条”转动切割，它们之间相当于电源的并联结构，圆盘上的感应电动势为E＝Br＝Br2ω. 　　 【例题3】 (多选)如图所示，ab为一金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕a点在纸面内转动；S是以a为圆心位于纸面内的金属圆环．在杆转动过程中，杆的b端与金属环保持良好接触；A为电流表，其一端与金属环相连，一端与a点良好接触．当杆沿顺时针方向转动时，某时刻ab杆的位置如图所示，则此时刻(　　) A．有电流通过电流表，方向由c→d B．有电流通过电流表，方向由d→c C．作用于ab的安培力向右 D．作用于ab的安培力向左 答案　AC 解析　金属杆顺时针转动到题图所示位置时，ab杆相对磁场向左切割磁感线，由右手定则可知ab上感应电流方向是由a指向b，ab杆成为闭合回路的电源，b为正极，a为负极，所以有电流通过电流表，方向是由c→d，选项A正确，B错误；由左手定则可知，ab杆受到向右的安培力，选项C正确，D错误． 【变式3】 如图所示，金属圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与零刻度在中央的电流表连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘逆时针(俯视)匀速转动．下列说法正确的是(　　) A．圆盘的磁通量不变，电流表指针指向零刻度 B．若圆盘转动的角速度增大，产生的感应电流减小 C．若磁场的磁感应强度增大，产生的感应电流增大 D．若圆盘顺时针(俯视)匀速转动，电流从导线b流入电流表 答案　C 解析　圆盘转动时，沿半径R方向的导体棒切割磁感线产生感应电动势，其大小为E＝BR2ω，回路中电阻不变，则电流也不变，当圆盘转动的角速度增大或磁感应强度增大时，产生的感应电流都会增大，选项A、B错误，C正确；若圆盘顺时针匀速转动，根据右手定则可知电表从导线a流入电流表，选项D错误． 1．(对电磁感应定律的理解)如图所示，一个圆形线圈的匝数为n，半径为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B．在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(　　) A． B． C． D． 答案　B 解析　由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E＝n＝nS＝n·πa2＝，选项B正确，A、C、D错误． 2．(对电磁感应定律的理解)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化图像如图所示，则(　　) A．在t＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大 B．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零 C．在t＝2×10－2 s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大 D．在t＝1×10－2 s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大 答案　D 解析　t＝0时刻，线圈中磁通量最大，线圈与磁场垂直，磁通量的变化率最小，感应电动势最小，选项A错误；在0～2×10－2 s时间内，磁通量的变化量不为零，则线圈中感应电动势的平均值不为零，选项B错误；在t＝2×10－2 s时，线圈中磁通量最大，线圈与磁场垂直，磁通量的变化率最小，感应电动势最小，选项C错误；在t＝1×10－2 s时，线圈中磁通量为零，最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，选项D正确． 3．(转动切割)如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场(磁感应强度为B)中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)(　　) A．由c到d，I＝ B．由d到c，I＝ C．由c到d，I＝ D．由d到c，I＝ 答案　D 解析　根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝Br·rω＝Br2ω，由欧姆定律得通过电阻R的电流I＝＝＝，圆盘相当于电源，由右手定则可知电流方向为由边缘指向圆心，所以电阻R中的电流方向为由d到c，选项D正确． 4．(对E＝Blv的应用)如图所示，abcd为水平放置的平行U形光滑金属导轨(电阻不计)，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计．已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)．求： (1)电路中感应电动势E； (2)电路中感应电流的大小； (3)金属杆所受安培力的大小． 解析　(1)由法拉第电磁感应定律，可得感应电动势为 E＝BLMNvsin θ＝Blv. (2)感应电流I＝＝＝. (3)安培力大小F＝BI＝. 答案　(1)Blv　(2)　(3) $$