2.2法拉第电磁感应定律 课件-2024-2025学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第二章 电磁感应及其应用 第2节 法拉第电磁感应定律 1 思考 为什么闭合回路的磁通量发生变化时，会产生感应电流？ S L E r 问题1、上面三个实验中，哪部分相当于电源？ 问题2、上面三个实验中，如果电路不闭合，有没有感应电流？有没有感应电动势？ 一、感应电动势 1、在电磁感应中产生的电动势叫做感应电动势 2、产生感应电动势的那部分导体就相当于电源 电源 电源 电源 只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势 探究活动：影响感应电动势大小的因素 思考：在实验中怎样判断感应电动势大小的? 猜想：影响感应电动势大小的因素? 实验探究： 结论： 感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比 二、法拉第电磁感应定律： （当单位分别为 伏、韦伯、秒时，则有k=1） 1匝线圈 n匝线圈 适用任何感应现象 平均电动势 n是线圈的匝数，E是标量，但有方向，与电源内部电流方向一致 例1、下列几种说法中正确的是(　　) A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大 D．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　 D 磁通量变化的三种形式 1、线圈面积Ｓ不变，磁感应强度Ｂ变化 ΔΦ＝ΔＢ·S 2、磁感应强度Ｂ不变，线圈面积Ｓ变化 ΔΦ＝Ｂ·ΔS 3、磁感应强度Ｂ和线圈面积Ｓ都变化 ΔΦ＝B2S2-B1S1 例2、在一个磁感应强度随时间变化的磁场中，垂直磁场放一个面积为0.1m2的圆环。在0.2s内磁场的磁感应强度由0均匀增大到0.3T，求圆环中的感应电动势？ 讨论：若这个线圈一共有20匝，产生的电动势为多大？   物理意义 与电磁感应关系 磁通量Ф 穿过回路的磁感线的条数多少 没有直接关系 磁通量变化△Ф 穿过回路的磁通量变化了多少 决定是否产生感应电动势 磁通量变化率 ΔΦ/Δt 穿过回路的磁通量变化的快慢   决定产生感应电动势的大小 对于 Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的理解 如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，导轨宽为l，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求感应电动势 当磁通量变化是由导线切割磁感线引起时 回路在时间Δt内增大的面积为： ΔS=lvΔt 产生的感应电动势为： 穿过回路的磁通量的变化为： ΔΦ=BΔS =BlvΔt 当B、l、v方向互相垂直时 动生电动势 如图2-14所示，两条相距50 cm的光滑平行金属导轨位于同一水平面内，左端接一阻值为0.5Ω的电阻，一根与导轨垂直金属棒ab置于两导轨上。整个装置置于磁感应强度为0.5T的匀强磁场中。线框平面、金属棒速度方向均与磁场方向垂直。假定导体ab以4m/s的速度向做匀速运动。不计金属棒及导轨的电阻，求： 1、金属棒中感应电动势的大小及方向； 2、金属棒受到的安培力的大小及方向。 （1）感应电动势的大小E=Blv=0.5×0.5×4 V=1 V 由右手定则可判断感应电动势的方向：从b向a （2）闭合回路中的电流： 安培力： 垂直ab棒水平向左 导体斜切磁感线 （θ为v与B夹角） 说明： 1、导线的长度l应为有效长度 2、导线运动方向和磁感线平行时，E=0 3、速度v为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值） 导体垂直纸面放置，以速度v沿与磁场方向成θ角的方向运动。 将速度分解为与磁场平行和与磁场垂直 与磁场平行方向没有切割磁感线，不会产生感应电动势 若导体非直线 导体切割磁感线的有效长度应取与B垂直等效直线长度 练习：半径为R的半圆形导线在匀强磁场B中以速度v向右匀速运动时，E=？ E = B·2R·v 求导线的有效长度 在磁感应强度为B的匀强磁场中，长为l的金属棒ab在垂直于磁场方向的平面内绕a点以角速度ω匀速转动，如图所示，求：金属棒ab上产生的感应电动势。 a b B 【解】 由v=rω，可知金属棒上各点处速度与该点到a点的距离r成正比，速度都与棒垂直，我们可以求出棒ab上各点的平均速度： (只有成正比的量，中点值才等于平均值) 即与棒中点的速度相同。 可得： 导体绕端点旋转切割磁感线 感生电动势和动生电动势 由磁场变化引起磁通量变化而产生的感应电动势，称为感生电动势。 导体切割磁感线而产生的感应电动势，称为动生电动势。 磁场变化 感应电场 激 发 迫 使 导体内电荷 做定向移动 产 生 感应电动势 导体切割磁感线 电子与导体一起运动 产 生 感应电动势 电子受洛伦兹力而偏移 探究感应电动势与磁通量变化率的关系 实验装置如图2-15所示。通过电源使线圈1中的电流发生变化，利用传感器即可得到线圈1产生的磁感应强度随时间变化的图像(a),以及线圈2中对应的感应电动势随时间变化的情况(b). 由此可得，在线圈横截面积一定的情况下，感应电动势与磁感应强度的变化率成正比，即感应电动势与穿过线圈的磁通量变化率成正比。 有一面积为S＝100cm2的金属环，电阻为R＝0.1Ω，环中磁场变化规律如图所示，磁场方向垂直环面向里，则在t1－t2时间内通过金属环某一截面的电荷量为多少？ 20 20 【课堂小结】 感应电动势 法拉第电磁感应定律E=n△Φ/△t 导体切割磁感线E=BLv⊥ 由E＝neq \f(ΔΦ,Δt)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＝eq \f(E,R)＝eq \f(nΔΦ,Δt·R)，通过电路中导体横截面的电荷量Q＝IΔt＝neq \f(ΔΦ,R)。 $$