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

第二章 电磁感应 2.2.1 法拉第电磁感应定律 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 山东省潍坊第一中学 凌春来 问题1：产生感应电流的条件是什么？ （1）闭合电路 （2）磁通量变化 问题2：楞次定律的内容是什么? 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化. 即增反减同、来拒去留、增缩减扩. 知识回顾 问题4：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。 甲 N S G 乙 产生电动势的那部分导体相当于电源 问题3、电路中产生持续电流的条件是么？ 电路闭合，有电源。 甲 N S G 乙 甲乙两图，开关断开，电路中有电流吗？ 没有 甲乙两图，如果电路不是闭合的，电路中就没有电流，电源的电动势是否还存在呢？ 存在 乙图电路没有闭合，这时虽然没有感应电流，但电动势依然存在。 这两种情况下，如果电路不闭合会怎样呢？ 由此可见，在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，但产生感应电流还需要电路闭合，因此研究感应电动势更有意义。 01 感应电动势 电磁感应 5 一 感应电动势 螺线管为电源 等效电路 1、定义： 说明 ①电路闭合时有感应电动势，感应电流。 ②电路断开时有感应电动势，但无感应电流。 （1）产生感应电动势的那部分导体相当于电源 （2）产生条件：穿过电路的磁通量发生变化 ①磁通量变化为电磁感应的根本原因。 ②产生感应电动势为电磁感应现象的本质。 在电磁感应现象中产生的电动势。 N S G 乙 总结： 感应电动势的有无，完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化，与电路的通断，电路的组成是无关的。 思考：影响感应电动势的因素有哪一些呢? 02 法拉第电磁感应定律 电磁感应 8 研究影响感应电动势大小的因素。 猜想：可能的影响因素？ 1.磁通量变化所用时间？速度 ３.线圈匝数？ .......... 2.磁铁磁性强弱？ 二 法拉第电磁感应定律 探究实验：影响感应电动势大小的因素 实验：将条形磁铁如图所示插入线圈中，电流表指针发生偏转。 Φ变化 产生E 产生I 问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么？ 总电阻一定时,E越大,I越大,指针偏转越大. 问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？ 实验方案设置 1、利用演示用仪表：探究磁场强弱对感应电动势的影响 一根条形磁铁、两根条形磁铁、磁性较强的圆柱形磁铁 2、探究线圈匝数影响感应电动势的大小 （1）圆柱形磁铁、小线圈 （2）增加线圈的匝数 （3）加倍线圈的匝数（同样的穿过速度） 3、利用小的灵敏电流计：探究时间长短（穿过的速度）对感应电动势的影响 利用强磁铁 等仪器 4、利用手摇式发电机：探究线圈面积变化快慢对感应电动势的影响 实验探究 感应电流的关系与哪些因素有关 现象： 结论： 分组研究三种实验方案 14 分组研究三种实验方案 1、利用演示用仪表：探究磁场强弱对感应电动势的影响 一根条形磁铁、两根条形磁铁 2、改变环东变阻器的滑片速度 3、导体棒切割磁感线：导体棒运动速度 （1）、 B相同情况下，不同速度 （2）、1块U型磁铁、2块U型磁铁 实验现象和结论 现象： 磁场越强，感应电动势越大 速度越大，感应电动势越大 匝数越多，感应电动势越大 结论：磁通量的变化率越大，感应电动势越大 德国物理学家纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出电磁感应的规律。 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 定律内容 取适当单位则k=1 线圈由1匝 n 总结： （单位为伏、韦伯、秒及国际单位时 则 k=1） 由此我们可以得到: 法拉第电磁感应定律 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。 1.内容: 注意： （1）公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。 （2）产生感应电动势的那部分导体相当于电源，感应电动势即该电源的电动势。 2.公式: n为线圈的匝数 3．磁通量Φ、磁通量变化量ΔΦ及磁通量变化率ΔΦ/Δt间的关系 (1)Φ、ΔΦ、 ΔΦ/Δt均与线圈匝数无关。 (2) Φ、ΔΦ、 ΔΦ/Δt三者的大小之间没有直接关系， Φ很大时，ΔΦ、 ΔΦ/Δt可能很小，也可能很大； Φ＝0时， ΔΦ/Δt可能不为零。   物理意义 与感应电动势关系 磁通量Ф 穿过回路的磁感线的条数多少 无直接关系 磁通量变化△Ф 穿过回路的磁通量变化了多少 产生感应电动势的条件 磁通量变化率 ΔΦ/Δt 穿过回路的磁通量变化的快慢   决定感应电动势的大小 理解: Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义 (类比速度、速度的变化和加速度.) 1.当B、θ不变， △φ仅由S变化引起时, ΔS＝S2-S1 公式：E=nB △S △t 公式：E=nS △B △t 3.当S、 B 不变， △φ仅由θ变化引起时 ω 应用:用公式 求E的几种常见情况： 2.当S、θ不变，△φ仅由B变化引起时, ΔB＝ B2-B1 公式： 问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗? 问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗? 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系: （1）、磁通量大(小,零)，磁通量的变化率不一定大(小,零); （2）、磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小). 思考与讨论 22 例1：穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒钟均匀地增加2 Wb，则（ ） A．线圈中的感应电动势每秒钟增加2 V B．线圈中的感应电动势每秒钟减少2 V C．线圈中的感应电动势始终是2 V D．线圈中不产生感应电动势 C 有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。 25V 当堂训练 例2： 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( ) A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V ABD Φ/10-2Wb t/s A B D 0 1 2 0.1 斜率表示Φ的变化率 例3： 03 导体切割磁感线 时的感应电动势 电磁感应 25 a b × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 回路在时间t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 （V是相对于磁场的速度） 如图所示闭合线框一部分导体ab长l,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势 三 导体切割磁感线时的感应电动势 导体切割磁感线时的感应电动势 适用条件：（1）匀强磁场中 （2）导线L、B、v两两垂直时 θ v B V1 V2 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线) θ为v与B夹角 1、表达式： 2．对公式E＝Blvsinθ的理解 (1)如果是n匝线框的一边在磁场中切割磁感线，则有E＝nBlvsinθ (2)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，速度v为瞬时值,E就为瞬时电动势;速度v为平均值,E就为平均电动势. (3)当B、l、v三个量方向相互垂直时，E＝Blv；当有任意两个量的方向平行时，E＝0。 (4)式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度。 如图所示，导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的长度。 当闭合回路中的导体切割磁感线运动时，电路中产生感应电动势，从而电路中有感应电流，在这种情况下，非静电力是怎么来的呢？它是如何将其它形式的能转化为电能的? v0 M N × × × ×× × × × ×× × × × ×× × × × ×× × × × ×× R 思考与讨论： 30 动生电动势：由于导体的运动(切割磁感线)而产生的感应电动势。 动生电动势大小： 动生电动势方向： 右手定则 思考：又是什么力充当非静电力？ 非静电力：与洛伦兹力有关 动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力。 当：F电=F洛时，有：qvB=qE/l 得出公式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致 注意： 动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力始终不做功。 沿杆方向的洛伦兹力做功吗?与我们在《磁场》学习时得到的结论：“洛伦兹力永不做功！”矛盾吗？ + - 不矛盾，洛伦兹力与粒子的速度是垂直关系 想一想 【例题】如图所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是（ ） A.丙和丁 　　　B.甲、乙、丁 C.甲、乙、丙、丁 　　　 D.只有乙 【解析】公式E＝Blv中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效切割长度均为l，电动势E＝Blv；而丙的有效切割长度为0，电动势为0，故选项B正确. 如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成θ角，求金属棒ab产生的感应电动势。 a b θ v E=BLVsinθ 例与练 如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求： (1)导体ab上的感应电动势的大小 (2)回路上感应电流的大小 E=BLv=0.80V 例与练 总结 对比两个公式 求平均感应电动势 △t近于0时，E为瞬时感应电动势 求平均感应电动势,v是平均速度 求瞬时感应电动势，v是瞬时速度 E＝neq \f(ΔΦ,Δt) E＝Blvsin θ 区别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况 计算结果 Δt内的平均感应电动势 某一时刻的瞬时感应电动势 联系 E＝Blvsin θ是由E＝neq \f(ΔΦ,Δt)在一定条件下推导出来的，该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论 $$