2.2.1 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 (1) 闭合电路 利用磁场产生电流的现象 问题1：什么叫电磁感应现象？ 问题2：产生感应电流的条件是什么？ (2) 磁通量变化 温故而知新 问题3：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 温故而知新 2. 产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。 3. 感应电动势与感应电流：只要磁通量变化，电路中就产生感应电动势；若电路又闭合，电路中就有感应电流. 1. 定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 一、感应电动势 如图甲中导线运动得越快，产生的感应电流越大，图乙中磁铁插入的速度越快，感应电流越大，说明了什么? 甲 乙 感应电动势与磁通量的变化率有关 演示实验 观察与思考 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：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、公式: n为线圈的匝数 二、法拉第电磁感应定律 纽曼、韦伯 （1）B不变，S发生变化，ΔS＝S2-S1： （2）S不变，B发生变化，ΔB＝B2-B1： 3、应用：用公式 求E的三种常见情况： （3）磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初 二、法拉第电磁感应定律 4、磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率的比较 二、法拉第电磁感应定律 例1、如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为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( 　) B 课堂练习 例2、当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是(　　) A. 线圈中一定有感应电流 B. 线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量成正比 C. 线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比 D. 线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化率成正比 E. 穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零 D 课堂练习 例3、穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述正确的是(　 　) A. 图甲中回路产生了感应电动势，且恒定不变 B. 图乙中回路产生的感应电动势一直在变大 C. 图丙中回路在0～t0时间内产生的感应电动势大于t0～2t0时间内产生的 感应电动势 D. 图丁回路产生的感应电动势先变小后变大 CD 课堂练习 如图将矩形导体框CDMN放在磁感应强度为 B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直。设线框可动部分MN 的长度为l，它以速度v水平向右运动，求产生的感应电动势大小。 根据法拉第电磁感应定律： Δt时间内回路面积增大∆S 穿过回路的磁通量变化： B、l、v 两两垂直 那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？ 三、导体切割磁感线时的感应电动势 导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ 将速度进行矢量分解 动生电动势为 v1 = vsin θ v2 = vcos θ E = Blv1 ∴ E = Blvsin θ 当v // B 时，E = 0 当v⊥B 时，E 最大 三、导体切割磁感线时的感应电动势 1、对θ的理解 当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，E ＝ Bl v 当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。 2、对v的理解 ①v为导线和磁场间的相对速度； 当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生； ②若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势。 对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 三、导体切割磁感线时的感应电动势 3、对l的理解 对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 三、导体切割磁感线时的感应电动势 ①、B与l一定垂直，其他情况中学阶段暂时不讨论。 ②、B与v不一定垂直前面已讨论，此处只讨论v与l不一定垂直。 E=Blvsinθ v θ vsinθ vcosθ 求右图感应电动势： E=Bvlsinθ 导线向垂直于运动方向上投影。 lsinθ 运动方向向垂直于导线投影。 3、对l的理解 对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 三、导体切割磁感线时的感应电动势 v θ vsinθ vcosθ lsinθ ①、l指的是导线在磁场中的“有效长度”， ②、弯曲导线：在导线所在平面垂直于磁场方向的前提下，有效长度为两端点的连线。 E=Blvsinθ 求右图感应电动势： E=Bvlsinθ 导线向垂直于运动方向上投影。 运动方向向垂直于导线投影。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v l0 3、对l的理解 θ × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v l0 对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 三、导体切割磁感线时的感应电动势 例4、在如图所示的几种情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是(　　) A.乙和丁 B.甲、乙、丁 C.甲、乙、丙、丁 D.只有乙 B 课堂练习 思考：如图所示，长为l的导体棒ab以a为圆心，以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，其感应电动势大小。 三、导体切割磁感线时的感应电动势 转动切割 右手定则：φb>φa 图2-2-11 例5、如图所示，导体杆在作用于 中点且垂直于的力的 作用下，绕过圆心且垂直纸面的轴，沿半径为 的光滑半圆形 框架，在磁感应强度为 、垂直纸面向里的匀强磁场中以角速 度 匀速转动，、间接有电阻，导体杆 和框架的电阻不 计，则、两点中电势较高的为___点（填“”或“ ”）， 两 端的电压大小为_ ____. 解析：根据右手定则可知中的电流方向为，由于 为电源，在电源内部 电流由低电势流向高电势，故点电势较高；导体杆和框架的电阻不计，故 两 端的电压等于杆转动产生的感应电动势， . 课堂练习 （1）线圈处于如图所示位置 （2）当线圈转过θ 时，电动势 线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。 三、导体切割磁感线时的感应电动势 （3）线圈以图示情形运动时 B L ω O' O l1 l2 E1 E2 线圈以此位置为初始位置，经过时间t，转过角度ωt时： ①适用于线圈绕垂直于磁场的轴的转动，与轴的位置无关。 ②与线圈平面形状无关 ③线圈从平行于磁场的位置开始计时 线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。 三、导体切割磁感线时的感应电动势   E＝Blvsinθ     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 求得的是Δt内的平均感应电动势 求得的是某一时刻的瞬时感应电动势 适用情景 用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型) 用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型) 联系 E＝Blvsinθ是由 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论 对比两种求感应电动势的方法 例6、如图所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为ε，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为 答案 B 课堂练习 课堂小结 作业 P 完成《》对应内容及教材上其余习题 × × × × × × × × × × × × × × × O A L 如图所示，导体棒长为L，磁感应强度为B，垂直于纸面向里。以O为圆心转动，角速度ω，求E。 v 由于棒上各点的速度随着距离O点的距离均匀变化，所以可以用O、A两点的平均速度代替棒运动的速度求解。 右手定则：φA>φO × × × × × × × × × × 三、导体切割磁感线时的感应电动势 转动切割 例5、如图所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增大为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为(　 　) A.c→a，2∶1 B.a→c，2∶1 C.a→c，1∶2 D.c→a，1∶2 C 课堂练习 例7、如图所示，一个半径为r的铜盘，在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕中心轴OO‘匀速转动，磁场方向与盘面垂直，在盘的中心轴与边缘处分别安装电刷。设整个回路电阻为R，当铜盘匀速转动角速度为ω时，通过电阻的电流为____________。  答案 课堂练习 3、对l的理解 l为导线切割磁感线时既与B又v垂直的有效长度；(B与v不一定垂直，θ即为B与v方向夹角) ①如果导线不和磁场垂直，l应是导线在与磁场垂直方向投影的长度(中学不讨论)； ②无论切割磁感线的导线是弯曲的还是直的，如图所示，则l应取既与B又与v垂直的等效直线长度。(第二根θ即为l与v夹角，第三根应取ab的弦长) × × × × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ↑ v v v ↑ a b 对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 三、导体切割磁感线时的感应电动势 A. B. C. D. (1)棒上各点速度不同，其平均速度ωl，由E=Blv得棒上感应电动势大小为E=Bl·ωl=Bl2ω。 (2)若经时间Δt，棒扫过的面积为ΔS=πl2l2ω·Δt，磁通量的变化量ΔΦ=B·ΔS=Bl2ω·Δt，由E=得棒上感应电动势大小为E=Bl2ω。 ε'。则等于(　　) A. B. C.1 D. 感应电动势的三个表达式对比 表达式 E＝neq \f(ΔΦ,Δt) E＝Blv E＝eq \f(1,2)Bl2ω 情境图 研究对象 回路(不一定闭合) 一段直导线(或等效成直导线) 绕一端转动的导体棒 意义 一般求平均感应电动势，当Δt→0时求的是瞬时感应电动势 一般求瞬时感应电动势，当v为平均速度时求的是平均感应电动势 用平均值法求瞬时感应电动势 适用条件 所有磁场 匀强磁场 匀强磁场 $$