2.2 法拉第电磁感应定律（课件）-2024-2025学年高二物理同步精讲练（人教版2019选择性必修第二册）

第一章：第2节 法拉第电磁感应定律 高中物理选择性必修第二册 制作：陈庆威 问题？ 01. 高中物理选择性必修第二册 穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。感应电流的大小跟哪些因素有关呢？ + G N S 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第二册 实验探究 电磁感应定律 切割磁感线 巩固提升 实验探究 第一部分 探究1：条形磁铁穿插螺线管 01. 高中物理选择性必修第二册 高中物理选择性必修第二册 探究2：部分导体切割磁感线 02. 在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中，导线切割磁感线的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流就越大。在向线圈中插入条形磁体的实验中，磁体的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。这些现象向我们提示，当回路中的电阻一定时，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。 实验结论 03. 高中物理选择性必修第二册 在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中，导线切割磁感线的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流就越大。在向线圈中插入条形磁体的实验中，磁体的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。 + G N S 在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中，导线切割磁感线的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流就越大。在向线圈中插入条形磁体的实验中，磁体的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。这些现象向我们提示，当回路中的电阻一定时，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。 观察与思考 04. 高中物理选择性必修第二册 这些现象向我们提示，当回路中的电阻一定时，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。 感应电流的大小与磁通量的变化率会存在这样的定量关系呢？ 高中物理选择性必修第二册 1.实验器材：长玻璃管、强磁体、线圈、电压表。 2.实验步骤 ①装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。 ②将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。 ③分别使线圈距离上管口 20 cm 、30 cm、40 cm 和 50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。 ④分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结论。 探究影响感应电流大小的因素 05. 探究影响感应电流大小的因素 06. 高中物理选择性必修第二册 条件 线圈匝数：200；下落高度：30cm 磁铁个数 1 2 指针刻度 探究一：感应电流大小与相同时间内磁感应强度变化大小的关系 15 30？ 感应电流大小是否与磁铁个数成正比？ 探究影响感应电流大小的因素 07. 高中物理选择性必修第二册 条件 线圈匝数：200；磁铁个数：2个 下落高度 10cm 40cm 指针刻度 探究二：感应电流大小与磁铁运动速度的关系 20 40? 感应电流大小是否与磁铁运动速度成正比？ 探究影响感应电流大小的因素 08. 高中物理选择性必修第二册 条件 磁铁个数：2个；下落高度：30cm 线圈匝数 100 200 指针刻度 探究三：感应电流大小与线圈匝数的关系 15 30? 感应电流大小是否与线圈匝数的关系？ 探究影响感应电流大小的因素 01. 高中物理选择性必修第二册 实验结论 10. 高中物理选择性必修第二册 实验结论：磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；反之越小。磁通量的变化快慢就是磁通量的变化率，用 表示。 可见，线圈距上管口距离越大，强磁体穿过线圈的速度越大，引起的磁通量变化越快，线圈两端的电压越大；线圈匝数越多、磁体越强，线圈两端的电压越大。 电磁感 应定律 第二部分 感应电动势 01. 高中物理选择性必修第二册 定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 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改变，与电路是否闭合无关 ③方向判断：感应电动势的方向用楞次定律结合安培定则或右手定则判断 产生电动势的线圈相当于电源 电磁感应现象的本质 02. 高中物理选择性必修第二册 如果电路不闭合虽然没有感应电流，但电动势依然存在。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。 N S G 磁通量的变化率： 线圈的匝数n 影响感应电动势大小的因素 导体棒相当于电源 电磁感应的实质 03. 高中物理选择性必修第二册 感应电动势与感应电流之间有什么样的关系？ 感应电流 一定有 感应电动势 不一定有 感应电动势是感应电流存在的必要条件 电磁感应的实质：产生感应电动势。 电磁感应的根本原因：磁通量的变化。 法拉第电磁感应定律 04. 高中物理选择性必修第二册 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：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。因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人称之为法拉第电磁感应定律（Faraday’s law of electromagneticinduction）。 对表达式的理解 05. 高中物理选择性必修第二册 1.当各物理量单位都用国际单位时，k=1，则 2.若线圈有n匝时，可以看成n个单匝线圈串联而成 3.感应电动势单位: 伏特（V），1 V=1 Wb/s 4.该公式只求E感大小，E感方向（与内部I感方向相同）由楞次定律另行判断，求值时ΔΦ取绝对值，不涉及正负。 5.E一般为Δt内的平均感应电动势；当Δt→0时，表示瞬时感应电动势。 对Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的理解 06. 高中物理选择性必修第二册   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 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 Φ-t图像 07. 高中物理选择性必修第二册 Φ/Wb t/s 1 2 3 0 1 2 5 4 6 Φ/Wb t/s 1 2 3 0 1 2 5 4 6 图线斜率大小表示磁通量的变化率 导体切割磁感线时的电动势 第三部分 观察与实验 01. 高中物理选择性必修第二册 通过以上实验，你认为哪些因素影响了导线切割磁感线时电动势的大小？ 导线切割磁感线时的感应电动势 02. 高中物理选择性必修第二册 如图，把矩形线框 CDMN 放在磁感应强度为 B 的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒 MN 的长度为 l，它以速度 v 向右运动，在 Δt时间内，由原来的位置 MN 移到 M1N1。 产生的感应电动势为： 在Δt时间内，线框的面积变化量：ΔS＝lvΔt 则回路中的磁通量变化量：ΔΦ＝BΔS＝BlvΔt 适用条件是：导体运动的速度v方向与磁场的方向垂直 高中物理选择性必修第二册 如果导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一个夹角 θ（如图 ），速度 v 可以分解为两个分量： v1 ＝ vsin θ v2 ＝ vcos θ 故E=BLv1=Blvsinθ 导线切割磁感线时的感应电动势 03. 因v2不切割磁感线，不产生感应电动势。 导体切割磁感线的有效长度 04. 高中物理选择性必修第二册 v θ vsinθ vcosθ θ × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × l：导线垂直于运动方向上的投影。 如果导线是弯曲的，应取与B、v垂直的等效直线的长度。 导体棒转动切割磁感线 05. 高中物理选择性必修第二册 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。 O A L 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，A相当于电源的正极。 两个公式的比较 06. 高中物理选择性必修第二册 思考与讨论 07. 高中物理选择性必修第二册 1.导体棒向右运动时，自由电荷向哪运动？ 3.导体棒的哪端电势比较高？ 4.非静电力与洛伦兹力有关吗？ F洛 ＋＋ - - + 2.运动自由电荷在磁场中受到什么力的作用？力的方向如何？ 总结提升 第四部分 法拉第电磁感应定律 课堂小结 高中物理选择性必修第二册 导线切割磁感线时的感应电动势 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。 法拉第电磁感应定律 01 02 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 例题1 例题精选 01. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 如图，空间中存在平行于纸面向右的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一根在b点被折成直角的金属棒平行于纸面放置，，ab边垂直于磁场方向。现该金属棒以速度v垂直于纸面向里运动。则两点间的电势差为（　　） A． B． C． D． 解析 例题解析 02. 高中物理选择性必修第一册 【解析】该金属棒以速度v垂直于纸面向里运动时，只有ab部分切割磁感线，由右手定则可知a点电势低于b点，b点电势等于c点电势，则 故选C。 例题2 例题精选 03. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 如图甲所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R，金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示（以向下为正方向），时间内ab始终保持静止。则下列说法正确的是（　　） A．时间内ab中的感应电流方向总是由b到a B．时间内ab棒所受的安培力向左 C．时间内ab棒所受的静摩擦力向右 D．时间内穿过回路的磁通量逐渐减小 解析 例题解析 04. 高中物理选择性必修第一册 【解析】AD．根据题意，结合题图乙可知，时间内，磁场方向向下，穿过回路的磁通量逐渐减小，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，回路中电流方向为顺时针（俯视），即ab中的感应电流方向为由a到b，时间内，磁场方向向上，穿过回路的磁通量逐渐增大，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，回路中电流方向为顺时针（俯视），即ab中的感应电流方向为由a到b，故AD错误；B．根据上述分析可知，时间内，金属棒ab中电流方向为a→b，磁场方向向下，由左手定则可知，ab棒所受的安培力向右，故B错误；C．根据上述分析可知，时间内，金属棒ab中电流方向为a→b，磁场方向向上，由左手定则可知，ab棒所受的安培力向左，由平衡条件可知，ab棒所受的静摩擦力向右，故C正确。故选C。 例题3 例题精选 05. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 如图甲所示，某同学在研究电磁感应现象时，将一线圈两端与电流传感器相连，强磁铁从长玻璃管上端由静止下落，电流传感器记录了强磁铁穿过线圈过程中电流随时间变化的图像，时刻电流为正向最大值，时刻电流为0，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．在时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大 B．在时刻，强磁铁的加速度大于重力加速度 C．强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上 D．在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量 解析 例题解析 06. 高中物理选择性必修第一册 【解析】A．由图乙知，时刻线圈中电流为零，说明线圈产生的感应电动势为零，由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量的变化率等于零，故A错误；B．由“来拒去留”可知，在时刻，强磁铁受到线圈向上的作用力F，磁铁的加速度小于重力加速度，故B错误；C．由“来拒去留”可知，强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上，故C正确；D．在到的时间内，线圈中有感应电流产生热量，由能量守恒定律可知，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量加上线圈产生的内能，故D错误。故选C。 例题4 例题精选 07. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 如图所示，半径为L的导电圆环（电阻不计）绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OA、OB、OC，辐条互成120°角。在圆环圆心角∠MON＝120°的范围内（两条虚线之间）分布着垂直圆环平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，圆环的边缘通过电刷P和导线与一个阻值也为r的定值电阻R0相连，定值电阻R0的另一端通过导线接在圆环的中心轴上，在圆环匀速转动过程中，下列说法中正确的是（　） A．金属辐条OA、OB、OC进出磁场前后，辐条中电流的大小不变，方向改变 B．定值电阻R0两端的电压为BL2ω C．通过定值电阻R0的电流为 D．圆环转动一周，定值电阻R0产生的热量为 解析 例题解析 08. 高中物理选择性必修第一册 【解析】A．由题意知，三根金属辐条始终有一根在磁场中切割磁感线，切割磁感线的金属辐条相当于内阻为r的电源，另外两根金属辐条和定值电阻R0并联，辐条进出磁场前后电流的大小、方向均改变，故A错误；BC．电路的总电阻圆环匀速转动时感应电动势所以定值电阻R0两端的电压通过定值电阻R0的电流故B错误，C正确；D．圆环转动一周，定值电阻R0产生的热量 故D错误。故选C。 THANKS cqw (c) - Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.43 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.43 $$