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 高中物理《课标》要求 第二章 电磁感应 高中物理《课标》要求 2.1 探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律。 2.2 通过实验理解法拉第电磁感应定律。 2.3 通过实验了解自感现象和涡流现象，能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。 第二章 电磁感应 《本单元教学重难点》 教学重点 教学难点 1.楞次定律； 2.法拉第电磁感应 定律及其应用； 3.自感现象。 1.楞次定律； 2.法拉第电磁感应定律 及其应用。 第2节 法拉第电磁感应定律《学习目标》 (1)通过实验，理解法拉第电磁感应定律。知道E=Blvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，会用法拉第电磁感应定律在具体情境中分析求解有关问题。 (2)经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法；经历推理得出E=Blvsinθ的过程，体会矢量分解的方法。 (3)知道E=n与E=Blvsinθ的内在联系，感悟事物的共性与个性的关系，体会辩证唯物主义的方法和观点 02 03 01 主题(二) 感应电动势 主题(一) 实验探究I感的大小 目录 CONTENTS 主题(三) 法拉第电磁感应定律 04 第2节 法拉第电磁感应定律 主题(四) 切割的电动势 (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 楞次定律 问题3：产生感应电流的方向怎么确定？ 问题4：产生感应电流的大小跟什么因素有关？ 切割：展右手定则 新课引入：电磁感应中产生I感大小跟什么因素有关？ 思考2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系? 思考1：在实验中,电流表指针偏转原因是什么? 思考3：在实验中，将条形磁铁从同一高度进入线圈中同一位置，快入和慢入有什么异同? Φ变化 产生E感 产生I感 总电阻一定，E感越大，I感越大,指针偏转越大。 Φ变化量相同。 Φ变化快慢不同。 磁通量变化越快，感应电动势越大。 感应电动势与磁通量变化快慢有关？ 新课引入：电磁感应中产生I感大小跟什么因素有关？ 由I感= 第一部分 实验探究感应电流的大小 一、实验探究 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。 一、实验探究 一、实验探究 1.实验器材：长玻璃管、强磁体、线圈、电压表。 2.实验步骤： 3.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。 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。 磁通量的变化快慢就是磁通量的变化率，用表示。 思考：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 发生电磁感应的部位相当于电源，它的作用是提供电动势。 甲 N S G 乙 相当于电源 a b a.b两点电势哪点高？ + - 一、实验探究 电源 提供电动势 提供感应电动势 电磁感应中产生的电动势 1.定义： 2.条件： 若电路又闭合，就会产生I感 。 二、感应电动势（induction electromotive forced） 3.方向： 穿过电路的Φ发生改变， 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。 N S G 乙 a b + - 发生电磁感应的部位相当于电源，它的作用是提供电动势。 等效电源内部负极指向正极。 与电路是否闭合无关 4.大小： 与有关； 与匝数有关。 电磁感应中产生的电动势 1.定义： 2.条件： 若电路又闭合，就会产生I感 。 二、感应电动势（induction electromotive forced） 3.方向： 穿过电路的Φ发生改变， 等效电源内部负极指向正极。 与电路是否闭合无关 4.大小： 与有关； 与匝数有关。 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 electromagnetic induction）。 N S G a b + - 第三部分 法拉第电磁感应定律 三、法拉第电磁感应定律 E感跟穿过这一电路的Φ的变化率成正比。 1.内容: 2.公式: ④Δφ取绝对值，只计算大小 注意： ③E为Δt内的平均E感 , ②若线圈匝数为n， N S G 乙 a b + - ①当各物理量单位都用国际单位时，k=1. 可视为单匝线圈串联而成 若Δt→0时，表示瞬时E感 ⑤1V=1Wb/s ⑥Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt意义不同 物理意义 与电磁感应关系 磁通量Ф 磁通量变化量△Ф 磁通量变化ΔΦ/Δt 三、法拉第电磁感应定律 ⑥Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt意义不同 穿过回路的磁感线的条数多少 无直接关系 穿过回路的磁通量变化了多少 产生感应电动势的条件 决定感应电动势的大小 穿过回路的磁通量变化的快慢   ΔΦ/Δt： ΔФ： Ф： 磁通量 磁通变化量 磁通量变化率， Ф=BS Ф末-Ф初 ΔФ= Φ/Wb t/s 1 2 3 0 1 2 5 4 6 Φ-t图像斜率反映Φ的变化率 思考：红线反应感应电动势大小如何变化？ × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v ①B⊥S，且B不变，S发生变化， ②B⊥S，且S不变，B变化，ΔB＝B2-B1 ③B与S都不变,它们的夹角发生改变。 3.计算: S的变化率 B的变化率， B t 即B-t图像的斜率 ΔS＝S2-S1 a b 三、法拉第电磁感应定律 【典例1】下列说法正确的是（ ） A.线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大。 B.线圈中磁通量的变化量ΔΦ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 典例分析： × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 解：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Φ的变化为 ΔΦ=BΔS =BLvΔt （V⊥B） 【典例2】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E? （V⊥杆） a b 典例分析： E感=BLV 第四部分 导体切割的电动势 × × × × × × × × × × × × × × × V θ V1 V2 若V//B，则E=0 1.大小： ②若导体斜割, ①只适用于双垂直切割 （V⊥B） （V⊥杆） (θ为v与B夹角) 若V//杆，则E=0 四、导体切割的电动势 E=BLV E=BLV1 =BLVsinθ θ v B V1 V2 θ E=BLV1 =BLVsinθ ③若v与杆的夹角为θ: L2 L1 E=BL1V =BLVsinθ L1：导线垂直于运动方向上的投影。 × × × × × × × × × × × × × × × V θ L × × × × × × × × × × × × × × × V L × × × × × × × × × × × × × × × V θ V1 V2 若V//B，则E=0 1.大小： ②若导体斜割, ①只适用于双垂直切割 （V⊥B） （V⊥杆） (θ为v与B夹角) 若V//杆，则E=0 四、导体切割的电动势 E=BLV E=BLV1 =BLVsinθ θ v B θ E=BLV1 =BLVsinθ ③若v与杆的夹角为θ: L2 L1 × × × × × × × × × × × × × × × V θ L × × × × × × × × × × × × × × × V L ④L为曲线在速度方向的投影长度：有效长度 1.大小： ②若导体斜割, ①只适用于双垂直切割 （V⊥B） （V⊥杆） (θ为v与B夹角) 四、导体切割的电动势 E=BLV E=BLV1 =BLVsinθ E=BLV1 =BLVsinθ ③若v与杆的夹角为θ: ④L为曲线在速度方向的投影长度：有效长度 ⑤v为平均值(瞬时值), E就为平均值(瞬时值) 1.大小： （V⊥B） （V⊥杆） 四、导体切割的电动势 E=BLV 注意：切割电动势大小和方向有专用的方法计算和判断 2.方向： I感 电源 由等效电源的负极流向正极 × × × × × × × × × × × × × × × 有感应电流吗？ 有感应电动势吗？ a b v 无 有 方向? ②切割产生E的非静电力为____ ①建龙展右手定则判断方向 f洛 ③因切割产生的E感称动生E 因B改变产生的E感称感生E 【典例3】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_______________。 甲、乙、丁 典例分析： @《创新设计》 课堂互动探究 课前自主梳理 课堂小结 【典例4】一个水平放置的导体框架,宽度L=1.5m,接电阻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,ab电阻r=0.1Ω,其余均不计,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 (3)ab两端的电压 （3）Uab= 解:（1）E=BLv =2.4V R B r P M N a Q b v IR =1.6V （3）Uab= （2）I=E/(R+r) =8A E=2.4V 3.转动切割： × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × a b L 0 r ω a b v 四、导体切割的电动势 1.大小： （V⊥B） （V⊥杆） E=BLV 2.方向： 由等效电源的负极流向正极 方向： b→a 【典例5】如图长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B，求杆OA两端的电势差？哪点电势高？ ω A O v 0点电势高 【典例6】(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( 　　) A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 AB F安 通电导体棒在磁场中受安培力运动时切割磁感线会产生一个反向电压，干电池要拿一部分电压抵消这个反向电压，才能产生持续的电流，让棒持续运动。 a b 光滑水平导轨 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × I I感 + - 思考：通电导体棒放在磁场中会发生什么情况？ 会，与输入的电压相反 这就是我们以前说的机械电压 思考：电动机线圈在磁场中转动也会产生相反的感应电动势吗? 3.转动切割： 四、导体切割的电动势 1.大小： （V⊥B） （V⊥杆） E=BLV 2.方向： 由等效电源的负极流向正极 4.反电动势： 电动机转动时产生的E感 电动机停止转动, 就没有反电动势,电源电压全部给了导线。线圈中电流会很大，电动机会烧毁，要立即切断电源,进行检查. 削弱电源产生的电流，阻碍线圈的转动. 【典例7】下列说法正确的是（ ） A.电动机转动时，线圈中会产生反电动势，若断电后，线圈会由于反电动势的存在而反向转动。 B.当线圈减速转动时，也存在反电动势。 C.随着科技的进步，也会使反电动势的作用变成线圈转动的动力。 D.反向电动势有可能大于原有电源电动势 B 《思维导图·电势能和电势》 课堂小结 法拉第电磁感应定律 感应电动势 实验探究 法拉第电磁感应定律 切割电动势 磁通量的变化快慢就是磁通量的变化率，用表示。 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。 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 导线切割磁感线时的感应电动势 【练习1】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． 巩固提高 C 【练习2】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 C 巩固提高 【练习3】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 巩固提高 C 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 C 【练习4】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（　） 巩固提高 【练习5】如图所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦滑动，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，它们每米长度的电阻都是0.2 Ω，磁场的磁感应强度为0.2 T。问： (1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？回路中的电流为多少？ (2)3 s内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？ 思考：回路中的电流大小如何变化？ 巩固提高 【练习6】如图甲所示的螺线管，匝数n＝1 500匝，横截面积S＝20 cm2，方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化， (1)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少？ (2)磁通量的变化率多大？ (3)线圈中感应电动势的大小为多少？ 答案　(1)8×10－3 Wb　(2)4×10－3 Wb/s　(3)6 V 巩固提高 【练习7】 如图甲所示，一个圆形线圈匝数n＝1 000匝、面积S＝2×10－2 m2、电阻r＝1 Ω。在线圈外接一阻值为R＝4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里，磁场的磁感应强度B随时间变化规律如图乙所示。求： (1)0～4 s内，回路中的感应电动势； (2)t＝5 s时，a、b两点哪点电势高； (3)t＝5 s时，电阻R两端的电压U。 答案　(1)1 V　 (2)a点的电势高　(3)3.2 V 巩固提高 谢 谢 观 看 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 此时E＝Blv＝0.2×5 eq \r(3)×5 V＝5 eq \r(3) V 电路电阻为R＝(15＋5 eq \r(3)＋10 eq \r(3))×0.2 Ω＝3(1＋eq \r(3)) Ω 所以I＝≈1.06 A ΔΦ＝BS－0＝0.2×eq \f(1,2)×15×5 eq \r(3) Wb＝eq \f(15 \r(3),2) Wb E＝eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(\f(15\r(3),2),3) V≈4.33 V 解：（1）l＝vttan 30°＝5×3×tan 30° m＝5 eq \r(3) m $$