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

2025春季高二物理选择性必修第二册第二章第2节《法拉第电磁感应定律》学练案 主备人: 审题人：1 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 第2节 法拉第电磁感应定律 （学案） 【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 【学习重难点】 1、教学重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用。 2、教学难点：对磁通量，磁通量的变化量和磁通量变化率的理解。 【知识回顾】 一、楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要________________引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从________________进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时________________所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 2．适用范围 适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 【自主预习】 一、电磁感应定律 1．感应电动势 (1)在电磁感应现象中产生的电动势叫作________________，产生感应电动势的那部分导体相当于________________。 (2)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有感应电流，但________________依然存在。 2．法拉第电磁感应定律 (1)内容：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________________成正比。 (2)公式：________________。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则________________。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是________________，感应电动势的单位是________________。 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1．动生电动势 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导线相当于一个电源。 2．动生电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，E＝________________。 (2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图乙所示，E＝_________________________________。 3．动生电动势中的非静电力 自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力，非静电力与________________有关。 4．动生电动势中的功能关系 闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服________________力做功，其他形式的能转化为________________。 练案 1．对于法拉第电磁感应定律E＝n，下面理解正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 B．穿过线圈的磁通量为0，感应电动势一定为0 C．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大 D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 2．如图甲、乙、丙、丁所示的四种情况中，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 3．如图所示，半径为R的n匝线圈套在边长为a的正方形ABCD之外，匀强磁场垂直穿过该正方形。当磁场以的变化率变化时，线圈产生的感应电动势的大小为(　　) A．πR2　　　　　 B．a2 C．nπR2 D．na2 4．如图所示，半径为r的金属圆环以角速度ω绕通过其直径的轴OO′匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B。从金属圆环所在的平面与磁场方向重合时开始计时，在转过30°角的过程中，环中产生的感应电动势的平均值为(　　) A．2Bωr 2 B．2Bωr 2 C．3Bωr 2 D．3Bωr 2 5．[多选]如图所示，一导线折成边长为a的正三角形闭合回路，虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面向下，回路以速度v向右匀速进入磁场，边长CD始终与MN垂直，从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是(　　) A．导线框受到的安培力方向始终向上 B．导线框受到的安培力方向始终向下 C．感应电动势的最大值为Bav D．感应电动势的平均值为Bav 6．如图所示，宽度为的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为的电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。一根质量为的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右以的速度做匀速运动，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直。求： (1)闭合回路中产生的感应电流大小； (2)作用在导体棒上的拉力大小； (3)当导体棒移动时撤去拉力，在导体棒整个运动的过程中，电阻R上产生的热量。 7．如图，两根足够长的光滑平行金属直导轨与水平面夹角倾斜放置，下端连接一阻值的电阻，整个装置处于方向垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小的匀强磁场中。现将一质量的金属棒从导轨上端由静止释放，经过时间后做匀速直线运动。在运动过程中，金属棒与导轨始终垂直且接触良好，已知金属棒接入电路阻值，导轨间距，导轨电阻忽略不计，。求： (1)由静止释放时金属棒的加速度大小； (2)金属棒做匀速直线运动的速度大小； (3)金属棒在时间内产生的焦耳热。 【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$2.2 法拉第电磁感应定律 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 新课引入 【问题1】电路中要有电流，就需要一个电源，电源有两个重要参数，一个是内电阻，另一个是什么？ 电动势 【问题2】电磁感应现象中，电路中产生了感应电流，感应电路中有没有电源？这个电源在哪里？ 有电源，产生电磁感应的部分就是电源。比如，动生现象中切割磁感线的导体，感生现象中变化磁场穿过的线圈。 【问题3】感应电源的电动势的方向是怎样的呢？ I v 楞次定律 右手定则 物理雾里悟理 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势; 2.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。 与电路是否闭合无关。 ①有感应电流一定存在感应电动势； ②有感应电动势不一定存在感应电流。 N S G 乙 甲 产生电动势的线圈相当于电源 一、感应电动势（电势高低） I V 站立式讨论：感应电动势的大小跟哪些因素有关？ 物理雾里悟理 （二）部分导体切割磁感线 切割磁感线的导体棒运动的越快感应电流越大 穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大 （一）条形磁铁穿插螺线管 实验探究：感应电动势的大小跟哪些因素有关？ 物理雾里悟理 E感跟穿过这一电路的Φ的变化率成正比 1.内容: 2.公式: ①Δφ取绝对值，不涉及正负； 注意： ②E为Δt内的平均电动势，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； 二、法拉第电磁感应定律（感应电动势大小） 表示磁通量变化的快慢 n 为线圈的匝数   物理意义 与电磁感应关系 磁通量Ф 磁通量变化△Ф 磁通量变化率ΔΦ/Δt 某一时刻穿过回路的磁感线的条数 无直接关系 一段时间内穿过回路的磁通量的变化了多少 产生感应电动势的条件 穿过回路的磁通量变化的快慢   决定感应电动势的大小 物理雾里悟理 1、单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图所示，图线为正弦曲线的一部分，则(　　) A.在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大 B．在t＝1×10－2 s时刻，感应电动势最大 C．在t＝2×10－2 s时刻，感应电动势为零 D．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零 BC 你能行！！ 物理雾里悟理 ①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ： ②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ： ③如果B、S都变化呢？ 二、法拉第电磁感应定律 应用法拉第电磁感应定律的三种情况 动生 （感应电动势） 感生 （感应电动势） 物理雾里悟理 2、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 你能行！！ 物理雾里悟理 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。 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 （v⊥B） （v⊥杆） a b × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？ 三、导线切割磁感线时的感应电动势（动生） 物理雾里悟理 θ v B V1 V2 （一）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 “分解”思想 （二）L为切割磁感线的有效长度 v θ vsinθ vcosθ E=Blvsinθ 感应电动势： E=Bvlsinθ × × × × × × × × × × × × v l 三、导线切割磁感线时的感应电动势（动生） 物理雾里悟理 3、一个水平放置的导体框架,宽度L=1.5m,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,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 解:（1）E=BLv =2.4V R B r P M N a Q b v IR =1.6V 你能行！！ 物理雾里悟理 4、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. ω A O v 你能行！！ 物理雾里悟理 5、法拉第圆盘发电机的示意图如图7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 你能行！！ 物理雾里悟理 ①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？ ②正电荷向什么方向运动？ ③以v2向上运动，受不受洛伦兹力？ F1=qv1B，向上 为讨论方便设自由电荷为正电荷 正电荷除了向右运动，还要向上运动 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × v1 F1=qv1B v2 F2=qv2B －－ ＋＋ 电磁感应现象中的洛伦兹力： ④F1、F2各做什么功？ F1做正功、F2做负功， 洛伦兹力永远不做功 F洛 v 做功代数和为0. 补充：导线切割磁感线时的非静电力 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。非静电力是洛伦兹力。 物理雾里悟理 【课堂小结】 物理雾里悟理 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $$nullnullnull2025春季高二物理选择性必修第二册第二章第2节《法拉第电磁感应定律》学练案 主备人: 审题人：1 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 第2节 法拉第电磁感应定律 （学案） 【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 【学习重难点】 1、教学重点：法拉第电磁感应定律的建立和应用。 2、教学难点：对磁通量，磁通量的变化量和磁通量变化率的理解。 【知识回顾】 一、楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 2．适用范围 适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 【自主预习】 一、电磁感应定律 1．感应电动势 (1)在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 (2)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在。 2．法拉第电磁感应定律 (1)内容：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。 (2)公式：E＝。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝n。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，感应电动势的单位是伏特。 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1．动生电动势 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导线相当于一个电源。 2．动生电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，E＝Blv。 (2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图乙所示，E＝Blvsin_θ。 3．动生电动势中的非静电力 自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力，非静电力与洛伦兹力有关。 4．动生电动势中的功能关系 闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服安培力做功，其他形式的能转化为电能。 练案 1．对于法拉第电磁感应定律E＝n，下面理解正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 B．穿过线圈的磁通量为0，感应电动势一定为0 C．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大 D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 【答案】D　 【详解】根据E＝n可知，穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大，故选项D正确，A、B、C错误。 2．如图甲、乙、丙、丁所示的四种情况中，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 【答案】B　 【详解】公式E＝Blv中的l为导体切割磁感线的有效长度，题图甲、乙、丁中的有效长度均为l，感应电动势E＝Blv，而题图丙的有效长度为lsin θ，感应电动势E＝Blvsin θ，故B正确。 3．如图所示，半径为R的n匝线圈套在边长为a的正方形ABCD之外，匀强磁场垂直穿过该正方形。当磁场以的变化率变化时，线圈产生的感应电动势的大小为(　　) A．πR2　　　　　 B．a2 C．nπR2 D．na2 【答案】D　 【详解】由题意可知，线圈中磁场的面积为a2，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势大小E＝n＝na2，故选项D正确。 4．如图所示，半径为r的金属圆环以角速度ω绕通过其直径的轴OO′匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B。从金属圆环所在的平面与磁场方向重合时开始计时，在转过30°角的过程中，环中产生的感应电动势的平均值为(　　) A．2Bωr 2 B．2Bωr 2 C．3Bωr 2 D．3Bωr 2 【答案】C　 【详解】题图位置时穿过金属环的磁通量Φ1＝0，转过30°角时穿过金属环的磁通量大小Φ2＝BSsin 30°＝BS，转过30°角所用的时间Δt＝＝，由法拉第电磁感应定律，得感应电动势的平均值＝n＝n＝3Bωr2，故C正确，A、B、D错误。 5．[多选]如图所示，一导线折成边长为a的正三角形闭合回路，虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面向下，回路以速度v向右匀速进入磁场，边长CD始终与MN垂直，从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是(　　) A．导线框受到的安培力方向始终向上 B．导线框受到的安培力方向始终向下 C．感应电动势的最大值为Bav D．感应电动势的平均值为Bav 【详解】CD　 【详解】根据左手定则可知，导线框未全部进入磁场前受到的安培力方向向左，全部进入以后受到的安培力为零，所以A、B错误。该闭合回路有效切割长度最长为a，则感应电动势最大值为Bav，故C正确。感应电动势平均值为E＝＝＝Bav，故D正确。 6．如图所示，宽度为的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为的电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。一根质量为的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右以的速度做匀速运动，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直。求： (1)闭合回路中产生的感应电流大小； (2)作用在导体棒上的拉力大小； (1)(2) (3) 【详解】（1）根据题意可知，感应电动势为根据闭合电路的欧姆定律可得回路中产生的感应电流为 （2）导体棒匀速运动，由平衡条件可得解得拉力大小为 （3）整个运动过程中，由能量守恒有解得 (3)当导体棒移动时撤去拉力，在导体棒整个运动的过程中，电阻R上产生的热量。 7．如图，两根足够长的光滑平行金属直导轨与水平面夹角倾斜放置，下端连接一阻值的电阻，整个装置处于方向垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小的匀强磁场中。现将一质量的金属棒从导轨上端由静止释放，经过时间后做匀速直线运动。在运动过程中，金属棒与导轨始终垂直且接触良好，已知金属棒接入电路阻值，导轨间距，导轨电阻忽略不计，。求： (1)由静止释放时金属棒的加速度大小； (2)金属棒做匀速直线运动的速度大小； (3)金属棒在时间内产生的焦耳热。 (1) (2) (3) 【详解】（1）由牛顿第二定律得解得 （2）金属棒做匀速直线运动时，得根据欧姆定律及法拉第电磁感应定律有 联立解得得 （3）金属棒由静止释放到做匀速直线运动下滑的距离设为x，该过程由动量定理得： 其中    由能量守恒定律得金属标产牛的熊耳热 联立解得 【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$nullnull