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

2.2法拉第电磁感应定律 第二章 电磁感应及其应用 N S G 乙 v 1、理解和掌握法拉第电磁感应定律； 2、运用法拉第电磁感应定律推导出导体切割磁感线产生的电动势的公式。 学习目标 问题1：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？ 问题2：电路中产生持续电流的条件是什么？ （1）闭合电路 （2）磁通量变化 闭合电路，有电源。 甲 N S G 乙 v 产生电动势的那部分导体相当于电源 复习引入 思考1：如图所示，在导体棒切割磁感线的过程中，谁充当电源？ 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E）. *产生感应电动势的那部分导体相当于电源（区分内、外电路电流流向). 2.产生条件：只要穿过回路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。 思考2：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？ 3.感应电动势与感应电流的关系：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. 环节一：感应电动势 观察思考：将条形磁铁从螺线管中同一位置快速拔出和慢速拔出到同一位置时，螺线管中：磁通量变化量ΔΦ是否相同？感应电流大小是否相同？ 猜想：感应电动势大小与哪个量有关？如何描述该物理量？ 实验探究： 实验结论： 磁通量变化越快，感应电流越大，产生的感应电动势越大。 5 磁通量的变化快慢（变化率） 德国物理学家纽曼在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年指出了感应电动势的定量规律： 一匝线圈产生的感应电动势与磁通量变化快慢的关系：（公式中各物理量取国际单位） N S G 乙 v n匝线圈产生的感应电动势与磁通量变化快慢的关系： n匝线圈→n个电源串联 环节二：法拉第电磁感应定律 由于之前法拉第做了大量开创性的研究工作，人们将这一规律称为： 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: （1）E:感应电动势的大小 △Φ：磁通量变化量的大小（取绝对值） △t:变化时间 N S G 乙 v ：磁通量变化率 （2）对n的理解：一个线圈产生的 n匝线圈，n个电源串联： （3）公式中各物理量应使用国际单位制。 4.理解： （1） 常用于求平均感应电动势； （2）当Δt→0时，E可表示瞬时感应电动势； （3）在Φ— t图像中表示图像斜率的大小； 3.两种特殊情况 （1）若B⊥S,当S一定时，B均匀增大（B=kt）； = =nkS （2）若B⊥S,当B一定时，S变化； = O Φ t 如图，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 即学即用1 (多选)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的关系图像如图所示，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 即学即用2 回路在时间Δt内增大的面积为：ΔS=LvΔt 穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔS=BLvΔt 1. 推导：如图所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有两平行金属导轨 ab 和 cd。a、c 间串联一电流计，两导轨所在平面跟磁感线垂直。一根金属棒MN搁在导轨上，金属棒MN与导轨垂直，金属棒 MN以速度v向右做匀速运动；金属棒MN的长度以及导轨ab、cd的间距均为L；求：金属棒 MN产生的感应电动势。 v G a b c d M N 产生的感应电动势为： =BLv （1）使用条件：B、L、v两两相互垂直 （2） v为某时刻的瞬时速度，则E为该时刻的瞬时感应电动势 v为某段时间的平均速度，则E为这段时间的平均感应电动势 n=1 环节三：导体切割磁感线时的感应电动势 2. L与v不垂直 推导：导轨的间距为L，求三个导体棒的感应电动势。 v v v E=BLv L：有效切割长度（弯曲导线两端点的连线段在垂直v方向上的投影） 3. B与v不垂直 推导：直导体棒长度为L，v与B的夹角为θ，求：感应电动势E E=BLv1（v1：垂直与B的分速度）= BLvsinθ v B v1 v2 θ 即学即用1 图所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为？ 图1 图2（半径为R） 图3 （半径为R） 图4 图5 图6 l l l 在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4m，如图所示，框架上放置一质量为0.05kg、电阻为1Ω的金属杆cd，框架电阻不计.若cd杆以恒定加速度a＝2m/s2，由静止开始做匀变速直线运动，则： (1)在5s内平均感应电动势是多少？ (2)第5s末，回路中的电流多大？ 即学即用2 总结：法拉第电磁感应定律 E＝n 和E＝ nBLv 思考：①二者有何联系？二者的适用范围分别是？ ②谁一般求出的是平均感应电动势？什么条件下该表达式可求瞬时感应电动势？ ③谁一般求出的是瞬时感应电动势？什么条件下该表达式可求平均感应电动势？ 15 拓展：导体杆转动切割磁感线问题 推导：如图所示,长为l的铜棒ab在垂直于匀强磁场的平面上绕a点以角速度ω匀速转动,磁场的磁感应强度大小为B.求铜棒中感应电动势的大小. 设在Δt时间内,铜棒转过的角度为θ,有θ=ωΔt, 铜棒ab所扫过的扇形面积为ΔS=lθ·l=l2θ=l2ωΔt 则ΔΦ=BΔS=Bl2ωΔt 由法拉第电磁感应定律得E===Bl2ω. 棒上每点的速度关于r的平均值== = 由公式E=Bl得,E=Bl=Bl2ω vb 距a点的距离r O l v ωl 法二: 法一: 即学即用 例3：如图所示,导体棒AB长为2R,绕O点以角速度ω匀速转动,OB长为R,且O、B、A三点在一条直线上,有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直,那么AB两端的电势差大小为 A.BωR2 B.2BωR2 C.4BωR2 D.6BωR2 谢谢！ txm A.πR2 B.a2 C.nπR2 D.na2 $$