2.2 法拉第电磁感应定律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第2节　法拉第电磁感应定律 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 栏目索引 必备知识 自主学习 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 必备知识 自主学习 电磁感应 感应电动势 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 √ × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 变化率 标量 内部 电流 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 Blv Blv sinθ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 √ × × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 谢谢观看！ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.能理解感应电动势、法拉第电磁感应定律的内涵。 2．具有与电磁感应定律等相关的比较清晰的相互作用观念和能量观念。 能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小。 能够运用E＝Blv或E＝Blv sin θ计算导体切割磁感线时的感应电动势。 通过法拉第电磁感应定律的应用，能体会科学家的不断创造推动了社会的进步；有较强的动手做实验的兴趣，能体会法拉第电磁感应定律等物理定律之美；能体会电磁感应技术的应用对人类生活和社会发展的影响。 知识点一 感应电动势 1.定义：在____________现象中产生的电动势❶。 2．在电磁感应现象中，回路断开时，虽然没有感应电流，但_______________依然存在❷。 1．在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势。(　 　) 2．在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流。(　 　) 知识点二 电磁感应定律 1.法拉第电磁感应定律 (1)内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的_________❸成正比。 (2)公式：E＝______❹。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝______。 (3)标量性：感应电动势是______，但有方向。其方向规定为从电源负极经过电源______指向电源的正极，与电源内部______方向一致。 k eq \f(ΔΦ,Δt) n eq \f(ΔΦ,Δt) 2．导线切割磁感线时的感应电动势 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，E＝______，如图甲所示。 (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，E＝____________，如图乙所示。 1．感应电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断。(　 　) 2．感应电动势的大小与磁通量大小有关。(　 　) 3．磁通量变化越大，感应电动势就越大。(　 　) 批注❶：产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。 批注❷：有感应电动势不一定有感应电流，有感应电流则一定有感应电动势。 批注❸：磁通量的变化率 (1)定义：单位时间内磁通量的变化量。 (2)意义：磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢。 批注❹：在国际单位制中，E的单位是伏特(V)，Φ的单位是韦伯(Wb)，t的单位是秒(s)，此时k＝1，公式可简化为E＝ eq \f(ΔΦ,Δt) 。 探究点一　法拉第电磁感应定律的应用　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中： (1)快速插入和缓慢插入时磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？ (2)分别用一根磁铁和两根同磁极并排磁铁以同样速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？ (3)指针偏转角度取决于什么？ 提示：(1)磁通量的变化量相同，但磁通量变化的快慢不同，快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大。 (2)用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大，磁通量变化率也较大，指针偏转角度较大。 (3)指针偏转角度大小取决于 eq \f(ΔΦ,Δt) 的大小。 ►探究归纳 1．Φ、ΔΦ、 eq \f(ΔΦ,Δt) 的比较 物理量 单位 物理意义 计算公式 磁通 量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少 Φ＝B·S⊥ 磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少 ΔΦ＝Φ2－Φ1 磁通量的 变化率 eq \f(ΔΦ,Δt) Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢 eq \f(ΔΦ,Δt) ＝ 2.对公式E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 的理解 ►对点例练 (1)b、a两点的电压U； (2)电阻R1的电功率P； (3)断开S后，流经R2的电荷量Q。 答案：(1)57 V　(2)81 W　(3)1.5×10－3 C 解析：(1)根据法拉第电磁感应定律有 E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 得电动势E＝60 V 闭合S后，根据闭合电路欧姆定律得， I＝ eq \f(E,R1＋R2＋r) ＝3 A 此时，路端电压U＝E－Ir＝57 V (2)电阻R1的电功率P＝I2R1＝81 W (3)稳定后，电容器两端电压U1＝IR2＝30 V 该电容器所带电荷量 Q＝CU1＝1.5×10－3 C 断开S后，电容器放电，所以流经R2的电荷量 Q＝1.5×10－3 C [练1] (多选)图甲所示的电路中电阻R＝5 Ω，螺线管匝数n＝3 000匝，横截面积S＝10 cm2，螺线管导线总电阻r＝1 Ω，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B随时间t按图乙所示规律变化，磁感应强度B向下为正方向，下列说法正确的是(　　) A．通过电阻R的电流方向是从M到N B．感应电流的大小是1.0 A C．0～2 s内通过电阻R的电荷量为1 C D．N点的电势为－2.5 V ACD　解析：由楞次定律可以判断出螺线管中电流的方向从下向上，通过电阻R的电流方向是从M到N，A正确；根据法拉第电磁感应定律有E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) ＝nS eq \f(ΔB,Δt) ，由图乙可知 eq \f(ΔB,Δt) ＝ eq \f(3－1,2) T/s＝1 T/s，代入数据解得E＝3 000×1×10×10－4 V＝3 V，由闭合电路欧姆定律得I＝ eq \f(E,R＋r) ＝ eq \f(3,5＋1) A＝0.5 A，因此感应电流的大小是恒定的，B错误；由电荷量的公式q＝I·Δt＝0.5×2 C＝1 C，C正确；在外电路中UMN＝IR＝0.5×5 V＝2.5 V，顺着电流方向电势降低，因M点的电势等于零，那么N点的电势为－2.5 V，D正确。 应用E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 时应注意的三个问题 (1)此公式适用于求平均电动势。 (2)计算电动势大小时，ΔΦ取绝对值，不涉及正负。 (3)用E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势，而不是回路中某部分导体两端的电动势 eq \o(。,\s\do4(　,)) 探究点二　导线切割磁感线时的感应电动势　(科学思维之提升) ►情境探究 (1)如图所示，闭合电路一部分导线ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为l，ab以速度v匀速垂直切割磁感线时产生的感应电动势是多少？ (2)如图所示，一个半径为r的半圆形导线，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，当导线沿OP方向以速度v做匀速运动时，其感应电动势的大小是多少？ 提示：(1)E＝Blv (2)导线的有效长度l＝2r，则感应电动势E＝Blv＝2Brv ►探究归纳 1.对公式E＝Blv sin θ中各量的理解 (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；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l的理解：式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab两点间的距离。 (3)当导体棒绕一端转动时，如图所示，由于导体上各点的速度不同，是线性增加的，可取其平均速度求电动势，即E＝Bl eq \x\to(v) ＝Bl· eq \f(ωl,2) ＝ eq \f(1,2) Bl2ω。 2.公式E＝Blv sin θ与E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 的对比 E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) E＝Blv sin θ 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 Δt内的平均感应电动势 某一时刻的瞬时感应电动势 联系 E＝Blv sin θ是由E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) 在一定条件下推导出来的，该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论 ►对点例练 A．CD段直导线不受安培力作用 B．CD段直导线受安培力作用 C．感应电动势的最大值Em＝2Bav D．感应电动势的平均值 eq \x\to(E) ＝ eq \f(1,4) πBav BD　解析：由楞次定律判断可知，感应电流始终沿逆时针方向，由左手定则判断，CD段直导线所受安培力始终向下，A错误，B正确；当线框有一半进入磁场时，切割磁感线的有效长度最大，最大感应电动势为Em＝Bav，C错误；根据法拉第电磁感应定律可得，平均感应电动势 eq \x\to(E) ＝n eq \f(ΔΦ,Δt) ，n＝1，则 eq \x\to(E) ＝ eq \f(BS,Δt) ＝ eq \f(B·\f(πa2,2),\f(2a,v)) ＝ eq \f(1,4) πBav，D正确。 [练2]如图所示，MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，ab＝L。磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨间的夹角为60°，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，则流过金属棒的电流为(　　) A． eq \f(BLv,R) B． eq \f(\r(3)BLv,2R) C． eq \f(BLv,2R) D． eq \f(\r(3)BLv,3R) B　解析：金属棒切割磁感线的有效长度为L·sin 60°＝ eq \f(\r(3),2) L，故感应电动势E＝Bv· eq \f(\r(3)L,2) ，由闭合电路欧姆定律得通过金属棒的电流I＝ eq \f(\r(3)BLv,2R) 。 [练3]如图是法拉第研制成的世界上第一台发电机模型的原理图。将铜盘放在磁场中，让磁感线垂直穿过铜盘，图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一平面内，转动铜盘，就可以使闭合电路获得电流。若图中铜盘半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B，回路总电阻为R，匀速转动铜盘的角速度为ω。则电路的功率是(　　) A． eq \f(B2ω2r4,R) B． eq \f(B2ω2r4,2R) C． eq \f(B2ω2r4,4R) D． eq \f(B2ω2r4,8R) C　解析：导体棒旋转切割磁感线产生的电动势为E＝ eq \f(1,2) Bωr2，由P＝ eq \f(E2,R) ，得电路的功率为 eq \f(B2ω2r4,4R) ，C正确。 感应电动势计算的三点说明 (1)一般求某一位置或某一时刻的感应电动势时，应用瞬时电动势公式求解，如切割磁感线情形用E＝Blv。 (2)求某一段时间或某一过程的电动势时，要用E＝n eq \f(ΔΦ,Δt) ，其中Δt为对应的这段时间。 (3)感应电动势的平均值不一定是最大值与最小值的平均值，需根据法拉第电磁感应定律求解 eq \o(。,\s\do4(　,)) 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练4] (科技情境)如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈等距离排列，且与传送带以相同的速度匀速运动。为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带运动方向，根据穿过磁场后线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈。通过观察图形，判断下列说法正确的是(　　) A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈中感应电流的方向从上向下看为逆时针 B．若线圈闭合，传送带以较大速度匀速运动时，磁场对线圈的作用力较大 C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈 D．从图中可以看出，第4个线圈是不合格线圈 B　解析：若线圈闭合，进入磁场时，穿过线圈的磁通量向上增大，由楞次定律可知，线圈中的感应电流的磁场方向向下，所以感应电流的方向从上向下看是顺时针，A错误；根据法拉第电磁感应定律，传送带以较大速度匀速运动时，线圈中产生的感应电动势较大，则感应电流较大，磁场对线圈的作用力较大，B正确；由题图知第1、2、4、5、6个线圈位置均匀，则都发生了相对滑动，而第3个线圈没有向后滑动，则第3个线圈不闭合，没有产生感应电流，是不合格线圈，C、D错误。 [练5](科技情境)很多人喜欢到健身房骑车锻炼。某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示。自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，后轮圆形金属盘在磁场中转动时，可等效成一导体棒绕圆盘中心O转动。已知磁感应强度B＝0.5 T，圆盘半径l＝0.3 m，圆盘电阻不计，导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R＝10 Ω的小灯泡。后轮逆时针匀速转动时，用电压表测得a、b间电压大小U＝0.6 V。则(　　) A．车速越大，人骑得越轻松 B．电压表的正接线柱应与b相接 C．后轮匀速转动20 min产生的电能为426 J D．该自行车后轮边缘的线速度大小为4 m/s B　解析：车速越大，由E＝ eq \f(1,2) Bl2ω可知，产生的感应电动势越大，感应电流越大，由F＝IlB可知，车轮所受安培力越大，而安培力阻碍车轮转动，所以人骑得越不轻松，A错误；根据右手定则可判断轮子边缘的点等效为电源的负极，则电压表的正接线柱应与b相接，B正确；根据焦耳定律得Q＝I2Rt，由欧姆定律得I＝ eq \f(U,R) ，联立并代入数据解得Q＝43.2 J，C错误；由U＝E＝ eq \f(1,2) Bl2ω，解得v＝ωl＝ eq \f(2U,Bl) ＝8 m/s，D错误。 $$