2.2 法拉第电磁感应定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

2.2 法拉第电磁感应定律 问题？ 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？ 使用条形磁铁以不同的速度插入或拔出线圈，发现感应电流的大小也不同，这是为什么？ 1.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。 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。 2.在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中 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。 探究影响感应电流大小的因素 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20cm、30cm、40cm和50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。 （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。 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。 2、线圈匝数越多、磁体越强，线圈两端的电压越大。 1、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； （3）实验结论： 找一找：区别和联系 甲 N S G 乙 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。 一.电磁感应定律 1.感应电动势 （1）定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势 （2）产生条件： 只要穿过电路的磁通量发生改变，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 注意：产生感应电动势的那部分导体相当于电源 （3）方向确定：在内电路中，感应电动势的方向由电源的负极指向电源的正极，跟内电路中的电流方向一致。 2.法拉第电磁感应定律 （1） 内容:闭合电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 （2）公式： ①当各物理量都用国际单位时，k=1 ②若线圈有n匝时，可以看成n个单匝线圈串联而成 （3）单位:伏特（V） 1 V=1 Wb/s （4）公式说明：求E值时ΔΦ取绝对值，不涉及正负。 (5)适用范围： ①求平均感应电动势 ②当Δt→0时，表示瞬时感应电动势 ②Φ-t图像中，斜率k=ΔΦ/Δt, 斜率k越大，感应电动势越大。 3.应用法拉第电磁感应定律的三种情况 (2)由磁场变化时，ΔΦ＝ΔB·S，则 (3)当面积和磁场都变化时，则 (1)当面积变化时，ΔΦ＝B·ΔS，则 ΔΦ＝Φ末－Φ初≠ΔB·ΔS 例题：如图(a)所示的螺线管,匝数n=1500，横截面积S=20cm2，方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图(b)所示规律变。 (a) (b) (1)2s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? (1)8×10-3 Wb 　(2)4×10-3 Wb/s　 (3)6 V 二.导线切割磁感线时感应电动势 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。 线框的面积变化量: 磁通量变化量： 产生的感应电动势为： ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt ΔS＝LvΔt 即:E=BLv （ B、L、v两两垂直） 如果导线的运动方向与磁感线方向有一个夹角θ，速度v可以分解为两个分量： v1＝vsinθ v2＝vcosθ v2//B 所以v2不切割磁感线，不产生感应电动势。 ∴E=BLv1=BLvsinθ θ为B与v的夹角 E=BLv E=BLvsinθ ①当B、L、v两两垂直时 ②当B与v成θ时 1.感应电动势的大小 ③当B与v平行时 E=0 注意：为导体相对磁场运动的速度，若磁场也在运动，应注意速度间的相对关系 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × G v v v × × × × × × × × × × × × × × × × v 为切割磁感线的有效长度（垂直于、的两端口距离） 注意： 适用于求平均感应电动势 E=BLv 适用于求平均感应电动势和瞬时感应电动势 思考与讨论 如图导体棒CD在匀强磁场中运动。自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体棒中自由电荷相当于纸面的运动大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷 导体棒中自由电荷（正电荷）随导体棒向右运动，由左手定则可判断正电荷受到沿棒向上的洛伦兹力作用。因此，正电荷一边向上运动，一边随导体棒匀速运动，所以正电荷相对于纸面的运动是斜向右上方的。 导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？导体棒哪段的电势比较高？ 不会。当导体棒中的自由电荷受到的洛伦兹力与电场力平衡时不再定向移动，因为正电荷会聚集在C点，所以C端电势高。 由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。 可以判断，安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向是相反的。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。 如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能 3.导体转动切割磁感线时的感应电动势： （1）导体绕一端转动切割磁感线时： （2）导体绕两端间某点转动切割磁感线时： （3）导体绕两端延长线某点转动切割磁感线时： E=BL=BL F2 + - F电 4.动生电动势 （1）定义：由于导体运动切割磁感线而产生的电动势 （2）动生电动势原理： （3）动生电动势方向： 右手定则（D－C） （4）非静电力来源：动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力沿导体棒方向的分力。 注意：动生电动势与洛伦兹力有关，但洛伦兹力始终不做功 1.如图所示,平行导轨间距为d,其左端接一个电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在平面,一根金属棒与导轨成θ角放置,金属棒与导轨的电阻均不计。当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在导轨上滑行时,通过电阻R的电流大小是(　 　) D 2.如图甲所示，螺线管匝数n = 1000匝，横截面积S = 10 cm2，螺线管导线电阻r = 1Ω，电阻R = 9Ω，磁感应强度B的B-t图像如图乙所示（以向右为正方向），则( ) A.感应电动势为0.6V B.感应电流为0.06A C.电阻R两端的电压为6V D.0~1s内感应电流的方向为从C点通过R流向A点 D 3.如图甲所示，100匝总阻值为0.3kΩ的圆形线圈两端M、N与一个阻值为1.2kΩ的电压表相连，其余电阻不计，线圈内有垂直纸面指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化。下列说法正确的是( ) A.线圈中产生的感应电流沿顺时针方向 B.电压表的正接线柱接线圈的N端 C.线圈中磁通量的变化率为0.05Wb/s D.电表的读数为40V D 4.舰载机返回航母甲板时有多种减速方式，如图所示，为一种电磁减速方式的简要模型。固定在水平面上足够长的平行光滑导轨，左端接有定值电阻，整个装置处在匀强磁场中。现有一舰载机可等效为垂直于导轨的导体棒ab，以一定初速度水平向右运动，导体棒和导轨的电阻不计。则导体棒运动过程中，其速度v、加速度a随运动时间t的关系图像可能正确的是( ) B 5.一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆的面积为S1，小圆的面积均为S2。垂直线圈平面方向有一随时间t 变化的磁场，磁感应强度大小B=B0+kt，B0和k均为常量，则线圈中总的感应电动势大小为( ) A. B. C. D. C 答案：C 解析：由法拉第电磁感应定律可得大圆线圈产生的感应电动势为 ，每个小圆线圈产生的感应电动势均为 ，由线圈的绕线方式和楞次定律可知，4个小圆线圈产生的感应电动势方向相同，而大圆线圈产生的感应电动势方向与4个小圆线圈产生的感应电动势方向相反，所以线圈中总的感应电动势大小为 ，故选C。 EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn A. B. C. D. $