2.2法拉第电磁感应定律（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦人教版选择性必修第二册第二章“法拉第电磁感应定律”，系统涵盖感应电动势、电磁感应定律及导线切割磁感线时的感应电动势等核心内容。课堂导入通过问题链衔接旧知与新知，先以“电源参数”“感应电路电源位置”等问题回顾电动势概念，再对比两电路异同引出感应电动势，搭建清晰的学习支架。 其亮点在于深度融合核心素养培养，通过实验探究（如磁铁穿插螺线管、切割磁感线实验）引导学生归纳感应电流与磁通量变化率的关系，体现科学探究要素。采用类比法区分磁通量、变化量、变化率（类比v、Δv、Δv/Δt），培养科学思维。结合实例推导切割公式、分析转动切割，练习题覆盖Φ-t图像、复杂运动等情境，助力学生构建电磁感应物理观念。教师可借助结构化内容与实验设计提升教学效率，学生能通过探究与应用深化理解，提升解决实际问题的能力。

2.法拉第电磁感应定律 第二章 电磁感应 人教版选择性必修第二册 导入新课 【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。 导入新课 【问题3】试从本质上比较甲、乙两电路有何异同？ 甲 N S G 乙 v 相同点：两电路都是闭合的，有电流 不同点：甲中有电池（电源）,乙中有螺线管（相当于电源） 学习目标 物理观念 掌握实验操作能力和分析能力。了解感应电动势的概念，理解磁通量及其变化和变化率的概念。 科学思维 通过实验现象，采用类比、归纳、分析、演绎、实证等思维方式，揭示现象中存在的物理规律。 科学探究 参与实验，通过实验探究得出结论，能够运用E=Blvsinθ 计算导线切割磁感线时的感应电动势。 科学态度 与责任 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，勇于探索日常生活有关的物理问题。 重点难点 重点 1. 法拉第电磁感应定律的建立和理解。 2. 利用法拉第电磁感应定律解决实际问题。 难点 1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区分。 2.理解法拉第电磁感应定律的普遍意义。 1. 感应电动势 2. 电磁感应定律 3. 导线切割磁感线时的感应电动势 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第2节 法拉第电磁感应定律 一、感应电动势 第2节 法拉第电磁感应定律 一、感应电动势 1. 影响感应电流大小的因素 （1）部分导体切割磁感线 （2）条形磁铁穿插螺线管 穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大 Φ发生了变化E(I) 磁通量的变化快慢 磁通量的变化率 —— 感应电动势与磁通量的变化率有关 一、感应电动势 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势; 产生电动势的线圈相当于电源 产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 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 I v v 感应电动势的大小又是怎样的呢？它可能与哪些因素有关？ 一、感应电动势 条件 线圈匝数：200；下落高度：30cm 磁铁个数 1 2 指针刻度 探究一：感应电流大小与相同时间内磁感应强度变化大小的关系 15 30？ 感应电流大小是否与磁铁个数成正比？ 感应电流大小与磁铁个数成正比例关系 一、感应电动势 条件 线圈匝数：200；磁铁个数：2个 下落高度 10cm 40cm 指针刻度 探究二：感应电流大小与磁铁运动时间的关系 20 40? 感应电流大小是否与磁铁运动速度成正比？ 感应电流大小与磁铁在线圈中运动时间成反比例关系 一、感应电动势 条件 磁铁个数：2个；下落高度：30cm 线圈匝数 100 200 指针刻度 探究三：感应电流大小与线圈匝数的关系 15 30? 感应电流大小是否与线圈匝数的关系？ 感应电流大小与磁铁在线圈匝数成正比例关系 实验结论：感应电动势的大小与磁通量变化率和线圈匝数成正比。 二、电磁感应定律 第1节 质点 参考系 第2节 法拉第电磁感应定律 二、电磁感应定律 1.法拉第电磁感应定律：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。 线圈有n匝 2.公式: 3.注意：①公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。 ②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 (纽曼、韦伯) 右手定则楞次定律 (k是一个常数，国际单位制 k=1) n个电源串联 二、电磁感应定律 4.磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率的比较 磁通量 磁通量变化量 磁通量变化率 公式 Φ = BS ΔΦ = Φ2-Φ1 ΔΦ / Δt 含义 磁感线条数 磁通量变化了多少 磁通量变化快慢 物理意义 反映磁场强弱 产生感应电动势的条件 决定感应电动势的大小 类比 v 、Δv 、Δv / Δt …… 二、电磁感应定律 ①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ： ②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ： 5.应用:用公式 求E的几种常见情况： ③如果B、S都变化呢？ ω 二、电磁感应定律 6. Φ-t图像 Φ/Wb t/s 1 2 3 0 1 2 5 4 6 Φ/Wb t/s 1 2 3 0 1 2 5 4 6 图线斜率大小表示磁通量的变化率，可以反映电动势大小。 二、电磁感应定律 例1：如图1所示，100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与一个理想电压表相连。线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图2所示规律变化。下列说法正确的是（　　） A．电压表的示数为150V，A端接电压表正接线柱 B．电压表的示数为50.0V，A端接电压表正接线柱 C．电压表的示数为150V，B端接电压表正接线柱 D．电压表的示数为50.0V，B端接电压表正接线柱 B 思路： 对应Φ­t图线上某点切线的斜率；电源内部电流方向 二、电磁感应定律 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。 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 适用条件：导体运动方向与磁场方向垂直 二、电磁感应定律 思考： 1.如果v与B不垂直呢？ 2.如果v与l不垂直呢？ θ v B v θ l 3.如果导体棒是弯曲的呢？ × × × × × × × × × × × × v L 三、导线切割磁感线时的感应电动势 第1节 质点 参考系 第2节 法拉第电磁感应定律 三、导线切割磁感线时的感应电动势 只有垂直于磁感线的分量切割磁感线，于是产生感应电动势： 导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ 将速度进行矢量分解 E = 0 E=BLv，此时E 最大 v1 B v v2 ①垂直于磁感线的分量：v1=vsinθ ②平行于磁感线的分量：v2=vcosθ E=BLv1=Blvsinθ θ=0ｏ时，即当v // B 时： θ=90ｏ时，即当v⊥B 时： （无切割） 思考练习 速度 v 为平均值 ( 瞬时值 )， E 就为平均值 ( 瞬时值 ) 三、导线切割磁感线时的感应电动势 速度方向与L方向成θ角时： 如图所示，将L分解为垂直v和平行v的两个分量，其中： 对切割有贡献． 对切割无贡献． 所以： L1 L2 L θ v × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 三、导线切割磁感线时的感应电动势 θ v B v1 v2 ④l应为有效长度 ③若v//B，则E=0 1.公式： ②若导体斜割： 注意： ①此公式只适用于双垂直切割 （v⊥B） （v⊥杆） 2.方向： 若v//杆，则E=0 由等效电源的负极流向正极 （θ为v与B夹角） ⑤速度 v 为平均值 ( 瞬时值 )， E 就为平均值 ( 瞬时值 ) 三、导线切割磁感线时的感应电动势 3.对公式E ＝ Bl vsin θ的理解 (1)对l的理解:l为导线切割磁感线时与B和v垂直的有效长度； 如果导线不和磁场垂直，l应是导线在磁场垂直方向投影的长度； 如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v θ × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L l：导线垂直于运动方向上的投影。 三、导线切割磁感线时的感应电动势 (2)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。 (3)对v的理解 ①v为导线和磁场间的相对速度； 当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生； ②若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势。 三、导线切割磁感线时的感应电动势 例2：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 三、导线切割磁感线时的感应电动势 × × × × × × × × × × × × × × × O A L 4.转动切割 如图所示，导体棒长为l，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。以O为圆心转动，角速度ω，求E。 v 由于棒上各点的速度随着距离O点的距离均匀变化，所以可以用O、A两点的平均速度代替棒运动的速度求解。 右手定则：φA>φO × × × × × × × × × × 三、导线切割磁感线时的感应电动势 5 三、导线切割磁感线时的感应电动势 思考与讨论： 1.导体棒向右运动时，自由电荷向哪运动？ 3.导体棒的哪端电势比较高？ 4.非静电力与洛伦兹力有关吗？ F洛 ＋＋ - - + 2.运动自由电荷在磁场中受到什么力的作用？力的方向如何？ 四、课堂总结 第1节 质点 参考系 第2节 法拉第电磁感应定律 四、课堂总结 感应电动势 法拉第电磁感应定律 导线切割磁感线时的感应电动势 法拉第电磁感应定律 N S G v E=Blvsinθ 五、练习与应用 第1节 质点 参考系 第2节 法拉第电磁感应定律 五、练习与应用 1.(多选)一根直导线长0.1 m,在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中以10 m/s的速度匀速运动,则导线中产生的感应电动势(　　 ) A.一定为0.1 V B.可能为零 C.可能为0.01 V D.最大值为0.1 V BCD 五、练习与应用 2. 一个面积S=4×10-2 m2、匝数n=100的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图所示，由图可知(　 　) A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率为8 Wb/s B.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化量等于零 C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 V D.在第3 s末的感应电动势为零 C 五、练习与应用 3.(多选)如图，光滑水平面上两虚线之间区域内存在垂直于纸面向里且范围足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B。边长为a的正方形导线框PQMN沿图示速度方向进入磁场，当对角线PM刚进入磁场时，线框的速度大小为v，方向与磁场边界成45°角，若线框的总电阻为R，则( ) AD 五、练习与应用 4.(多选)(2023·黑龙江哈尔滨市模拟)如图所示为法拉第圆盘发电机，半径为r的铜质圆盘绕其中心O的竖直轴以恒定角速度ω顺时针转动(从上向下看)，空间中存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。圆盘平面和磁感线垂直，两电刷C、D分别与铜盘中心轴和边缘接触，两电刷间接有阻值为R的电阻，下列说法正确的是( ) A.O点电势比D点高 B.通过R的电流方向由下至上 C.发电机的电动势为E＝ D.发电机的电动势为E＝Br2ω AC 五、练习与应用 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，AB⊥ON，ON水平，若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速向右滑，导体与导轨都足够长，匀强磁场的磁感应强度为0.2 T.问：(结果可用根式表示) (1)第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？ (2)0～3 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？ Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 A. B. C. D. 4.公式E＝neq \f(ΔΦ,Δt)与E＝BLvsinθ的区别与联系 A.PM刚进入磁场时线框中的感应电流大小为 B.PM刚进入磁场时线框所受安培力大小为 C.PM刚进入磁场时两端的电压为 D.PM进入磁场后线框中的感应电流逐渐减小 $