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

第二章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律（1） N S G 乙 S 情境与思考 ①闭合电路 利用磁场产生电流的现象 思考1：什么叫电磁感应现象？ 思考2：产生感应电流的条件是什么？ ②磁通量变化 思考3：试从本质上比较甲、乙两电路的异同？ 相同点：两电路都有电流 思考：感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？ 不同点： 甲中有电池（电源） 乙中有螺线管 （相当于电源） 甲 S G →感应电动势 磁铁 线圈 二极管小灯泡 PVC管 每层线圈110匝 3 ⑤线圈匝数 一、猜想感应电动势的大小跟这些因素有关： ①磁场强弱 ②运动速度 ③磁通量大小 ④磁通量的变化率 G － ＋ + S N S N ⑤磁通量的变化率 一、猜想感应电动势的大小跟这些因素有关： ①磁场强弱 ②运动速度 ③线圈匝数 ④磁通量大小 二、实验探究： 实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管口20cm、30cm、40cm和50cm，记录电压表的示数以及发生的现象。 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。 距离越大，强磁铁穿过线圈的速度越大，引起的磁通量变化越快，电压表指针偏角越大，即线圈产生的感应电动势越大。 匝数越多、磁铁越强，电压表指针偏角越大，即线圈产生的感应电动势越大。 7 O Φ t P Φ1 t 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变化率 成正比 电磁感应定律 2. 表达式： 当线圈匝数为n时： 思考1：如果Φ大，E一定大？ 思考2：如果∆Φ大，E一定大？ NO！ NO！ 感应电动势的大小由线圈的匝数、穿过线圈的磁通量的变化量、磁通量变化所用的时间共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系！ 思考3：单匝线圈的Φ-t图像如图： O Φ t P Φ3 t Φ2 ②P点的电动势？ ①t时间内的电动势？ ②P点的电动势？ ①t时间内的电动势？ 10 物理意义 与电磁感应关系 磁通量Ф （状态量） 磁通量变化量∆Ф （过程量） 磁通量变化率 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变化率 成正比 电磁感应定律 2. 表达式： 当线圈匝数为n时： 穿过回路的磁感线的条数多少 无直接关系 穿过回路的磁通量变化了多少 产生感应电动的条件 穿过回路的磁通量变化的快慢 决定感应电动势的大小 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变化率 成正比 电磁感应定律 2. 表达式： 当线圈匝数为n时： 3. 三种变化情况： ②磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ = B·ΔS，则 ③磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，ΔΦ = Φ末 - Φ初，则 ①磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ = ΔB·S，则 例1. 有一个1000匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求 线圈中的感应电动势。 200V 如果线圈的电阻是10Ω，把一个电阻为990Ω的电热器接在它的两端，通过电热器的电流是多大？1min产生的热量是多少？ 0.2A；2376J t/s Φ/10-2Wb t1 O 1 2 t2 t3 0.1 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变化率 成正比 电磁感应定律 2. 表达式： 当线圈匝数为n时： 3. 三种变化情况： ③磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，ΔΦ = Φ末 - Φ初，则 例2. 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则( ) A. 线圈中0时刻感应电动势最大 B. 线圈中t3时刻感应电动势为零 C. 线圈中t3时刻感应电动势最大 D. 线圈中0到t3时间内平均感应电动势为0.4V ABD 斜率表示 ②磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ = B·ΔS，则 ①磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ = ΔB·S，则 第二章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律（2） 导线切割磁感线时的感应电动势 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： E = 0 （无切割） 即导棒在单位时间内切割的磁感线条数 如图所示闭合线圈一部分导体MN处于匀强磁场中，磁感应强度是B，两平行导轨间距为l，若ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？ （θ为v与B夹角） 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） l B v 思考：如图所示，l在哪里？ l为切割磁感线的有效长度 （θ为v与B夹角） 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） （l为有效长度） （θ为v与B夹角） 例1. 求下面图示情况下，a、b、c、d三段导体两端的感应电动势各为多大？ 均为E = Blv 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） （l为有效长度） （θ为v与B夹角） 例2. 如图，水平面上有两根相距l=0.5m的足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻不计，在M和P之间接有R=3.0Ω的定值电阻，导体棒长ab=0.5m，其电阻为r=1.0Ω，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，B=0.4T。现使ab以v=10m/s的速度向右做匀速运动。 （1）ab中的电流多大？ab两点间的电压多大？ （2）维持ab做匀速运动的外力多大？ （3）ab向右运动1m的过程中，外力做的功是多少？ 电路中产生的热量是多少？ E = Bl2ω 3. 导体转动切割磁感线时： 0.5A；1.5V R B r P M N a Q b v 0.1N 0.1J 0.1J 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） （l为有效长度） （θ为v与B夹角） 思考：如图导体棒CD以速度v开始在匀强磁场中匀速运动。 自由电荷受洛伦兹力，自由电荷相对于纸面向哪个方向运动？(假设导体棒中的自由电荷是正电荷) 根据左手定则可知正电荷由D向C运动 导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？ 导体棒哪段的电势比较高？ 不会，因为C、D两端聚集异种电荷形成电场，电荷受到的 电场力与洛伦兹力相反，当电场力与洛伦兹力大小相等时， 自由电荷不再定向运动。 C端 B 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） （l为有效长度） （θ为v与B夹角） 思考：导体棒在磁场中转动时，长为l的导体棒OA以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势为多大？ ω A O A' 3. 导体转动切割磁感线时： 导线切割磁感线时的感应电动势 ？ 1. 导体垂直切磁感线： 动生电动势：由于导体运动而产生的电动势 2. 导体斜切磁感线： 若v//B： ？ E = 0 （无切割） （l为有效长度） （θ为v与B夹角） 例3. 在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框，边长ab=l1，bc=l2线框绕中心轴OO'以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。求: （1）线圈转过1/4周过程中的平均感应电动势； （2）线圈转过1/2周过程中的平均感应电动势。 E = Bl2ω 3. 导体转动切割磁感线时： B O O' a ω d c b （1）E =2Bl1l2ω/π （2） E =2Bl1l2ω/π （3）E = Bl1l2ω = BSω （4）0 （3）线圈转过1/4周时的感应电动势； （4）线圈转过1/2周时的感应电动势。 同学们，下课！ $