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 新教材人教版 物理（选择性必修第二册） 预习自测 (1)在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势；反之，有感应电动势，就一定有感应电流．(　×　) (2)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大．(　×　) (3)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越小，线圈中产生的感应电动势一定越小．(　×　) (4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大．(　√　) (5)对于E＝Blv中的B、l、v，三者必须相互垂直．(　√　) 2．图甲、乙中，金属导体中产生的感应电动势分别为E甲＝________，E乙＝________. 答案 Blv　Blvsin θ 课堂引入 【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。比如，动生现象中切割磁感线的导体，感生现象中变化磁场穿过的线圈。 【问题3】感应电源的电动势的方向是怎样的呢？ I v 电源内部电流由负极流向正极 课堂引入 感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势; 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 乙 甲 产生电动势的线圈相当于电源 一、法拉第电磁感应定律 磁铁相对于线圈运动得越快 电流计指针偏转角度越大 感应电流越大 穿过线圈的磁通量变化越快感应电动势越大 感应电动势越大 一、法拉第电磁感应定律 导体切割磁感线的速度越大 电流计指针偏转角度越大 感应电流越大 穿过线圈的磁通量变化越快感应电动势越大 感应电动势越大 一、法拉第电磁感应定律 探究：穿过线圈的磁通量变化快慢与感应电流大小的关系 玻璃管 实验装置 强磁铁 线圈 电流计 主要实验步骤 1、感应电流大小与相同时间内磁感应强度变化大小的关系 2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系 3、感应电流大小与线圈匝数的关系 一、法拉第电磁感应定律 实验过程 磁铁个数 指针指示值 1个     1、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  31？  感应电流大小与磁铁个数成正比 ？ 2个 线圈匝数：200 下落高度：30厘米 一、法拉第电磁感应定律 实验过程 下落高度 指针指示值 10厘米     2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系 18  36 ？ 感应电流大小与磁铁运动速度成正比 ？ 40厘米 线圈匝数：200 磁铁个数：2个 一、法拉第电磁感应定律 实验过程 线圈匝数 指针指示值 100     3、感应电流大小与线圈匝数的关系 15  31 ？ 感应电流大小与线圈匝数成正比 ？ 200 磁铁个数：2个 下落高度：30厘米 德国物理学家纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，于1845年和1846年先后指出电磁感应的规律。 一、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。 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。 一、法拉第电磁感应定律 4.对电磁感应定律的理解 ①磁通量Φ与线圈匝数n无关 ②在高中，Φ以及∆Φ的大小都是绝对值 ③Φ大不代表∆Φ大；∆Φ大也不代表∆Φ/∆t大 ④∆Φ/∆t对应Φ­t图线上切线的斜率 ⑤∆Φ可能是B变化引起的， 即∆Φ＝∆B·S ⑥∆Φ可能是S变化引起的， 即∆Φ＝B·∆S ⑦*若两者都变， 一、法拉第电磁感应定律 一、法拉第电磁感应定律 针对训练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变化的图像如图所示，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 一、法拉第电磁感应定律 一、法拉第电磁感应定律 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 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。 ΔS=LvΔt ΔΦ=BΔS =BLvΔt （v⊥B） （v⊥L） a b × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 那要是B、L、v不垂直(只有一个不垂直)怎么计算呢？ （B⊥L） v为相对磁场速度 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 θ v B v2 如果v与B不垂直产生电动势是多少？ v1=vsinθ v2=vcosθ E=BLv1=BLvsinθ θ=0°时 平行：E＝0 θ=90° 时 垂直：E=BLv （无切割） （v⊥L） （B⊥L） v1 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 如果V与L不垂直产生电动势是多少？ E=BLvsinθ v θ vsinθ vcosθ 感应电动势： E=BvLsinθ L：导线切割有效长度。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v L E=BLv 导线垂直于运动方向上的投影。 （v⊥B） （B⊥L） 二、导体棒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此公式只适用于两两垂直切割 v为相对磁场速度 （v⊥B） （v⊥L） 若v//L，则E=0 （B⊥L） 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 课时对点练 一、法拉第电磁感应定律 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 定律内容 取适当单位则k=1 线圈由1匝 n 若闭合电路是一个n匝线圈，则相当于n个相同的电源串联，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同。 实际工作中，为了获得较大的感应电动势，常常采用几百匝甚至几千匝的线圈。 元物理 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 v ΔΦ=0 E＝BLv≠0 如图所示闭合正方形线框边长L,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，以速度v匀速运动，求线框的感应电动势。 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 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? 导体棒哪端的电势比较高? 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对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。 以上讨论不必考虑自由电荷的热运动 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 ①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？ ②正电荷向什么方向运动？ ③以v2向上运动，受不受洛伦兹力？ F1=qv1B，向上 为讨论方便设自由电荷为正电荷 正电荷除了向右运动，还要向上运动向上 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × v1 F1=qv1B v2 F2=qv2B －－ ＋＋ 电磁感应现象中的洛伦兹力 ④F1、F2各做什么功？ F1做正功、F2做负功 洛伦兹力永远不做功 F洛 v 做功代数和为0. 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 电磁感应现象中的洛伦兹力 F电 ①自由电荷合运动是斜向上的。 ②当F1=F电时，自由电荷不再做定向移动。 ③CD棒相当于电源，C端电势高，相当于电源正极。 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。非静电力是洛伦兹力。 E=UCD=BLV1 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 转动切割 长为L的导体棒在磁场B中绕O点以角速度ω匀速转动时产生感应电动势方向如何？大小是多少？ 问题：如果是那根绿色的棒在切割呢？ O A A' ω B L 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 ω A O B 已知B、LA、LB、 ω 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 ω A O 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 ω A O 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 如图所示，导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 棒以O1为圆心转动，O1为三等分点，角速度ω求E。 A v v O1 ● O 转动切割拓展 四、平均感应电动势与瞬时感应电动势 1.平均电动势： 若∆t代表一段时间，则 代表平均电动势 作用： 四、平均感应电动势与瞬时感应电动势 2.瞬时电动势： 若∆t趋向零，则 代表瞬时电动势 作用：求任意时刻电动势的大小，可以求电动势、路端电压、电流、功率的瞬时值 四、平均感应电动势与瞬时感应电动势 四、平均感应电动势与瞬时感应电动势 四、平均感应电动势与瞬时感应电动势 例6　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？ 课时对点练 1．(2021·天津六校联考高二上期末)关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是(　　)A．线圈所在处磁感应强度越大，产生的感应电动势一定越大B．线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大C．线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势一定越大D．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势一定越大 课时对点练 2．通过一单匝闭合线圈的磁通量为Φ，Φ随时间t的变化规律如图所示，下列说法中正确的是(　　)A．0～0.3 s时间内线圈中的感应电动势均匀增加B．第0.6 s末线圈中的感应电动势大小为4 VC．第0.9 s末线圈中的感应电动势的值比第0.2 s末的小D．第0.2 s末和第0.4 s末的感应电动势的方向相同 课时对点练 课时对点练 课时对点练 课时对点练 6.如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面向里，MN与水平方向成45°角，E、F分别为PS和PQ的中点．则(　　)A．当E点经过边界MN时，感应电流最大B．当P点经过边界MN时，感应电流最大C．当F点经过边界MN时，感应电流最大D．当Q点经过边界MN时，感应电流最大 课时对点练 7.歼-20战斗机为中国人民解放军研制的第四代战机．如图所示，机身长为L，机翼两端点C、D间的距离为d，现该战斗机在我国近海海域上空以速度v沿水平方向直线飞行，已知战斗机所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下、大小为B，C、D两点间的电压大小为U.则(　　)A．U＝BLv，C点电势高于D点电势B．U＝BLv，D点电势高于C点电势C．U＝Bdv，C点电势高于D点电势D．U＝Bdv，D点电势高于C点电势 课时对点练 课时对点练 9．(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图(a)中虚线MN所示．一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上．t＝0时磁感应强度的方向如图(a)所示，磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示，则在t＝0到t＝t1的时间内(　　) 课时对点练 10．如图甲所示，在一个正方形金属线圈区域内存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场，磁场的方向与线圈平面垂直．金属线圈所围的面积S＝200 cm2，匝数n＝1 000，线圈电阻的阻值为r＝2.0 Ω.线圈与阻值R＝8.0 Ω的定值电阻构成闭合回路．匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示，求：(1)t1＝2.0 s时线圈产生的感应电动势的大小；(2)t1＝2.0 s时通过电阻R的感应电流的大小和方向；(3)t2＝5.0 s时刻，线圈端点a、b间的电压． 课时对点练 课时对点练 课时对点练 THANKS “ ” 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 ω A O B 已知B、LA、LB、 ω G E r a b G E r a b G a b G a b 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。 （1）线圈处于如图所示位置 （2）当线圈转过θ 时，电动势 三、导体棒转动切割磁感线产生的电动势 线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。 （3）线圈以图示情形运动时 B L ω O' O l1 l2 E1 E2 线圈以此位置为初始位置，经过时间t,转过角度ωt时： ①适用于线圈绕垂直于磁场的轴的转动，与轴的位置无关。 ②与线圈平面形状无关 ③线圈从平行于磁场的位置开始计时 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $