2.2 法拉第电磁感应定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第二章电磁感应 第二节 法拉第电磁感应定律 能够运用E=BLv或E=BLvsin θ计算导线切割磁感线时产生的感应电动势。 理解并掌握法拉第电磁感应定律，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。 02 01 重点 知道导线切割磁感线通过克服安培力做功把其他形式的能转化为电能。 03 01 影响感应电动势大小的因素 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 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，产生电磁感应的部分相当于电源 电源 情境导入 感应电动势 1.定义： 在电磁感应现象中产生的电动势。 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 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 2.条件： 磁通量变化 感应电动势 感应电流 闭合回路 核心知识 感应电动势的大小跟哪些因素有关呢？ 探究依据：穿过闭合电路的磁通量变化会产生感应电流，说明回路中有感应电动势。感应电动势的大小通过感应电流的大小显示出来。 类比 速度变化 磁通量变化的快慢 磁通量变化的大小 磁通量变化 ΔΦ 控制变量法 讨论与交流 将螺线管用导线与电表连接，依次用1根条形磁铁快速插入或拔出螺线管、用2根条形磁铁分别快速和慢速插入或拔出螺线管，以定性描述的方式记录实验结果。 观察与思考 条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出的速度 螺线管中磁通量变化的大小ΔΦ 电流表指针的偏转角度 感应电动势E的大小 1根 快速 2根 快速 2根 慢速 较小 较大 较大 较小 很大 较小 较小 很大 较小 Δt相同， ΔΦ大的E大 ΔΦ相同， Δt小的E大 实验结论：感应电动势的大小由磁通量变化率决定。 观察与思考 1.(2024·深圳市高二段考)小华同学正在进行“探究影响感应电动势大小的因素”的实验。 (1)已将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关按如图所示部分连接，要把电路连接完整且 正确，则N连接到接线柱　 (选填“a”“b”或“c”)，M连接到接线柱　　(选填“a”“b”或“c”)。  a c 例题 (2)正确连接电路后，开始实验探究，小华发现当他将滑动变阻器的滑片P向右匀速滑动时，灵敏电流计的指针向右偏转，由此可以判断　　　。  A.滑动变阻器的滑片P向右加速滑动， 灵敏电流计的指针向左偏转 B.线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关，都能引起灵敏电流计的指针向 右偏转 C.滑动变阻器的滑片P匀速向左滑动，灵敏电流计的指针静止在中央 B (3)实验中小华同学发现在两次电磁感应现象中，第一次电流计的指针摆动的幅度比第二次指针摆动的幅度大，原因是线圈中第一次的____________ ______(选填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”)比第二次的大。 磁通量的变 化率 02 法拉第电磁感应定律 1.内容：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。 2.表达式： ⇒ 线圈有n匝 k是比例常量，当式中的量都取国际单位时，k=1，即： 【说明】①ΔΦ取绝对值，不涉及正负；②E为平均值，方向由楞次定律判断 单位：V 单位：s 单位：Wb 法拉第电磁感应定律 (纽曼、韦伯) 核心知识 (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)线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势一定越大。 (　　) √ × × × 辨析 2.如图甲所示，有一个圆形线圈，匝数n=1 000匝，面积S=200cm2，线圈的电阻r=1 Ω，线圈外接一个阻值R=4 Ω的电阻，其余电阻不计，把线圈放入一方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的规律如图乙所示(规定垂直线圈平面向里为磁感应强度的正方向)，求： (1)前4 s内的感应电动势的大小以及通过电阻 R 的电流方向； (2)前5 s内的平均感应电动势。 答案　 (1) 1 V　自下而上　 (2) 0 例题 (1)前4 s内磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1=S(B2-B1) =200×10-4×(0.4-0.2) Wb=4×10-3 Wb 由法拉第电磁感应定律得E=n=1 000× V=1 V 由楞次定律知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，则通过电阻R的电流方向自下而上。 (2)前5 s内磁通量的变化量ΔΦ'=Φ2'-Φ1=S(B2'-B1)=200×10-4×(0.2-0.2) Wb=0 由法拉第电磁感应定律得=n=0。 拓展　(1)0~4 s内感应电动势E1与4~8 s内感应电动势E2的大小关系为　　　　； (2)t=6 s时，穿过线圈的磁通量　　　 ，线圈中的感应电动势__________ (均选填“等于零”或“不等于零”)。  E1<E2 等于零 不等于零 磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较： 物理量 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理 意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢(磁通量的变化率) 总结提升 物理量 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 计算 方法 匀强磁场中Φ=BS，S为与B垂直的面积，不垂直时，取S在与B垂直方向上的投影 ΔΦ= = 示例链接 总结提升 磁通量Φ的计算方法 Φ=BS Φ= BS 匀强磁场，B与S垂直 匀强磁场，B与S不垂直，该平面法线方向与磁场方向的夹角为 θ S在与B垂直方向上的投影 返回 总结提升 物理量 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 注意点 穿过某个有方向相反的磁场的面，应考虑相反方向的磁通量抵消以后所剩余的磁通量 若开始和转过180°时平面都与匀强磁场垂直，穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ=2BS而不是零 既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少，在Φ-t图像中，用图线的斜率表示 总结提升 关系   Φ、ΔΦ、三者的关系，可类比于v、Δv、=a) 示例：如图所示，在Φ-t图像中，t1时刻Φ最大，但=0； t2时刻Φ=0，但最大 总结提升 03 导线切割磁感线时的感应电动势 观察比较导体切割磁感线运动时的感应电动势大小 情境导入 回路在时间t内增大的面积为： 产生的感应电动势为： 穿过回路的磁通量的变化为： 如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场中，又相距为L的两平行金属导轨ae和df。ad间串联一电流计，两导轨所在平面与磁感线垂直。导线bc放在导轨上，与两导轨垂直，此时电流计、金属导轨与导线构成一个闭合回路。设导线bc以速度v向右匀速切割磁感线，在Δt时间内，由原来的位置bc移到b'c' ，求产生的感应电动势，并判断b、c两端电势高低。 由右手定则可知：φb>φc θ v B v ∥ B v 与B成 θ 角 E=0 v∥ v B 有效切割速度 导体切割磁感线运动时的电动势 = 核心知识 1.公式E=BLv是在一定条件下得出的，除了要求磁场是匀强磁场外，还要求B、L、v三者相互垂直。若B、L、v三者不是相互垂直，如图所示。 甲图中v、B不垂直，E=__________________________________________ ___________。  BLvsin θ=BLv⊥(其中v⊥为速度v在垂直于B方向 上的分量) 讨论与交流 乙图中L、v不垂直，E=_ ______________________________________。  丙图中，沿v1方向运动时，E= ，沿v2方向运动时E= 。 丁图中，沿v1方向运动时，E= ，沿v2方向运动时，E= 。 沿v3方向运动时，E= 。 BvLsin α=BL⊥v(其中L⊥为与v垂直的杆的有效切割长度) BLMNv1 0 B·Rv1 0 BRv3 L为导体首尾相连的线段在垂直于速度方向上的投影 讨论与交流 3.(2025·东莞市高二检测)如图所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，其间距L=0.2 m，磁感应强度大小B=0.5 T的匀强磁场垂直导轨平面向下，两导轨之间连接的电阻R=4.8 Ω，在导轨上有一金属棒ab，其接入电路的电阻r=1.2 Ω，金属棒与导轨始终垂直且接触良好，在ab棒上施加垂直ab棒的水平拉力使其以速度v=12 m/s向右匀速运动，设金属导轨足够长且电阻不计。求： (1)金属棒ab产生的感应电动势大小； (2)水平拉力的大小F； (3)金属棒a、b两点间的电势差。 答案　 (1) 1.2 V　 (2)水平拉力的大小F；　(3)0.96 V 例题 (1)设金属棒中产生的感应电动势大小为E，则E=BLv 代入数值得E=1.2 V。 (2)设流过电阻R的电流大小为I，则I= ，代入数值得I=0.2 A 因棒匀速运动，则拉力等于安培力，有F=F安=BIL=0.02 N。 (3) a、b两点间的电势差为Uab=IR 代入数值得Uab=0.96 V。 4. (2024·汕尾市高二期末)如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一个水平放置的金属棒ab以某一水平速度v0被抛出，并始终保持水平。不计空气阻力，在金属棒ab的运动过程中，下列说法正确的是 A.金属棒ab中不能产生感应电动势 B.a端的电势高于b端的电势 C.产生的感应电动势的方向会变 D.产生的感应电动势的大小不变 √ 例题 将一水平放置的金属棒ab以某一水平速度v0抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平，在竖直方向切割磁感线，金属棒ab中能产生感应电动势，由右手定则可知a端电势高于b端电势，且感应电动势方向不变，故A、C错误，B正确； 金属棒在竖直方向切割磁感线，产生的感应电动势E=Blvy， 因为竖直方向速度vy大小是变化的，则产生的感应电动势的大小变化，故D错误。 法拉第电磁感应定律 感应电动势 定义 导线切割磁感线时的感应电动势 法拉第电磁感应定律 产生条件 方向 内容 表达式 表达式 在电磁感应中产生的电动势 穿过电路的磁通量发生变化 楞次定律或右手定则 注意条件 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $