2.2.1 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2节 法拉第电磁感应定律 第2章 1 知识回顾 问题1：产生感应电流的条件是什么？ （1）闭合电路 （2）磁通量变化 问题2：楞次定律的内容是什么? 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。 即增反减同、来拒去留、增缩减扩、增离减靠。 问题3：电路中产生持续电流的条件是么？ 电路闭合，有电源。 2 问题：试从本质上比较甲、乙两电路的异同 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。 甲 N S G 乙 产生电动势的那部分导体相当于电源 问题：这两种情况下，如果电路不闭合会怎样呢？ 乙图电路没有闭合，这时虽然没有感应电流，但电动势依然存在。 N S G 乙 甲 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。 2.感应电动势与感应电流的关系： 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。（要看电路是否闭合） 产生电动势的线圈相当于电源 一 感应电动势 3.理解：磁通量变化是电磁感应的根本原因; 产生感应电动势是电磁感应现象的本质。（产生感应电流只不过是一个现象，表示电路中输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备随时输出电能的能力） 感应电动势的有无，完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化，与电路的通断，电路的组成是无关的，内电路中电流方向由电源负极指向电源正极。 总 结 二 法拉第电磁感应定律实验探究 探究实验：影响感应电动势大小的因素 实验1：将条形磁铁如图所示插入线圈中，电流表指针发生偏转。 实验2：闭合电路中部分导体切割磁感线，电流表指针发生偏转。 磁通量变化越快，感应电流越大，感应电动势越大。 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。 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 20 cm 、30 cm、40 cm 和 50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。 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。 实验3：探究感应电流的大小——落磁实验 问题：该实验方案是如何改变磁通量变化快慢的？ 实验装置 玻璃管 强磁铁 电流计 线圈 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 探究感应电流的大小 探究感应电流的大小 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？ 探究感应电流的大小 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速度的关系 20 40? 感应电流大小是否与磁铁运动速度成正比？ 探究感应电流的大小 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？ 磁通量的变化率： 线圈的匝数n 影响感应电动势大小的因素 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定量规律，为了纪念法拉第对电磁感应的贡献叫做法拉第电磁感应定律。 三 法拉第电磁感应定律 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。 1.当各物理量单位都用国际单位时，k=1，则 2.若线圈有n匝时，可以看成n个单匝线圈串联而成 3.感应电动势单位: 伏特（V），1 V=1 Wb/s 4.该公式只求E感大小，E感方向（与内部I感方向相同）由楞次定律另行判断，求值时ΔΦ取绝对值，不涉及正负。 5.E一般为Δt内的平均感应电动势；当Δt→0时，表示瞬时感应电动势，对应Φ-t图像上某点切线的斜率。 6.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。 ①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ： ②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ： ③如果B、S都变化： 8.应用:用公式 求E的几种常见情况： ω v A B I v A B + - 思考与讨论：A、B两点中，哪点电势高？ 【判断电势高低的方法】 1.分清内外电路； 2.在外电路中，电流从高电势到低电势；在内电路中，电流从低电势到高电势。 (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。 (　　) × × × √ (2023·湖北卷)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近（ ） A.0.30 V B.0.44 V C.0.59 V D.4.3 V B 根据法拉第电磁感应定律可知E==S=103×(1.02+1.22+1.42)×10-4 V=0.44 V，故选B。 例1 穿过同一闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图中的①~④所示，下列关于回路中感应电动势的说法正确的是（ ） A.图①回路产生恒定不变的感应电动势 B.图②回路产生的感应电动势一直在变大 C.图③回路0~t1时间内产生的感应电动势 　大于t1~t2时间内产生的感应电动势 D.图④回路产生的感应电动势先变大后变小 C 例2 如图所示，闭合电路中的一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，两平行导轨的间距为L，导体ab以速度v匀速切割磁感线，其中B、L、v两两垂直。 在Δt时间内，线框的面积变化量：ΔS＝LvΔt 则回路中的磁通量变化量：ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt 由法拉第电磁感应定律得： 四 导体切割磁感线时的感应电动势 1.平动切割 （v是导体棒相对于磁场的速度） 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？ 速度 v 可以分解为： v1 ＝ vsin θ v2 ＝ vcos θ 故E=BLv1=BLvsinθ L：导体切割磁感线时的有效长度 长度L可以分解为： L1 ＝ Lsinθ L2 ＝ Lcosθ 故E=BL1v=BLvsinθ 甲：L=； 乙：L= 　　 =　　； 丙：沿v1的方向运动时，L=　　　； 沿v2的方向运动时，L=　　。 MN 2R R R cdsinθ E＝nBLv 适用范围 各种电磁感应现象均适用 导体在匀强磁场中平动切割磁感线运动 研究对象 整个回路中产生的平均感应电动势 Δt →0时则为瞬时感应电动势 某部分导体产生电动势 v为瞬时值或平均值，E也对应为瞬时电动势或平均电动势 联系 回路中感应电动势为零时，回路中 某段导体的感应电动势不一定为零 v 辨析：公式 与公式E=BLvsinθ的区别和联系 v ⊥ B ⊥ L E＝BLv 特定情况下推导 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？合运动向哪？ ③若以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，合运动斜向上 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × v1 F1=qv1B v2 F2=qv2B 电源负极 －－ 电源正极 ＋＋ 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，做功代数和为0 洛伦兹力永不做功 F洛 v 思考与讨论 ⑤哪端电势高？ 上面电势高 F电 当F1=F电时，自由电荷不再做定向移动，形成稳定电势差 由于导体运动(切割磁感线)而产生的感应电动势叫做动生电动势，导体切割磁感线的部分可看做电源，用右手定则判定电势高低，动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力。电源内部非静电力做功将其他能转化为电能，但洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用。即外力克服洛伦兹力的一个分量F2所做的功，通过另一个分量F1转化为感应电流的能量。 ⑥自由电荷会一直向C端运动吗？ 动生电动势 26 2.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，O、A两点哪点电势高？求OA两端产生的电动势多大？ × × × × × × × × × × × × × × × × O A L ω 思考：转动圆心分别在OA中间、OA延长线上以及OA外呢？ 右手定则：φA>φO，A相当于电源的正极。 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。 设Δt时间内ab棒扫过的扇形面积为ΔS ΔS=lωΔtl=l2ωΔt ΔΦ=BΔS=Bl2ωΔt E==Bl2ω 导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 拓展1：棒以O1为圆心转动，O1为三等分点，求UOA A v v O1 ● O 导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。 拓展2：以棒的某端点旋转切割，求棒上任意两点间的电势差 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ● a b O l l1 方法2： 方法1： ★圆盘等效成长度为半径 r 的导体棒切割磁感线 法拉第圆盘发电机如图所示。半径为 r 的导体圆盘绕竖直轴以角速度 ω 旋转，匀强磁场 B 竖直向上，两电刷分别与圆盘中心轴和边缘接触，电刷间接有阻值为R的电阻。分析该发电机产生的感应电动势，并确定流过电阻的电流方向。 流过电阻R的电流方向为b→a 法拉第圆盘 法拉第电磁感应定律的三个表达式的比较 总结提升 情景图       研究 对象 回路(不一定闭合)磁场变化或面积变化 一段直导线(或等效成直导线)切割磁感线 绕一端转动的一段导体棒 表达式 E=n E=Blv E=Bl2ω 如图所示，abcd为水平固定放置的“　　”形金属导轨，导轨的间距为l，导轨的左端接上阻值为R的定值电阻，匀强磁场方向竖直向下，金属杆MN倾斜放置在导轨上，现让金属杆在外力的作用下以速度v在导轨上匀速滑行，回路中的电流为I，MN与导轨的夹角始终为θ，速度v始终与MN垂直，导轨与金属杆足够长，滑行的过程中两者始终接触良好，导轨、金属杆以及导线的电阻均忽略不计，下列说法正确的是（ ） A.定值电阻R的电流由c指向b B.匀强磁场的磁感应强度大小为 C.金属杆MN切割磁感线的有效长度为l D.一段时间t内，回路中磁通量的变化量为IRtsin θ B 例3 如图所示，导体棒AB的长为2R，绕O点以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，OB长为R，且O、B、A三点在一条直线上，有一磁感应强度为B的匀强磁场充满转动平面且与转动平面垂直(未画出)，那么AB两端的电势差大小为（ ） A.2BωR2 B.3BωR2 C.4BωR2 D.5BωR2 C 例4 (多选)如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v 向右匀速进入磁场，直径CD段导线始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是（ ） A.感应电流方向不变 B.CD段直导线始终不受安培力 C.感应电动势最大值E=Bav D.感应电动势平均值=πBav AC 例5 34 五 反电动势 v 此电动势阻碍电路中原来的电流.故称之为反电动势 开关闭合后，导体棒受安培力作用而向右运动，导体棒会产生感应电动势，该感应电动势是削弱了电源产生的电流。 1.定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的 电源电动势作用的感应电动势。 2.作用：阻碍线圈的转动，要维持线圈原来的转动，电源就必须向电动机提供 。这正是电能 为其他形式能（机械能）的过程。 3.危害与防止 若电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时就没有了 ，电阻很小的线圈中电流会 ，可能会把电动机 ，这时应立即 电源，进行检查。 削弱 能量 转化 反电动势 很大 烧毁 切断 4.正因为反电动势的存在,使得回路电流I＜，所以对电动机而言,闭合电路的欧姆定律不成立。 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 7.磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ与磁通量变化率eq \f(ΔΦ,Δt)的比较（三者大小之间无直接关系） 物理量 单位 物理意义 计算公式 与电磁感应关系 磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少 Φ＝B·S⊥ 无直接关系 磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少 ΔΦ＝Φ2－Φ1 产生感应电动势的条件 磁通量的 变化率eq \f(ΔΦ,Δt) Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢 eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(B·\f(ΔS,Δt),\f(ΔB,Δt)·S,\f(|Φ1－Φ2|,Δt))) 决定感应电动势的大小 $