2.2 法拉第电磁感应定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

第二章 电磁感应及其应用 2 法拉第电磁感应定律 High school physics 通过实验，理解法拉第电磁感应定律，会用法拉第电磁感应定律解答有关问题 知道什么是感应电动势 02 01 重点 掌握导线切割磁感线产生的感应电动势 03 重难点 01 电磁感应定律 + G N S 1.在普通电路中，有持续电流产生的条件是什么？ 2.在电磁感应现象中，有感应电流产生的条件是什么？ 1.闭合回路 2.有电源(有电动势，维持电压) 1.闭合回路 2.磁通量发生变化 甲 N S G 乙 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。 知识回顾 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相当于电源。 感应电动势 + G N S 2.产生感应电动势条件：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 核心知识 感应电动势和感应电流之间存在什么关系？ ①产生感应电动势不一定有感应电流 ②产生感应电流一定有感应电动势 + G N S 说明：相比于感应电流，感应电动势更能体现电磁感应的本质。 对于同一个闭合回路，由于回路的电阻保持不变，因此感应电流与感应电动势成正比，我们往往通过测量感应电流的大小间接地了解感应电动势的大小 讨论与交流 请同学们观察并感受猜想感应电流大小的影响因素 条形磁铁穿插螺线管 观察与思考 Φ 变化的快慢不同 Φ 都发生了变化 都产生了E(I) 产生的E(I)大小不等 磁通量变化越快，感应电动势越大。 磁通量的变化快慢 越大? 从条件上看 从结果上看 相同 不同 问题:在实验中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中同一位置，快插入和慢插入有什么相同和不同? 磁通量的变化率 核心知识 探究影响感应电流大小的因素 01. 高中物理选择性必修第二册 情境导入 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：公式中ΔΦ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向由楞次定 律和安培定则判断。 法拉第电磁感应定律 4、此公式求的是Δt 时间内的平均感应电动势；当Δt 趋近于0时，为瞬时电动势。 单位：韦伯(Wb) 单位：秒(s) 单位：伏特(V) 核心知识 1.如图甲所示，有一个圆形线圈，匝数n＝1 000匝，面积S＝200 cm2，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及4~6 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 拓展 (2024·眉山市高二检测)穿过闭合回路的磁通量Φ－t图像分别如图①~④。关于回路中感应电动势正确的是 A.图①中回路产生的感应电动势恒定不变 B.图②中回路产生的感应电动势一直在变大 C.图③中回路在0~t1时间内产生的感应电动势等于在t1~t2时间内产生的感 应电动势 D.图④中回路产生的感应电动势先变小后变大 √ 针对训练 根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，感应电动势大小与磁通量的变化率成正比，Φ－t图像切线斜率绝对值等于磁通量的变化率，则有k＝，图①中磁通量Φ不变，则k＝0，所以不产生感应电动势，故A错误；图②中Φ－t图像的斜率k不变，则产生的感应电动势不变，故B错误；图③中回路在0~t1时间内的Φ－t图像斜率大于在t1~t2时间内的Φ－t图像斜率，所以在0~t1时间内产生的感应电动势大于在t1~t2时间内产生的感应电动势，故C错误；图④中Φ－t图像斜率绝对值先变小后变大，所以感应电动势先变小后变大，故D正确。 1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率的比较：   磁通量Φ(Φ＝BS) 磁通量的变化量ΔΦ (ΔΦ＝Φ2－Φ1) 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 在某一过程中，穿过某个面的磁通量变化的多少 穿过某个面的磁通量变化的快慢 总结提升 2.若已知Φ－t图像，则图线上某一点的切线斜率与该时刻的感应电动势大小成正比。 3.(1)当ΔΦ仅由B的变化引起时， E＝ ， 其中S为线圈在磁场中的 。 (2)当ΔΦ仅由S的变化引起时，E= 。 (3)当B、S同时变化时， 。 n·S 有效面积 nB ≠n 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 ω 总结提升 02 导线切割磁感线的感应电动势 部分导体切割磁感线 导体切割磁感线运动时，感应电动势跟哪些因素有关呢？ 情境导入 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，长为L的导体棒ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？ a b 分析：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是相对于磁场的速度 B、L、v两两垂直时 讨论与交流 v2 v1 θ v B 若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线) θ为v与B夹角 【注意】 1.若v//B，则E=0 2.L为有效长度 3.当v为平均速度时，E为平均电动势； 当v为瞬时速度时，E为瞬时电动势 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × L 讨论与交流 甲中的有效切割长度为： L ＝cd sin θ； 乙中的有效切割长度为： L ＝MN； 丙中的有效切割长度为：沿v1的方向运动时， 注意：E＝BLv与F安＝BIL中长度的区别 对L的理解 1.连接初点末点作直线 2.再作初末点直线在垂直于速度方向投影，即为有效长度 L ＝ R 对有效长度L的理解 沿v2的方向运动时，L＝R 讨论与交流 在图2-2-2中，设匀强磁场的磁感应强度B = 0.20 T，光滑导轨的宽度L = 0.30 m，导体棒ab电阻 R = 0.50 Ω(其余电阻不计)，向右匀速运动的速度v= 5.0 m/s，求： (1)感应电动势的大小； (2)感应电流的大小； (3)使导体棒ab保持向右 匀速运动所需 施加的外力大小和方向； (4)外力做功的功率； (5)感应电流的 功率。 例题 (1)导体棒运动的过程中，由法拉第电磁感应定律得，导体棒产生的感应电动势 解： E = BLv = 0.20×0.30×5.0 V = 0.30 V B = 0.20 T L = 0.30 m ab电阻 R = 0.50 Ω v= 5.0 m/s (2)由闭合电路欧姆定律知，回路中的感应电流 (3)因为导体棒匀速运动，外力与安培力平衡，所以外力大小为 A=0.60 A F = ILB = 0.60×0.30×0.20N = 0.036N，方向向右 (4)外力做功的功率 P外 = F = 0.036×5.0 W = 0.18W (5)感应电流做功的功率 P电 = I2R = 0.602×0.50 W = 0.18 W 想一想，为什么外力做功的功率P外 会等于感应电流做功的功率P电 ？若改变题中条件，能使这两个功率不相等吗？ 2.(2024·南充市高二检测)如图所示，两根相距为L且水平放置的平行光滑金属直导轨ab、cd，b、d间接有一定值电阻R，导轨电阻忽略不计。MN为放在ab和cd上的一长度也为L的金属棒，与ab垂直，其电阻为r。整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中， 现对MN施力使它沿导轨以速度v向右匀速运动。 求： (1)金属棒产生的感应电动势的大小； (2)使金属棒MN保持向右匀速运动所需施加的沿速度v方向的外力大小。 答案　 (1) BLv　 (2) 例题 (1)金属棒产生的感应电动势大小为E＝BLv (2)回路中的电流为I＝ 金属棒受到的安培力大小为F安＝BIL 使金属棒MN保持向右匀速运动，所需施加的沿速度v方向的外力大小为F＝F安 联立解得F＝。 03 导体棒转动切割时的感应电动势 如图所示，长为l的铜棒ab在垂直于匀强磁场的平面上绕a点以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度大小为B，求铜棒中感应电动势的大小。 设在Δt时间内，铜棒转过的角度为θ，有θ=ωΔt，铜棒ab所扫过的扇形面积为ΔS=lθ·l=l2θ=l2ωΔt， 则ΔΦ=BΔS=Bl2ωΔt， 由法拉第电磁感应定律得E===Bl2ω 棒上每点的速度关于r的平均值== =，由公式E=Bl得，E=Bl =Bl2ω vb 距a点的距离r O l v ωl 法二: 法一: 讨论与交流 导体棒转动切割磁感线时的感应电动势 相对位置 转轴位置 端点 中点 任意位置 导体棒ab长为l，垂直于匀强磁场(磁感应强度为B)，转动平面也垂直于磁场方向(转动角速度为ω)       Eab＝Bl ＝Blv中＝Bl2ω Eab＝0 Eab＝·Bω －Bω 总结提升 3.(2024·成都市高二检测)1831年10月28日，法拉第展示人类历史上第一台发电机圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘以角速度ω顺 时针旋转(从上往下看)，则 A.圆盘转动过程中电流沿b到a的方向流过电阻R B.圆盘转动过程中Q点电势比P点电势低 C.若圆盘转动的角速度变为原来的3倍，R上产生的热功率也变为原来的3倍 D.圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径的平方成正比 √ 例题 圆盘转动可等效看成无数轴向导体切割磁感线，若从上向下看圆盘顺时针转动，根据右手定则可知圆盘中心电势比边缘要高，即Q相当于电源的正极，Q点电势比P点电势高，电流沿a到b的方向流过电阻R，故A、B错误； 根据法拉第电磁感应定律，可知感应电动势为E＝＝BL·ωL＝BωL2， 故圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径的平方成正比，故D正确； R上产生的热功率为P＝I2R＝()2R＝，若圆盘转动的角速度变 为原来的3倍，R上产生的热功率变为原来的9倍，故C错误。 法拉第电磁感应定律的三个表达式的比较 情景图       研究 对象 表达式 E＝n 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 E＝Bl2ω 绕一端转动的一段导体棒 E＝Blv 总结提升 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律 导线切割磁感线的感应电动势 感应电动势 导体棒转动切割时的感应电动势 E＝BL2ω v2 v1 θ v B 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 $