2.2 法拉第电磁感应定律 课件-2026-2027学年高二下学期物理粤教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦法拉第电磁感应定律，系统讲解感应电动势的定义、影响因素及公式。课堂导入通过复习电磁感应相关概念、楞次定律，对比电路异同引出感应电动势的研究意义，搭建旧知到新知的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，通过猜想磁通量变化率等因素，设计磁铁运动实验并分析数据，培养科学探究能力。结合公式推导与对比（如E=nΔΦ/Δt和E=BLv）及转动切割等实例，发展科学思维与物理观念。助力学生理解规律本质，教师可高效实施探究式教学。

第二章 电磁感应 粤教版 选择性必修二 第二节 法拉第电磁感应定律 1 新课导入 电磁感应 B原 闭合回路变化 B感 I感 安培定则 楞次定律 N S G 乙 试比较甲、乙两电路的异同 产生电动势的那部分导体相当于电源 甲 G 由此可见，在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势，但产生感应电流还需要电路闭合，因此研究感应电动势更有意义。 2 定义： 在电磁感应现象中产生的电动势。 等效电路 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 N S G 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。 一、感应电动势 思考：感应电动势的大小可能与哪些因素有关呢？ 猜想： 变化所用时间？ 线圈匝数？ 磁铁磁性强弱？ 改变条形磁铁的运动快慢 改变条形磁铁的数目 更换不同匝数的线圈 二、探究影响感应电动势大小的因素 思考：感应电动势的大小可能与哪些因素有关呢？ 实验设计：如何测量感应电动势的大小？ 根据电流表指针偏转程度粗略判断感应电动势大小，进行定性研究。 所用条形磁铁的数目 条形磁铁插入或拔出的方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针的偏转角度 感应电动势E的大小 1 根 快速拔出 2 根 快速拔出 2 根 慢速拔出 较小 较大 较大 较大 很大 较大 很大 较大 记录与分析 所用条形磁铁的数目 条形磁铁插入或拔出的方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针的偏转角度 感应电动势E的大小 1 根 快速拔出 2 根 快速拔出 2 根 慢速拔出 较小 较大 较大 较大 很大 较大 很大 较大 E E 6 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。 (1) 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。 线圈有n匝 用于求平均感应电动势 三、法拉第电磁感应定律 1. 内容： 2. 公式: 3. 注意： 纽曼和韦伯多次实验、计算、总结得到 1、磁通量越大, 感应电动势越大吗? 磁通量变化量越大, 感应电动势越大吗? (可以类比速度、速度的变化和加速度) 磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化无直接关系 思考与讨论： 2、怎么求磁通量的变化量？ ΔΦ＝Φ2－Φ1 (1) 当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS (2) 当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S (3) B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但 ΔΦ = -≠ΔB·ΔS。 4. 应用： 用公式 求E 的三种常见情况 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 都变化呢？ ω 例1：下列各图中，相同的条形磁铁穿过相同的线圈时，线圈中产生的感应电动势最大的是(　　) D 例2：如图所示，同种材料、横截面积相同的圆形线圈A、B、C位于同一平面内，圆心均处于O处，半径之比为1∶2∶3，有一垂直线圈平面向里的圆形匀强磁场，圆心为O，磁场有明显的圆形边界，半径和线圈B的半径相同，磁感应强度B均匀增大。 (1)求线圈A、B、C产生感应电动势大小之比。 1：4：4 (2)求线圈A、B、C产生感应电流大小之比。 1：2： 练习1：一个面积恒为S＝0.04 m2、匝数n＝100匝的线圈垂直放入匀强磁场中，已知磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示。求在0～2 s和0～4 s内线圈中产生的平均感应电动势. 练习2：一个面积恒为S＝0.04 m2、匝数n＝50匝的线圈垂直放入匀强磁场中，线圈中磁通量的变化规律如图所示。求在0～4 s穿过线圈的磁通量的变化率. 磁通量的变化率，是 Φ-t 图像上某点切线的斜率，可反映单匝线圈感应电动势的大小和方向 8V；0 10 Wb/s 12 练习3：(多选)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：( ) ABD 课堂练习 A. 线圈中0时刻感应电动势最大 B. 线圈中D时刻感应电动势为零 C. 线圈中D时刻感应电动势最大 D. 线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V Φ/10-2Wb t/s A B D 0 1 2 0.1 斜率表示Φ的变化率 【典例1】如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆环内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左向右匀速滑动，电路的固定电阻为R．其余电阻忽略不计．试求MN从圆环的左端滑动到右端的过程中： (1)整个回路产生的平均感应电动势 (2)电阻R上的电流的平均值及通过的电荷量． 平均感应电动势＝n 通过闭合电路欧姆定律求电路中的平均电流 I＝＝ 通过电路中导体横截面的电荷量Q＝IΔt＝n [答案]　 　 [跟进训练] 1．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d．用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向下的变化磁场B中，两板间有一个质量为m、电荷量为－q的油滴恰好处于静止状态，重力加速度为g，则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(　　) A．正在增加，＝ B．正在增加，＝ C．正在减弱，＝ D．正在减弱，＝ D × × × × × × × × × × × × × × × × × × G 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⊥杆） 那要是B、L、v 不垂直 怎么计算呢？ v a’ b’ a b θ v B v2 v1 (切割磁感线)E 1= BLv1= BLvsinθ (平行磁感线)E 2= 0 动生电动势：由于导体运动产生的感应电动势 (v与B方向夹角为 θ ) E=BLvsinθ θ = 0 (v//B) E＝0 θ = 90° (v⊥B) (无切割) 1. 公式: 四、导线切割磁感线时的感应电动势 θ v B v2 v1 速度v为瞬时值, E就为瞬时电动势； 速度v为平均值, E就为平均电动势. B、L、v两两垂直 E=BLv 17 公式对比 求平均感应电动势 Δt 趋近于0时，E为瞬时感应电动势 求平均感应电动势，v是平均速度 求瞬时感应电动势，v是瞬时速度 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体 四、导线切割磁感线时的感应电动势 速度v为瞬时值, E就为瞬时电动势；速度v为平均值, E就为平均电动势. 速度v是相对于磁场的速度(若磁场也运动，应注意速度间的相对关系) →导线垂直于运动方向上的投影 L为切割磁感线的有效长度 2. 对公式 E=BLv 理解: 取与B和v垂直的等效直线长度 19 【典例2】 如图所示，MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60°，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和金属棒的电阻，则流过金属棒中的电流为 (　　) A．I＝　 B．I＝ C．I＝ D．I＝ B 3. 方向(电势高低) × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v I × × × × × × × × × × × × × × × × G a b 导体棒为电源 等效电路 在电源内部，电流由电源的负极流向正极 在电源外部，电流由电源的正极流向负极 φa >φb 四、导线切割磁感线时的感应电动势 21 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。 4. 转动切割(课本P44) φA<φO 法一： 例题1：长为L的铜棒OA在垂直于匀强磁场的平面上绕点O以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B ． 求铜棒中感应电动势E的大小，并分析O 、A两点电势的高低． 22 4. 转动切割(课本P44) 例题1：长为L的铜棒OA在垂直于匀强磁场的平面上绕点O以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B ． 求铜棒中感应电动势E的大小，并分析O 、A两点电势的高低． φA<φO 在时间内，铜棒转过的角度为： 此过程磁通量的变化量为： 此过程铜棒扫过的面积： 感应电动势为： 法二： 23 4. 转动切割 四、导线切割磁感线时的感应电动势 感应电动势为： 应用——法拉第发电机 24 【典例】如图所示，半径为L的金属圆环固定，圆环内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，长为L、电阻为r的导体棒OA，一端固定在通过圆环中心的O点，另一端与圆环接触良好．在圆环和O点之间接有阻值为R的电阻，不计金属圆环的电阻．当导体棒以角速度ω绕O点逆时针匀速转动时，下列说法正确的是(　　) A．O点的电势低于A点的电势 B．导体棒切割磁感线产生的感应电动势大小为BL2ω C．O、A两点间电势差大小为 D．增大导体棒转动的角速度，电路中的电流增大 D 【练习1】如图所示，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc．已知bc边的长度为L．下列判断正确的是(　　) A．Ua>Uc，金属框中无电流 B．Ub>Uc，金属框中电流方向沿a→b→c→a C．Ubc＝－BL2ω，金属框中无电流 D．Ubc＝BL2ω，金属框中电流方向沿a→c→b→a C (2)导体棒绕中点O匀速转动 导体转动切割磁感线产生的电动势 E＝0 (1) 导体棒绕端点O匀速转动 E＝Br2ω (3) 闭合导体框 E＝0 【练习2】如图所示，水平放置的两平行金属导轨相距L＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，导体棒ac(长为L)垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．当ac棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求： (1)ac棒中感应电动势的大小； (2)回路中感应电流的大小； (3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小． (4) ac向右运动1m的过程中,电路中产生的热量是多少? (5) 若导体棒电阻为r =0.05Ω，ac两点间的电压多大？ [答案]　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)0.80 N (4)0.80J (5)0.64V 5.从能量转化角度看动生电动势产生 四、导线切割磁感线时的感应电动势 × 　× 　 × × × 　 × × × × 　 × 　 × × × 　 × 　 × × × 　 × 　 × × + f v合 vx vy fy fx 导体棒的机械能 电能 内能 导体棒克服安培力做功 电流做功 29 练习1：如图所示，要使金属环C向线圈A运动，导线ab在金属导轨上应(　　) B A．向右做匀速运动　　　　 B．向左做减速运动 C．向右做加速运动 D．向左做加速运动 练习2：(多选)如图所示，在匀强磁场中放置一个电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相连，导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面，欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动情况可能是( 　 　) A．匀速向右运动 B．加速向右运动 C．减速向右运动 D．加速向左运动 CD 练习3：(多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　 ) A．向右加速运动　　　　 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向左减速运动 BC A　　　 　B　　　　C　 D $