2.2 法拉第电磁感应定律（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第二章 电磁感应 人教版（2019）选择性必修 第二册 2.法拉第电磁感应定律 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立感应电动势的核心物理观念，知道电磁感应本质是产生感应电动势，电路闭合时才会出现感应电流；理解法拉第电磁感应定律的内涵，明白感应电动势大小由磁通量变化的快慢决定；能够分清磁通量本身、磁通量改变了多少、磁通量变化快慢这三个概念的区别；能从能量角度理解法拉第电磁感应定律，知道电磁感应过程遵循能量守恒；认识法拉第电磁感应定律是判断感应电动势大小的普遍规律，为后续导体切割磁感线、自感互感、交变电流等内容的学习奠定基础。 科学思维 能结合磁场变化、回路变化、时间变化之间的联系，对电磁感应过程开展推理分析；通过不同情景对比，辨析磁通量、磁通量变化量、磁通量变化快慢三者的不同，提升对比辨析与逻辑推理能力；能够依据法拉第电磁感应定律判断感应电动势的大小变化，区分过程里的平均效果和瞬时效果；能推导导体切割磁感线产生感应电动势的规律，分清不同规律各自适合的场景；可以分析电磁感应相关的受力、运动和能量转化问题，建立对应的分析模型，发展证据意识与科学论证能力。 科学探究 能通过改变线圈匝数、磁场强弱、磁铁移动快慢等演示实验，探究感应电动势大小和磁通量变化快慢之间的关系；通过控制变量的方法，分别研究线圈匝数、磁通量变化快慢对感应电动势大小带来的影响；借助线圈、条形磁铁、灵敏电流计等实验器材，观察、对比电流计指针偏转幅度；经历猜想、实验观察、现象对比、归纳总结得出法拉第电磁感应定律的过程，会对实验现象做对比分析，培养从定量实验现象里提炼物理规律的能力。 科学态度与责任 能通过探究感应电动势大小的实验，体会定量实验在物理研究当中的价值；通过了解发电机、变压器等法拉第电磁感应定律的技术应用，认识电磁规律对生产生活、科技发展的推动作用；在探究和分析问题的过程里，养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；体会法拉第长年坚持研究的科学精神，感悟电磁感应理论转化成工程技术的意义，激发对电磁技术的探索兴趣，树立运用物理知识服务社会的意识。 学习目标 感应电动势 01 教学内容 法拉第电磁感应定律 02 导线切割磁感线时的感应电动势 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解法拉第电磁感应定律，能判断感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系。 知道导体切割磁感线的规律，会定性判断该情景下感应电动势大小。 区分磁通量、磁通量变化量、磁通量变化快慢，理清三者逻辑关系。 重点难点 课堂导入——观察与思考 【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 楞次定律 右手定则 01 PART 01 第一部分 感应电动势 探究新知 7 探究新知——感应电动势 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势; 2.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 探究新知——电磁感应的实质 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） 总结： 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。 感应电动势的大小又是怎样的呢？它可能与哪些因素有关？ 02 PART 02 第二部分 法拉第电磁感应定律 探究新知 10 探究新知——探究影响感应电动势大小的因素 实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管20cm,30cm,40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。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。 探究新知——探究影响感应电动势大小的因素 实验过程 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 线圈匝数：200 下落高度：30厘米 磁铁个数 指针指示值 1个     15  31？  感应电流大小与磁铁个数成正比 ？ 2个 探究新知——探究影响感应电动势大小的因素 实验过程 2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系 线圈匝数：200 磁铁个数：2个 下落高度 指针指示值 10厘米     18  36 ？ 感应电流大小与磁铁运动速度成正比 探究新知——探究影响感应电动势大小的因素 实验过程 3、感应电流大小与线圈匝数的关系 磁铁个数：2个 下落高度：30厘米 线圈匝数 指针指示值 100     15  31 ？ 感应电流大小与线圈匝数成正比 ？ 200 探究新知——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。 探究新知——法拉第电磁感应定律 ①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ： ②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ： 4.应用:用公式 求E的几种常见情况： ③如果B、S都变化呢？ ω 探究新知——典例探究 【例1】(来自教材)有一个1 000匝的线圈， 在0.4 s内通过它的磁通量从0.02 Wb增加到0.09 Wb， 求线圈中的感应电动势。如果线圈的电阻是10 Ω，把一个电阻为990 Ω的电热器连接在它的两端，通过电热器的电流是多大？ 【解析】根据法拉第电磁感应定律可得，线圈中感应电动势为 E=n=1 000× V=175 V 根据闭合电路欧姆定律可得，通过电热器的电流为 I== A=0.175 A。 探究新知——典例探究 【例2】 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 探究新知——典例探究 【解析】根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势与磁通量的变化率成正比，即E=n，结合数学知识可知穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率k=；题图①中磁通量Φ不变，无感应电动势；题图②中磁通量Φ随时间t均匀增大，图像的斜率k不变，即产生的感应电动势不变；题图③中回路在0~t1时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率为k1，在t1~t2时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率为k2，从图像中发现：k1大于|k2|，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；题图④中磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率的绝对值先变小后变大，所以感应电动势先变小后变大，故选C。 探究新知——总结提升 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 2.若已知Φ-t图像，则图线上某一点的切线斜率的绝对值与该时刻的感应电动势大小成正比。 探究新知——总结提升 3.(1)当ΔΦ仅由B的变化引起时，E=n·S，其中S为线圈在磁场中的有效面积，其中叫作磁感应强度的变化率，等于B-t图像上对应点的切线的斜率。 (2)当ΔΦ仅由S的变化引起时，E=nB。 (3)当B、S同时变化时，=n≠n。 03 PART 03 第三部分 导线切割磁感线时的感应电动势 探究新知 22 探究新知——思考与讨论 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。 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⊥B） （v⊥杆） a b × × × × × × × × × × × × × × × × G a b v 那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？ 探究新知——思考与讨论 θ v B v2 如果将与B的方向夹角为θ速度按右图中所示分解在与磁场垂直和与磁场平行方向上，他们各自的产生电动势是多少？ ①垂直于磁感线的分量：v1=vsinθ ②平行于磁感线的分量：v2=vcosθ 只有垂直于磁感线的分量切割磁感线，于是产生感应电动势： E=BLv1=Blvsinθ θ=0时 平行：E＝0 θ=90时 垂直：E=BLv （无切割） 探究新知——导线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此公式只适用于双垂直切割 （v⊥B） （v⊥杆） θ为v与B夹角 2.方向： 若V//杆，则E=0 由等效电源的负极流向正极 探究新知——导线切割磁感线时的感应电动势 3.l为切割磁感线的有效长度 E=Blvsinθ v θ vsinθ vcosθ 感应电动势： E=Bvlsinθ l：导线垂直于运动方向上的投影。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v l × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v l 探究新知——导线切割磁感线时的感应电动势 × × × × × × × × × × × × × × × O A L 4.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，求E。 v 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。 右手定则：φA>φO × × × × × × × × × × 探究新知——导线切割磁感线时的感应电动势 5.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 探究新知——导线切割磁感线时的感应电动势 5.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 探究新知——典例探究 【例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。MN始终与导轨垂直且接触良好。求： (1)金属棒产生的感应电动势的大小； (2)使金属棒MN保持向右匀速运动需施加的沿速度v方向的外力大小。 探究新知——典例探究 【解析】（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，需施加的沿速度v方向的外力大小为F=F安 联立解得F=。 探究新知——典例探究 【例4】(2025·哈尔滨市高二阶段练习)如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆处在水平导轨间的长度为L，接入电路电阻为2R，金属杆在平行金属导轨上以平行导轨的速度v向右匀速滑动。金属导轨电阻不计，金属杆与导轨的夹角为θ，a、b间电阻为3R，金属杆上的M、N两点为金属杆与导轨的交点，电势分别为φM、φN，M、N两点间电势差为U，下列说法正确的是 A.φN<φM，U=　　B.φN<φM，U= C.φN<φM，U=BLvsin θ　　D.φN>φM，U= 探究新知——典例探究 【解析】由右手定则可以判定金属杆中电流的方向为由N到M，因此M点电势高； 金属杆切割磁感线的有效长度为l=Lsin θ 金属杆产生的动生电动势为E=Blv=BLvsin θ 则M、N间的电势差为U=E= 故选B。 探究新知——典例探究 【例5】(2024·连云港市高二期末)一长为l的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕其一端b在垂直于磁场的平面内匀速转动，a端的线速度大小为v。下列说法正确的是 A.导体棒有恒定电流 B.a端电势高于b端 C.a、b间电势差为Blv D.a、b间电势差大于Blv 探究新知——典例探究 【解析】导体棒产生的感应电动势为E=Bl=Bl=，故C、D错误； 由于导体棒没有处于闭合回路之中，故有电动势，但没有电流，故A错误； 由右手定则可知，导体棒切割磁感线，相当于电源，则a端为电源的正极，b端为电源的负极，所以a端电势高于b端，故B正确。 探究新知——典例探究 【例6】(来自鲁科教材)一圆盘发电机的结构如图所示。铜盘安装在水平的铜轴上，整个铜盘处于垂直于盘面的匀强磁场中，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为l，匀强磁场的磁感应强度为B， 回路的总电阻为R，从左向右看，铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速运动。求回路中感应电流的大小和方向。 【解析】由右手定则可知感应电流方向为C→D→R→C。铜盘转动切割磁感线，产生的感应电动势大小为E=Bl=Bl=，则感应电流大小I==。 探究新知——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 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 课堂小结 法拉第电磁感应定律 导线切割磁感线时的感应电动势 导体棒转动切割时的感应电动势 1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势 电磁感应定律 2.法拉第电磁感应定律：E=n 3.感应电动势3种求法：E=·S ，E=nB 动生电动势：E=Blvsin θ（θ为B与v的夹角） 动生电动势：E=Bl2ω 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $