【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第2章第2节法拉第电磁感应定律课件

第2章第2节法拉第电磁感应定律学习目标思维导图1.通过电动势的概念分析,知道感应电动势的概念。(物理观念)2.理解法拉第电磁感应定律的内容。(物理观念)3.会计算导体切割磁感线时的感应电动势。(科学思维)4.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。(科学思维)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、感应电动势1.在电磁感应现象里,若闭合回路中有感应电流,则必然存在电动势。这种在

现象中产生的电动势被称为感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于

。

2.在电磁感应现象中,若闭合导体回路中有感应电流,电路就一定有感应电动势;如果电路

,这时虽然没有感应电流,但感应电动势依然存在。

电磁感应

电源断开想一想产生感应电动势的电路一定是闭合的吗?提示

不一定,感应电动势产生的条件是:穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合,无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势产生。当闭合电路中磁通量发生变化时,会产生感应电动势和感应电流。二、电磁感应定律1.磁通量的变化率磁通量的变化率用

表示,其中ΔΦ表示磁通量的变化量,Δt表示发生磁通量变化所用的时间。

2.法拉第电磁感应定律内容:电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的

成正比。

3.单位使用国际单位制时,电磁感应定律公式:E=

。若闭合电路是一个匝数为n的线圈,则E=

。

4.在国际单位制中,磁通量的单位是

,感应电动势的单位是

。

变化率韦伯伏特想一想感应电动势和磁通量都和线圈的匝数成正比吗?提示

感应电动势的大小和线圈匝数成正比,但磁通量和线圈的匝数无关。三、导线切割磁感线时的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图甲所示,E=

。

2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图乙所示,E=

。

BlvBlvsinθ想一想如图所示,一金属弯杆处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,已知ab=bc=L,当它以速度v向右平动时,产生的感应电动势多大?提示

公式E=Blv中的l为导体切割磁感线的有效长度,也就是与磁感应强度B和速度v垂直的长度,因此该金属弯杆的有效长度为Lsin

θ,故感应电动势大小为BLvsin

θ。易错辨析

判一判(1)磁通量越大,感应电动势越大。(

)(2)感应电动势的大小与穿过闭合电路的磁通量的变化量成正比。(

)(3)感应电动势的大小与闭合电路所围面积成正比。(

)(4)磁通量变化得越快,感应电动势越大。(

)×提示

磁通量越大,磁通量的变化率不一定越大,由法拉第电磁感应定律可知感应电动势不一定越大。×提示

磁通量变化量越大,但不知磁通量的变化时间,则磁通量的变化率不一定越大,感应电动势不一定越大。×提示

根据法拉第电磁感应定律知,感应电动势的大小与磁通量变化率成正比,磁通量变化越快,磁通量变化率越大,则感应电动势越大。√即学即用

练一练如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增大为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为(

)A.c→a,2∶1

B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2

D.c→a,1∶2C解析

由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为a→c,由E=Blv知E1=Blv,E2=2Blv,则E1∶E2=1∶2,故选项C正确。重难探究·能力素养全提升探究一对感应电动势和电磁感应定律的理解情境探究如图所示,将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中。

(1)快速插入和缓慢插入时磁通量的变化量ΔΦ相同吗?指针偏转角度相同吗?(2)指针偏转角度取决于什么?要点提示

(1)磁通量的变化量相同,但磁通量变化的快慢不同,快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大。(2)指针偏转角度大小取决于

的大小。知识归纳(1)感应电动势E的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率,而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的关系,与电路的电阻R无关;感应电流的大小与感应电动势E和回路总电阻R有关。(2)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。(3)只表示感应电动势的大小,不涉及其正负,计算时ΔΦ应取绝对值。感应电流的方向可以用楞次定律去判定。不要遗漏“n”闪光语录

对于磁通量的变化量和磁通量的变化率来说,穿过一匝线圈和穿过n匝线圈是一样的,而感应电动势则不一样,感应电动势与匝数成正比。应用体验典例1

(多选)如图甲所示,线圈A(图中实线,共100匝)的横截面积为0.3m2,总电阻r=2Ω,A右侧所接电路中,电阻R1=2Ω,R2=6Ω,电容C=3μF,开关S1闭合。A中有横截面积为0.2m2的区域C(图中虚线),C内有如图乙所示的变化磁场,t=0时刻,磁场方向垂直于线圈平面向里。下列判断正确的是(

)A.闭合S2、电路稳定后,通过R2的电流由b流向aB.闭合S2、电路稳定后,通过R2的电流大小为0.4AC.闭合S2、电路稳定后再断开S1,通过R2的电流由b流向aD.闭合S2、电路稳定后再断开S1,通过R2的电荷量为7.2×10-6C答案

BD解析

根据楞次定律,线圈中产生的感应电流为顺时针方向,则闭合S2,电路稳定后,通过R2的电流由a流向b,选项A错误;根据法拉第电磁感应定律得带正电,则当再断开S1,电容器放电,通过R2的电流由a流向b,选项C错误;电路稳定后电容器带的电荷量Q=CUR2=3×10-6×0.4×6

C=7.2×10-6

C,则电路稳定后再断开S1,通过R2的电荷量为7.2×10-6

C,选项D正确。针对训练1如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大。两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb。不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是(

)A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向B解析

由楞次定律可知,题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反,故感应电流沿顺时针方向,由法拉第电磁感应定律知E=,由于两圆环半径之比Ra∶Rb=2∶1,所以Ea∶Eb=4∶1,选项B正确。探究二感应电动势由导线切割磁感线产生情境探究如图所示,导体棒CD在匀强磁场中运动。

(1)自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。若CD向右匀速运动,哪端电势高?(2)随着C、D两端聚集电荷越来越多,在CD棒间产生的电场越来越强,当静电力等于洛伦兹力时,自由电荷还定向运动吗?要点提示

(1)由左手定则可判断自由电子受到沿棒向下的洛伦兹力作用,C端电势高,D端电势低;(2)自由电荷不再定向运动,C、D两端形成稳定的电势差。知识归纳1.当B、l、v三个物理量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0。2.式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段长度来计算。如图中所示线段ab的长即为导线切割磁感线的有效长度。两端点连线长度

闪光语录

公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。应用体验典例2

如图所示,MN、PQ是间距为L的平行光滑金属导轨,置于磁感应强度为B,方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为R的电阻。一根与导轨接触良好、有效阻值为

的金属棒ab垂直导轨放置,并在水平外力F作用下以速度v向右匀速运动,不计导轨电阻,则(

)A.通过电阻R的电流方向为P→R→MB.ab两点间的电压为BLvC.a端电势比b端高D.外力F做的功等于电阻R产生的焦耳热C解析

根据右手定则可以知道回路中的电流方向为b→a→M→R→P;金属棒ab相当于电源,电流方向是b到a,可以认为a是电源正极,b是电源的负极,所以a端电势比b端高,故A错误,C正确。金属棒ab运动过程中产生的感应电动势为E=BLv,金属棒ab相当于电源,ab两点间的电压即为路端电压,有

,故B错误。根据功能关系可以知道外力F做的功转化为电能,即电阻R和金属棒ab共同产生的焦耳热,故D错误。规律方法

与E=Blv的比较(1)区别:研究的是整个闭合回路,适用于计算各种电磁感应现象中Δt内的平均感应电动势;E=Blv研究的是闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体,只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势,可以是平均感应电动势,也可以是瞬时感应电动势。(2)联系:E=Blv是由

在一定条件下推导出来的,该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论。针对训练2(2023湖南邵阳期末)如图所示,间距为l的U形导轨固定在水平面上,垂直导轨向下的匀强磁场磁感应强度为B。质量为m、电阻为r的金属杆PQ沿着粗糙U形导轨以初速度v开始向右滑行,金属杆PQ与U形导轨之间的动摩擦因数为μ,ab间电阻为R,导轨电阻忽略不计,重力加速度为g,则下列说法正确的是(

)A.通过金属杆的电流的方向为由P到QB.PQ开始运动时ab间电压为BlvD学以致用·随堂检测全达标123451.(多选)一根直导线长0.1m,在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中以10m/s的速度匀速运动,则关于导线中产生的感应电动势的说法正确的是(

)A.一定为0.1V B.可能为零C.可能为0.01V D.最大值为0.1VBCD解析

当公式E=Blv中B、l、v互相垂直,导体切割磁感线运动时感应电动势最大,Em=Blv=0.1×0.1×10

V=0.1

V,考虑到它们三者的空间位置关系,B、C、D正确,A错误。123452.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是(

)A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同C解析

由法拉第电磁感应定律

知,感应电动势的大小与线圈匝数有关,A错误;感应电动势正比于

,与磁通量的大小无直接关系,B错误,C正确;根据楞次定律知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,即“增反减同”,D错误。123453.闭合回路的磁通量Φ随时间t的变化图像如图甲、乙、丙、丁所示,关于回路中产生的感应电动势的下列论述,正确的是(

)