物理人教版（2019）选择性必修第二册2.2 法拉第电磁感应定律 （共30张ppt）

(共30张PPT)
第四节 法拉第电磁感应定律
（1）闭合电路
利用磁场产生电流的现象
问题1：什么叫电磁感应现象？
问题2：产生感应电流的条件是什么？
（2）磁通量变化
思考:
闭合
温故而知新
1、要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？
这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的
2、如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电动势是否还存在呢？
电动势反映了电源提供电能本领的物理量，电路不闭合电源电动势依然存在 。
3、电磁感应现象中，闭合电路中出现了感应电流，那么有电动势存在么？
一、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。
可见，电磁感应现象中，具有某种运动、变化过程的那部分导体相当于电源，比如内部磁通量发生改变的线圈或切割磁感线的导体。
注意：产生感应电动势的那部分导体就是电源。
1、定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势（E）.
一、感应电动势
2.注意：
（1）产生感应电动势的那部分导体相当于电源.
（2）无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势; 若电路又闭合,则电路中就有感应电流.
【思考】：感应电动势究竟跟哪些因素有关呢？
研究影响感应电动势大小的因素。
猜想：可能的影响因素？
变化所用时间？
实验目的：
线圈匝数？
磁铁磁性强弱？
实验探究:影响感应电动势的大小的因素
2、影响感应电动势大小的因素：
电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？
总电阻一定时，E越大，I越大，指针偏转越大。
感应电动势E的大小与磁通量的变化快慢有关，即与磁通量的变化率有关。
由
探究实验一：实验装置如图所示，保持磁场强弱相同，改变条形磁铁插入或拔出的方式，注意观察电流表指针发生偏转的情况。
条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小△Φ 电流表指针偏转角度 感应电动势E的大小
1根 快速 相同
1根 慢速
较大
较小
较大
较小
实验探究:影响感应电动势的大小的因素
探究实验二：保持条形磁铁插入或拔出快慢相同，改变磁场的强弱，注意观察电流表指针发生偏转的情况。
条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小△Φ 电流表指针偏转角度 感应电动势E的大小
1根 快慢相同 （同高度自由下落） 较小
2根
较大
较小
较大
较小
较大
实验探究:影响感应电动势的大小的因素
由表格中的数据分析可知：磁通量变化越快，感应电动势越大。
磁通量的变化快慢
磁通量的变化率
实验分析总结：
实验结论：
感应电动势的大小由磁通量变化率决定。
N
S
3、磁通量的变化率 ：
表示磁通量的变化快慢。
磁通量大，磁通量变化一定大吗？
磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零；磁通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。
问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗
问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗
磁通量的变化率和磁通量大小、磁通量的变化无直接关系:
磁通量大(小,等于零)，磁通量的变化率不一定大(小,等于零);磁通量的变化大(小)，磁通量的变化率不一定大(小)。
【拓展思考】
(2)磁通量的变化率对应Φ- t图线上某点切线的斜率．
o
Φ
t
2.法拉第电磁感应定律的理解
(1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系．
二、法拉第电磁感应定律
1、内容：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。
2、数学表达式：
若闭合电路是n匝线圈，则相当于n个电源串联，总电动势为：
注意：1)公式中应取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。
2)公式中求出来的E是指平均感应电动势。若趋近于0，则E为瞬时电动势。
(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则
(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则
(3)磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，
则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初
应用法拉第电磁感应定律的三种情况
1. 有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通
量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。
2. 一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁
通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应
电动势。
3. 一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂
直磁场放置，在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到
9T。求线圈中的感应电动势。
25V
16V
1.6V
课堂练习
4.关于电磁感应，下述说法中正确的是( )
A.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
B.穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零
C.穿过线圈的磁通量的变化越大，感应电动势越大
D.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D
当堂检测
5.下列关于感应电动势大小的说法中，正确的是（　　）
A. 线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势一定越大
B. 线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大
C. 线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大
D. 线圈放在磁感应强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大
C
Φ/10-2Wb
t/s
A
B
D
0
1
2
0.1
6、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：( )
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
ABD
三、导体作切割磁感线运动
如图所示闭合线圈一部分导体ab长为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t时间内产生的感应电动势？
a
b
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × × × ×
G
a
b
v
回路在时间Δt内增大的面积为：
产生的感应电动势为：
穿过回路的磁通量的变化为：
（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感应强度方向有夹角）
θ
v
B
V1
=Vsinθ
（θ为v与B夹角）
说明：
1、导线的长度L应为有效长度。
2、导线运动方向和磁感线平行时，E=0.
3、速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）。
若导体斜切磁感线：
V2
=Vcosθ
问题：公式① 与公式② 的区别和联系？
1、一般来说， ①求出的是平均感应电动势，E和某段时间或者某个过程对应，而②求出的是瞬时感应电动势，E和某个时刻或者某个位置对应。
2、①求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。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。如右图。
v
a
b
c
d
L
L
区别：
联系：
1、公式①中的时间趋近于0时，E就为瞬时感应电动势。
2、公式②中v若代表平均速度，则求出的E就为平均感应电动势。
例3：如图，匀强磁场的磁感应强度为B，长为L的金属棒ab在垂直于B的平面内运动，速度v与L成θ角，求金属棒ab产生的感应电动势。
a
b
θ
v
E=BL(Vsinθ)
E=B(Lsinθ)V
有效长度---导线首尾连线在垂直速度方向上的投影长度
2.导线的长度L应为有效长度。
注意
1.导线运动方向和磁感线平行时, E=0。
3.速度v为平均值(瞬时值), E 就为平均值(瞬时值)。
练习：半径为R的半圆形导线在匀强磁场B中，以速度V向右匀速运动时，E=？
× × × × × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × × × × × × ×
Ｖ
Ｏ
R
E = B·2R·V
3.一飞机在南半球上空做飞行表演。当它自东向西方向做飞行表演时，飞机左右两机翼端点哪一点电势高（　　）
A. 飞机右侧机翼电势低，左侧电势高
B. 飞机右侧机翼电势高，左侧电势低
C. 两机翼电势一样高
D. 条件不足，无法判断
解析：当飞机在南半球飞行时，由于地磁场的存在，且地磁场的竖直分量方向竖直向上，由于感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的，由低电势指向高电势， 由右手定则可知，在南半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左侧机翼电势低，右侧机翼电势高。
B
例2、如图所示，如何求导体转动切割磁感线的感应电动势？
课堂练习
4、 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动,如图所示,磁感应强度为B。求:
(1)ab棒的平均速率。
(2)ab两端的电势差。
(3)经时间Δt金属棒ab所扫过面积中磁通量为多少 此过程中平均感应电动势多大
课堂练习
课堂练习