2.2 法拉第电磁感应定律 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共23张PPT)
文档属性
| 名称 | 2.2 法拉第电磁感应定律 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共23张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-11 22:03:57 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
第2节 法拉第电磁感应定律
第二章 电磁感应
如图甲中导线运动得越快，产生的感应电流越大，图乙中磁铁插入的速度越快，感应电流越大，说明了什么
甲
乙
感应电动势与磁通量的变化率有关
1.经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法；
2.通过实验，理解法拉第电磁感应定律，知道E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，会用法拉第电磁感应定律在具体情境中分析求解有关问题。
3.知道E=与E=BLvsinθ的内在联系
知识点一：影响感应电流的大小因素
1. 影响感应电流的大小因素
当回路中的电阻一定时，感应电流的大小与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。
2.实验探究
（1）实验器材
长玻璃管、强磁体、线圈、电压表。
（2）实验步骤
①装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。
②将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。
③分别使线圈距离上管口 20 cm 、30 cm、40 cm 和 50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。
④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。
线圈距离上管口的距离 电压表的示数 线圈匝数 电压表的示数 磁体强度 电压表的示数
20 cm 0.60v 线圈匝数增大 1.0v 磁体强度增强 2.1v
30 cm 0.68v 1.09v 2.19v
40 cm 0.76v 1.18v 2.18v
50 cm 0.84v 1.27v 2.39v
（3）实验数据记录
由表中数据可知：
线圈距上管口距离越大，强磁体穿过线圈的速度越大，引起的磁通量变化越快，线图两端的电压越大；线圈匝数越多、磁体越强，线圈两端的电压越大。
（4）实验结论：
磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；
反之越小。
磁通量的变化快慢就是磁通量的变化率，用表示。
知识点二：电磁感应定律
1.感应电动势
在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。
N
S
G
乙
相当于电源
v
2.电磁感应现象的本质
如果电路不闭合虽然没有感应电流，但电动势依然存在。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。
N
S
G
乙
v
3.影响感应电动势大小的因素
影响感应电动势大小
磁通量的变化率：
线圈的匝数n
在国际单位制中，电动势 E 的单位是伏（V）、磁通量 Φ 的单位是韦伯（Wb）、时间 t 的单位是秒（s），这时 k ＝ 1。 于是
4.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。
（2）公式：E=k式中 k 是比例常量。
（单匝线圈）
（n匝线圈）
公式
E=
E=n
公式中ΔΦ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向可以用楞次定律判定。
5.对法拉第电磁感应定律的理解
① 感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与Φ的大小及ΔΦ的大小没有必然联系。
② 用公式计算感应电动势时，常有以下三种情况：
a .线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化：
（为 B－t 图像上某点切线的斜率）
b . 磁感应强度B不变，线圈面积S均匀变化：
c . 磁感应强度和线圈面积都改变：
6.理解Φ、△Φ和
（1）磁通量：Φ指穿过回路的磁感线的条数多少。
（2）磁通量的变化：ΔΦ＝Φ末－Φ初 是指穿过回路的磁通量变化了多少，是产生感应电动势的条件。
（3）磁通量变化率：是指穿过回路的磁通量变化的快慢，是决定感应电动势的大小。
（4）Φ、△Φ和无直接关系:Φ大，△Φ不一定大，也不一定大。 Φ为零时，△Φ和不一定为零。
练一练
1.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是 ( )
A.线圈中一定有感应电流
B.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量成正比
C.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比
D.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化率成正比
D
CD
2.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述正确的是( )
A.图甲中回路产生了感应电动势，且恒定不变
B.图乙中回路产生的感应电动势一直在变大
C.图丙中回路在0～t0时间内产生的感应电动势大于t0～2t0时间内产生的感应电动势
D.图丁回路产生的感应电动势先变小后变大
知识点三：导体切割磁感线时的感应电动势
如图将矩形导体框CDMN放在磁感应强度为 B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直。设线框可动部分MN 的长度为l，它以速度v水平向右运动，求产生的感应电动势大小。
根据法拉第电磁感应定律：
Δt时间内回路面积增大 S
穿过回路的磁通量变化：
B、l、v 两两垂直
导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ
将速度进行矢量分解
动生电动势为
v1 = vsin θ
v2 = vcos θ
E = Blv1
∴ E = Blvsin θ
当v // B 时，E = 0
当v⊥B 时，E 最大
1.对公式E ＝ Bl vsin θ的理解
(1)对l的理解
l为导线切割磁感线时与B和v垂直的有效长度；
如果导线不和磁场垂直，l应是导线在磁场垂直方向投影的长度；
如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。
× × × × × × × B
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
↑
↑
v
v
v
a
b
(2)对θ的理解
当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。
(3)对v的理解
①v为导线和磁场间的相对速度；
当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生；
②若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势。
2.对比两种求感应电动势的方法
E＝Blvsinθ
区 别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体
适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况
计算结果 求得的是Δt内的平均感应电动势 求得的是某一时刻的瞬时感应电动势
适用情景 用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型) 用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)
联系 E＝Blvsinθ是由 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论
练一练
1.下列说法中正确的是( )
A.动生电动势的产生与洛伦兹力有关
B .因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势的产生与洛伦兹力无关
C .动生电动势的方向可以由右手定则来判定
D .导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反
AC
2.如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R=0.1 Ω，边长l=0.2 m。求:
(1)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中感应电动势E；
(2)t=0.05 s时，金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；
(3)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P。
解：(1)在t=0到t=0.1 s的时间Δt内，磁感应强度的变化量ΔB=0.2 T，
设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ，有ΔΦ=ΔBl2 ①
由于磁场均匀变化，所以金属框中产生的电动势是恒定的，有E=②
联立①②式，代入数据，解得E=0.08 V ③
(2)设金属框中的电流为I，由闭合电路欧姆定律，有I= ④
由图可知，t=0.05 s时，磁感应强度为B1=0.1 T，金属框ab边受到的安培力F=IB1l ⑤
联立①②④⑤式，代入数据，解得F=0.016 N ⑥ 方向垂直于ab向左。
(3)在t = 0到t = 0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P = I2R ⑧
联立①②④⑧式，代入数据，解得P=0.064 W ⑨
答案:(1)0.08 V (2)0.016 N 方向垂直于ab向左 (3)0.064 W
影响感应电流的大小因素
电磁感应定律
电磁感应现象的本质：产生感应电动势
法拉第电磁感应定律
导线切割磁感线时的感应电动势
法拉第电磁感应定律内容
E=BLv （v 、B、L两两垂直）
E ＝ Blvsinθ （θ为v与B夹角）
E=n
法拉第电磁感应定律
第2节 法拉第电磁感应定律
第二章 电磁感应
如图甲中导线运动得越快，产生的感应电流越大，图乙中磁铁插入的速度越快，感应电流越大，说明了什么
甲
乙
感应电动势与磁通量的变化率有关
1.经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法；
2.通过实验，理解法拉第电磁感应定律，知道E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊形式，会用法拉第电磁感应定律在具体情境中分析求解有关问题。
3.知道E=与E=BLvsinθ的内在联系
知识点一：影响感应电流的大小因素
1. 影响感应电流的大小因素
当回路中的电阻一定时，感应电流的大小与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。
2.实验探究
（1）实验器材
长玻璃管、强磁体、线圈、电压表。
（2）实验步骤
①装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。
②将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。
③分别使线圈距离上管口 20 cm 、30 cm、40 cm 和 50 cm，记录电压表的示数以及发生的现象。
④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。
线圈距离上管口的距离 电压表的示数 线圈匝数 电压表的示数 磁体强度 电压表的示数
20 cm 0.60v 线圈匝数增大 1.0v 磁体强度增强 2.1v
30 cm 0.68v 1.09v 2.19v
40 cm 0.76v 1.18v 2.18v
50 cm 0.84v 1.27v 2.39v
（3）实验数据记录
由表中数据可知：
线圈距上管口距离越大，强磁体穿过线圈的速度越大，引起的磁通量变化越快，线图两端的电压越大；线圈匝数越多、磁体越强，线圈两端的电压越大。
（4）实验结论：
磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；
反之越小。
磁通量的变化快慢就是磁通量的变化率，用表示。
知识点二：电磁感应定律
1.感应电动势
在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。
N
S
G
乙
相当于电源
v
2.电磁感应现象的本质
如果电路不闭合虽然没有感应电流，但电动势依然存在。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。
N
S
G
乙
v
3.影响感应电动势大小的因素
影响感应电动势大小
磁通量的变化率：
线圈的匝数n
在国际单位制中，电动势 E 的单位是伏（V）、磁通量 Φ 的单位是韦伯（Wb）、时间 t 的单位是秒（s），这时 k ＝ 1。 于是
4.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。
（2）公式：E=k式中 k 是比例常量。
（单匝线圈）
（n匝线圈）
公式
E=
E=n
公式中ΔΦ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向可以用楞次定律判定。
5.对法拉第电磁感应定律的理解
① 感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与Φ的大小及ΔΦ的大小没有必然联系。
② 用公式计算感应电动势时，常有以下三种情况：
a .线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化：
（为 B－t 图像上某点切线的斜率）
b . 磁感应强度B不变，线圈面积S均匀变化：
c . 磁感应强度和线圈面积都改变：
6.理解Φ、△Φ和
（1）磁通量：Φ指穿过回路的磁感线的条数多少。
（2）磁通量的变化：ΔΦ＝Φ末－Φ初 是指穿过回路的磁通量变化了多少，是产生感应电动势的条件。
（3）磁通量变化率：是指穿过回路的磁通量变化的快慢，是决定感应电动势的大小。
（4）Φ、△Φ和无直接关系:Φ大，△Φ不一定大，也不一定大。 Φ为零时，△Φ和不一定为零。
练一练
1.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是 ( )
A.线圈中一定有感应电流
B.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量成正比
C.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比
D.线圈中一定有感应电动势，其大小与磁通量的变化率成正比
D
CD
2.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述正确的是( )
A.图甲中回路产生了感应电动势，且恒定不变
B.图乙中回路产生的感应电动势一直在变大
C.图丙中回路在0～t0时间内产生的感应电动势大于t0～2t0时间内产生的感应电动势
D.图丁回路产生的感应电动势先变小后变大
知识点三：导体切割磁感线时的感应电动势
如图将矩形导体框CDMN放在磁感应强度为 B的匀强磁场里，线框平面与磁感线垂直。设线框可动部分MN 的长度为l，它以速度v水平向右运动，求产生的感应电动势大小。
根据法拉第电磁感应定律：
Δt时间内回路面积增大 S
穿过回路的磁通量变化：
B、l、v 两两垂直
导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感应强度方向有夹角 θ
将速度进行矢量分解
动生电动势为
v1 = vsin θ
v2 = vcos θ
E = Blv1
∴ E = Blvsin θ
当v // B 时，E = 0
当v⊥B 时，E 最大
1.对公式E ＝ Bl vsin θ的理解
(1)对l的理解
l为导线切割磁感线时与B和v垂直的有效长度；
如果导线不和磁场垂直，l应是导线在磁场垂直方向投影的长度；
如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。
× × × × × × × B
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
↑
↑
v
v
v
a
b
(2)对θ的理解
当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。
(3)对v的理解
①v为导线和磁场间的相对速度；
当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生；
②若导线各部分切割磁感线的速度不同，可取其平均速度求电动势。
2.对比两种求感应电动势的方法
E＝Blvsinθ
区 别 研究对象 整个闭合回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体
适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体切割磁感线运动的情况
计算结果 求得的是Δt内的平均感应电动势 求得的是某一时刻的瞬时感应电动势
适用情景 用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型) 用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)
联系 E＝Blvsinθ是由 在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论
练一练
1.下列说法中正确的是( )
A.动生电动势的产生与洛伦兹力有关
B .因为洛伦兹力对运动电荷始终不做功，所以动生电动势的产生与洛伦兹力无关
C .动生电动势的方向可以由右手定则来判定
D .导体棒切割磁感线产生感应电流，受到的安培力一定与受到的外力大小相等、方向相反
AC
2.如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R=0.1 Ω，边长l=0.2 m。求:
(1)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中感应电动势E；
(2)t=0.05 s时，金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；
(3)在t=0到t=0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P。
解：(1)在t=0到t=0.1 s的时间Δt内，磁感应强度的变化量ΔB=0.2 T，
设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ，有ΔΦ=ΔBl2 ①
由于磁场均匀变化，所以金属框中产生的电动势是恒定的，有E=②
联立①②式，代入数据，解得E=0.08 V ③
(2)设金属框中的电流为I，由闭合电路欧姆定律，有I= ④
由图可知，t=0.05 s时，磁感应强度为B1=0.1 T，金属框ab边受到的安培力F=IB1l ⑤
联立①②④⑤式，代入数据，解得F=0.016 N ⑥ 方向垂直于ab向左。
(3)在t = 0到t = 0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P = I2R ⑧
联立①②④⑧式，代入数据，解得P=0.064 W ⑨
答案:(1)0.08 V (2)0.016 N 方向垂直于ab向左 (3)0.064 W
影响感应电流的大小因素
电磁感应定律
电磁感应现象的本质：产生感应电动势
法拉第电磁感应定律
导线切割磁感线时的感应电动势
法拉第电磁感应定律内容
E=BLv （v 、B、L两两垂直）
E ＝ Blvsinθ （θ为v与B夹角）
E=n
法拉第电磁感应定律