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26张ppt）

(共26张PPT)
第2节 法拉第电磁感应定律
第二章
课前励志：（1min）
你甘心被一张试卷打败吗？
到最后的最后了。。。
你有甘拜下风的勇气吗？
毕竟，在座的各位谁不自诩是天子娇子。
教学
目标
（1）知道什么是感应电动势
（2）理解和掌握法拉第电磁感应定律的内容和表达式
（3）掌握导体切割磁感线产生的电动势公式E=Blvsinθ
（4）知道动生电动势的产生以及洛伦磁力的关系，会判断动生电动势的方向并计算其大小
问题：
（1）将强磁铁自由释放，如视频所示穿过线圈，电流表指针发生偏转，其原因是什么？电流表的示数代表什么？
（2）同样的匝数，同样的磁铁，以不同速度释放穿过线圈，有什么相同和不同？
问题引入
结论：穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流，插入的速度越大，产生的感应电流越大。
产生感应电流的本质
v
N
S
G
乙
甲
产生电动势的线圈相当于电源
等效
a
b
问题：哪段导体是电源？a、b哪端是正极
电源内部电流由负极流向正极
（1）如何判断电路中相当于电源部分导体正负极？
（2）电路不闭合，电路中有电流吗？ 有电源么？有电动势吗？
思考：电磁感应的本质是什么？
电磁感应本质：产生感应电动势
（楞次定律、右手定则）在电源内部，四指指向电源正极
总结
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。
注意：
S
N
+
G
+
+
B增强时
a
b
M
N
V
+
-
+
-
判定电源的正极
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。
一、感应电动势
新课导入
讨论：感应电动势的大小是多少？ 它可能与哪些因素有关？
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
在相同的时间内，磁感应强度变化大，感应电流大
实验：探究影响感应电动势大小的因素
结论：感应电流大小与磁感应强度成正比
新课导入
相同条件 不同条件 线圈匝数：200 下落高度：30cm 磁铁个数 1 2
指针刻度 15 30
2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系
结论：感应电流大小与磁铁在线圈中运动时间成反比
在相同的时间内，速度变化大，
感应电流大
相同条件 不同条件 线圈匝数：200磁铁个数：2个 下落高度 10cm 20cm
指针刻度 20 40
3、感应电流大小与线圈匝数的关系
结论：感应电流大小与线圈匝数正比
实验可知：速度越大，感应电动势越大
匝数越多，感应电动势越大
磁场越强，感应电动势越大。
根据实验结论如何用公式表示感应电动势大小呢？
在其他条件都相同的条件下，
匝数越多感应电流大
相同条件 不同条件 磁铁个数：2个下落高度：30cm 线圈匝数 100 200
指针刻度 15 30
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ΔΦ/Δ t 成正比。
2. 数学表达式
若有 n 匝线圈，则相当于有 n个电源串联，总电动势为
注意：
法拉第电磁感应定律
公式中Δφ取绝对值，不涉及正负。
①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ：
②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ：
3. 用公式 求 E 的几种常见情况：
③如果B、S都变化呢？
【典例1】　（多选）空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t＝0时磁感应强度的方向如图（a）所示；磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示。则在t＝0到t＝t1的时间间隔内（　　）
A.圆环所受安培力的方向始终不变
B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
C.圆环中的感应电流大小为
D.圆环中的感应电动势大小为
解析　根据楞次定律可知，在0～t0时间内，磁感应强度减小，感应电流的方向为顺时针，圆环所受安培力水平向左，在t0～t1时间内，磁感应强度反向增大，感应电流的方向为顺时针，圆环所受安培力水平向右，所以选项A错误，B正确；根据法拉第电磁感应定律得E＝＝πr2·＝，根据电阻定律可得R＝ρ，根据欧姆定律可得I＝＝，所以选项C正确，D错误。
答案　BC
三、导线切割磁感线时的感应电动势
通过以上实验，你认为哪些因素影响了导线切割磁感线时电动势的大小？
a
b
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × × × ×
G
a
b
v
o
m
如图所示闭合线圈一部分导体 ab 处于匀强磁场中，导轨宽为L，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。
解：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 是相对于磁场的速度）
导体做垂直切割磁感线运动时,感应电动势计算式
E = BLv
( B、L、v 两两垂直 )
如果 B 与 v 不垂直,那又应该如何表示呢
如图，当导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角 θ 时
v1 = vsin θ
若导体斜切磁感线
（θ 为 v 与 B 夹角）
θ
v
B
v2 = vcos θ
v ┴ = vsin θ 对切割有贡献
v // = vcos θ 对切割无贡献
E = BLv1 = BLvsin θ
2. 导线的长度 L 应为有效长度
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 )
注意：
（1）图甲中的有效切割长度为：l＝sin θ。
（2）图乙中的有效切割长度为：l＝。
（3）图丙中的有效切割长度为：沿v1的方向运动时，l＝R；沿v2的方向运动时，l＝R。
L为切割磁感线的有效长度
公式 与E＝BLvsinθ的区别与联系
导体转动垂直切割磁感线
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。
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。
× × × × × × × × × × × × × × ×
O
A
L
v
× × × × × × × × × ×
右手定则：导体中电流方向为从O点流向A点
转动切割的导体动生电动势：
【典例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；
解析　（1）ac棒垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小为
E＝BLv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V。
答案　（1）0.80 V　
（2）回路中感应电流的大小；
解析　（2）回路中感应电流的大小为I＝＝ A＝4.0 A
由右手定则知，ac棒中的感应电流由c流向a。
答案　（2）4.0 A　
（3）维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小和方向。
解析　（3）ac棒受到的安培力大小为
F安＝BIL＝0.40×4.0×0.50 N＝0.80 N
由左手定则知，安培力方向向左。由于导体棒匀速运动，水平方向受力平衡，
则F外＝F安＝0.80 N，方向水平向右。
答案　（3）0.80 N　方向水平向右
【典例3】　如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是（金属圆盘的电阻不计）（　　）
A.由c到d，I＝ B.由d到c，I＝
C.由c到d，I＝ D.由d到c，I＝
解析　金属圆盘在匀强磁场中匀速转动，可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动，其产生的感应电动势大小为E＝Br2ω，由右手定则可知，感应电流方向由圆盘边沿指向圆心，故通过电阻R的电流大小I＝，方向由d到c，选项D正确。
答案　D
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律
导线切割磁感线时的感应电动势
感应电动势
（v⊥B）
（v⊥杆）