《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应 2.法拉第电磁感应定律（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应 2.法拉第电磁感应定律（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
2.法拉第电磁感应定律
第二章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道什么叫感应电动势;理解法拉第电磁感应定律及其表达式,并会用法拉第电磁感应定律解决相关问题。
2.掌握导体切割磁感线产生的电动势E=Blv的推导及意义;能熟练应用
和E=Blv解题。
素 养 阐 释
1.通过对磁通量的变化率、感应电动势、法拉第电磁感应定律的学习,形成物理观念。
2.通过法拉第电磁感应定律 及导体切割磁感线时的电动势E=Blvsin θ的应用,掌握科学思维。
自主预习·新知导学
一、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作感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源,导体本身的电阻相当于电源内阻。
2.电源、开关、线圈组成串联电路,当电路断开时,有感应电流吗 有感应电动势吗
提示:当电路断开时,无感应电流,但有感应电动势。
3.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)表达式:E=_________。
(3)单位:在国际单位制中,电动势的单位是伏(V)。
二、导线切割磁感线时的感应电动势
1.当磁场方向、导体本身、导体运动方向三者两两垂直时,导体所产生的感应电动势E= Blv 。
2.若导体与磁场方向垂直,导体运动方向与导体本身垂直,但与磁场方向的夹角为θ时,怎样求导体运动所产生的感应电动势
提示:应将速度v进行分解,利用速度垂直于磁场的分量来进行计算,其数值为E=Blv1=Blvsin θ。
3.一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源,这时的非静电力与洛伦兹力有关。
4.如果感应电动势是由于导体运动而产生的,它也叫作动生电动势。
5.由于导体棒运动产生感应电动势,电路中有电流通过,导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。安培力的方向与导体棒运动的方向相反,如果没有推力的作用,导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)在电磁感应现象中,有感应电动势就一定有感应电流。( )
(2)磁通量越大,磁通量的变化量越大,磁通量的变化率就越大,产生的感应电动势也就越大。( )
(3)线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大。( )
(4)导体棒在磁场中运动速度越大,产生的感应电动势就越大。( )
×
×
×
×
2.结合我们以前学过的电路知识想一想,导体上有了感应电动势,就一定有电流通过吗
提示:不一定有电流通过。若要有电流通过,导体回路还必须闭合。
3.类比我们以前学过的加速度a与速度变化量Δv的关系,想一想,穿过某电路的磁通量的变化量越大,产生的感应电动势也越大吗
提示:不一定,感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率而非磁通量的变化量,即感应电动势的大小由磁通量的变化量和时间两个因素共同决定。
4.如图所示,一边长为l的正方形导线框abcd垂直于磁感线,以速度v在匀强磁场中向右运动。甲同学说:由法拉第电磁感应定律可知,这时穿过线框的磁通量的变化率为零,所以线框中感应电动势应该为零。乙同学说线框中ad和bc边均以速度v做切割磁感线运动,由E=Blv可知,这两条边都应该产生感应电动势且Ead=Ebc=Blv。他们各执一词,到底谁说的对呢
提示:这两个同学说的都对,虽然ad边与bc边都产生感应电动势,但由于方向相同,相当于两个电源并联,没有对外供电,所以整个回路的电动势为零。可见,用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势,而用E=Blv求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的感应电动势。
合作探究·释疑解惑
知识点一
法拉第电磁感应定律的理解与应用
【问题引领】
结合探究感应电流产生条件的几个演示实验,回答下列问题:
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么
(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系
(3)在下图中,将条形磁体从同一高度插入线圈中,快速插入和缓慢插入有什么相同和不同
提示:(1)穿过闭合电路的Φ变化 产生E感 产生I感。
(2)由闭合电路欧姆定律知 ,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。
(3)磁通量的变化量相同,但磁通量变化的快慢不同。
【归纳提升】
【典型例题】
【例题1】 如图甲所示的螺线管,匝数n=1 500,横截面积S=20 cm2,方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化。
(1)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少
(2)磁通量的变化率多大
(3)线圈中感应电动势的大小为多少
答案:(1)8×10-3 Wb (2)4×10-3 Wb/s (3)6 V
解析:(1)磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的,
则Φ1=B1S,Φ2=B2S,ΔΦ=Φ2-Φ1
所以ΔΦ=ΔBS=(6-2)×20×10-4 Wb=8×10-3 Wb。
(2)磁通量的变化率
【变式训练1】 如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω,在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示。
(1)求0~4 s内,回路中的感应电动势。
(2)求t=5 s时,a、b两点哪点电势高。
(3)求t=5 s时,电阻R两端的电压U。
答案:(1)1 V (2)a点的电势高 (3)3.2 V
解析:(1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,回路中的感应电动势
(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向是垂直于纸面向里,故a点的电势高。
知识点二
对公式E=Blvsin θ的理解与应用
【问题引领】
如图所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab切割磁感线的有效长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,根据法拉第电磁感应定律,求回路中产生的感应电动势。
提示:设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt,穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt,根据法拉第电磁感应定律,得
【归纳提升】
1.对E=Blv和E=Blvsin θ的理解
(1)当l垂直于B、l垂直于v,而v与B成θ角时,导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E=Blvsin θ。
(2)若导线是曲折的,或l与v不垂直,则l应为导线的有效切割长度。如下图中棒的有效长度为ab间的距离。
(3)公式E=Blv和E=Blvsin θ中,若v为一段时间内的平均速度,则E为平均感应电动势;若v为某时刻的切割速度,则E为瞬时感应电动势。
(4)导体转动切割磁感线产生感应电动势,当导体在垂直于磁场的平面内,绕一端以角速度ω匀速转动切割磁感线产生感应电动势时,
【典型例题】
【例题2】 如图所示,导轨OM和ON都在纸面内,导体AB可在导轨上无摩擦滑动。若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑,导体与导轨都足够长,它们每米长度的电阻都是0.2 Ω,磁场的磁感应强度为0.2 T。
(1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少
此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大
回路中的电流为多少
(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少
解析:(1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势。
求解导体棒切割磁感线运动问题时,要分清瞬时感应电动势和平均感应电动势,正确应用 和E=Blv两个公式,在应用E=Blv时要弄清切割磁感线的有效长度。
【变式训练2】 如图所示,导体棒ab长为2l,匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒绕过O点垂直于纸面的轴以角速度ω匀速转动,a与O的距离很近。a端和b端的电势差Uab的大小等于( )
A.2Bl2ω B.4Bl2ω
C.6Bl2ω D.Bl2ω
答案:A
解析:导体棒ab绕a端过O点的轴在纸面内以角速度ω匀速转动,平均速度
,则a、b两端的电势差Uab=E=B·(2l)·=2Bl2ω,A正确,B、C、D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(法拉第电磁感应定律公式的理解)下列各图中,相同的条形磁体穿过相同的线圈时,线圈中产生的感应电动势最大的是( )
答案:D
解析:感应电动势的大小为 ,A、B两种情况磁通量变化量相同,C中ΔΦ最小,D中ΔΦ最大,A、C、D中磁体穿过线圈所用的时间相同且小于B所用的时间,所以选项D符合题意。
2.(法拉第电磁感应定律的图像问题)(多选)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
答案:CD
解析:根据E=n可知,题图甲中E=0,A错误;题图乙中E为恒量,B错误;题图丙中回路在0~t0时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率大小为k1,在t0~3t0时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率大小为k2,从图像中发现k1大于k2,所以回路在0~t0时间内的E1大于t0~2t0时间内的E2,C正确;题图丁中磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率先变小后变大,所以感应电动势先变小后变大,D正确。
3.(法拉第电磁感应定律的应用)如图所示,半径为R的n匝线圈套在边长为l的正方形abcd之外,匀强磁场垂直穿过该正方形,当磁场以 的变化率变化时,线圈产生的感应电动势的大小为( )
答案:D
解析:由题目条件可知,线圈中磁场的面积为l2,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中产生的感应电动势大小为 ,故选项D正确。
4.(对E=Blv的理解)如图中所示的导体棒的长度均为l,处于磁感应强度为B的匀强磁场中,棒运动的速度均为v,则产生的感应电动势为Blv的是( )
答案:D
解析:当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv。A选项中B与v不垂直;B、C选项中B与l不垂直;D选项中三者互相垂直,D正确。
2.法拉第电磁感应定律
第二章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道什么叫感应电动势;理解法拉第电磁感应定律及其表达式,并会用法拉第电磁感应定律解决相关问题。
2.掌握导体切割磁感线产生的电动势E=Blv的推导及意义;能熟练应用
和E=Blv解题。
素 养 阐 释
1.通过对磁通量的变化率、感应电动势、法拉第电磁感应定律的学习,形成物理观念。
2.通过法拉第电磁感应定律 及导体切割磁感线时的电动势E=Blvsin θ的应用,掌握科学思维。
自主预习·新知导学
一、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作感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源,导体本身的电阻相当于电源内阻。
2.电源、开关、线圈组成串联电路,当电路断开时,有感应电流吗 有感应电动势吗
提示:当电路断开时,无感应电流,但有感应电动势。
3.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)表达式:E=_________。
(3)单位:在国际单位制中,电动势的单位是伏(V)。
二、导线切割磁感线时的感应电动势
1.当磁场方向、导体本身、导体运动方向三者两两垂直时,导体所产生的感应电动势E= Blv 。
2.若导体与磁场方向垂直,导体运动方向与导体本身垂直,但与磁场方向的夹角为θ时,怎样求导体运动所产生的感应电动势
提示:应将速度v进行分解,利用速度垂直于磁场的分量来进行计算,其数值为E=Blv1=Blvsin θ。
3.一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源,这时的非静电力与洛伦兹力有关。
4.如果感应电动势是由于导体运动而产生的,它也叫作动生电动势。
5.由于导体棒运动产生感应电动势,电路中有电流通过,导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。安培力的方向与导体棒运动的方向相反,如果没有推力的作用,导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)在电磁感应现象中,有感应电动势就一定有感应电流。( )
(2)磁通量越大,磁通量的变化量越大,磁通量的变化率就越大,产生的感应电动势也就越大。( )
(3)线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大。( )
(4)导体棒在磁场中运动速度越大,产生的感应电动势就越大。( )
×
×
×
×
2.结合我们以前学过的电路知识想一想,导体上有了感应电动势,就一定有电流通过吗
提示:不一定有电流通过。若要有电流通过,导体回路还必须闭合。
3.类比我们以前学过的加速度a与速度变化量Δv的关系,想一想,穿过某电路的磁通量的变化量越大,产生的感应电动势也越大吗
提示:不一定,感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率而非磁通量的变化量,即感应电动势的大小由磁通量的变化量和时间两个因素共同决定。
4.如图所示,一边长为l的正方形导线框abcd垂直于磁感线,以速度v在匀强磁场中向右运动。甲同学说:由法拉第电磁感应定律可知,这时穿过线框的磁通量的变化率为零,所以线框中感应电动势应该为零。乙同学说线框中ad和bc边均以速度v做切割磁感线运动,由E=Blv可知,这两条边都应该产生感应电动势且Ead=Ebc=Blv。他们各执一词,到底谁说的对呢
提示:这两个同学说的都对,虽然ad边与bc边都产生感应电动势,但由于方向相同,相当于两个电源并联,没有对外供电,所以整个回路的电动势为零。可见,用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势,而用E=Blv求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的感应电动势。
合作探究·释疑解惑
知识点一
法拉第电磁感应定律的理解与应用
【问题引领】
结合探究感应电流产生条件的几个演示实验,回答下列问题:
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么
(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系
(3)在下图中,将条形磁体从同一高度插入线圈中,快速插入和缓慢插入有什么相同和不同
提示:(1)穿过闭合电路的Φ变化 产生E感 产生I感。
(2)由闭合电路欧姆定律知 ,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。
(3)磁通量的变化量相同,但磁通量变化的快慢不同。
【归纳提升】
【典型例题】
【例题1】 如图甲所示的螺线管,匝数n=1 500,横截面积S=20 cm2,方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化。
(1)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少
(2)磁通量的变化率多大
(3)线圈中感应电动势的大小为多少
答案:(1)8×10-3 Wb (2)4×10-3 Wb/s (3)6 V
解析:(1)磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的,
则Φ1=B1S,Φ2=B2S,ΔΦ=Φ2-Φ1
所以ΔΦ=ΔBS=(6-2)×20×10-4 Wb=8×10-3 Wb。
(2)磁通量的变化率
【变式训练1】 如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω,在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示。
(1)求0~4 s内,回路中的感应电动势。
(2)求t=5 s时,a、b两点哪点电势高。
(3)求t=5 s时,电阻R两端的电压U。
答案:(1)1 V (2)a点的电势高 (3)3.2 V
解析:(1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,回路中的感应电动势
(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向是垂直于纸面向里,故a点的电势高。
知识点二
对公式E=Blvsin θ的理解与应用
【问题引领】
如图所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab切割磁感线的有效长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,根据法拉第电磁感应定律,求回路中产生的感应电动势。
提示:设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt,穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt,根据法拉第电磁感应定律,得
【归纳提升】
1.对E=Blv和E=Blvsin θ的理解
(1)当l垂直于B、l垂直于v,而v与B成θ角时,导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E=Blvsin θ。
(2)若导线是曲折的,或l与v不垂直,则l应为导线的有效切割长度。如下图中棒的有效长度为ab间的距离。
(3)公式E=Blv和E=Blvsin θ中,若v为一段时间内的平均速度,则E为平均感应电动势;若v为某时刻的切割速度,则E为瞬时感应电动势。
(4)导体转动切割磁感线产生感应电动势,当导体在垂直于磁场的平面内,绕一端以角速度ω匀速转动切割磁感线产生感应电动势时,
【典型例题】
【例题2】 如图所示,导轨OM和ON都在纸面内,导体AB可在导轨上无摩擦滑动。若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑,导体与导轨都足够长,它们每米长度的电阻都是0.2 Ω,磁场的磁感应强度为0.2 T。
(1)3 s末夹在导轨间的导体长度是多少
此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大
回路中的电流为多少
(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少 此过程中的平均感应电动势为多少
解析:(1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势。
求解导体棒切割磁感线运动问题时,要分清瞬时感应电动势和平均感应电动势,正确应用 和E=Blv两个公式,在应用E=Blv时要弄清切割磁感线的有效长度。
【变式训练2】 如图所示,导体棒ab长为2l,匀强磁场的磁感应强度为B,导体棒绕过O点垂直于纸面的轴以角速度ω匀速转动,a与O的距离很近。a端和b端的电势差Uab的大小等于( )
A.2Bl2ω B.4Bl2ω
C.6Bl2ω D.Bl2ω
答案:A
解析:导体棒ab绕a端过O点的轴在纸面内以角速度ω匀速转动,平均速度
,则a、b两端的电势差Uab=E=B·(2l)·=2Bl2ω,A正确,B、C、D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(法拉第电磁感应定律公式的理解)下列各图中,相同的条形磁体穿过相同的线圈时,线圈中产生的感应电动势最大的是( )
答案:D
解析:感应电动势的大小为 ,A、B两种情况磁通量变化量相同,C中ΔΦ最小,D中ΔΦ最大,A、C、D中磁体穿过线圈所用的时间相同且小于B所用的时间,所以选项D符合题意。
2.(法拉第电磁感应定律的图像问题)(多选)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
答案:CD
解析:根据E=n可知,题图甲中E=0,A错误;题图乙中E为恒量,B错误;题图丙中回路在0~t0时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率大小为k1,在t0~3t0时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率大小为k2,从图像中发现k1大于k2,所以回路在0~t0时间内的E1大于t0~2t0时间内的E2,C正确;题图丁中磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率先变小后变大,所以感应电动势先变小后变大,D正确。
3.(法拉第电磁感应定律的应用)如图所示,半径为R的n匝线圈套在边长为l的正方形abcd之外,匀强磁场垂直穿过该正方形,当磁场以 的变化率变化时,线圈产生的感应电动势的大小为( )
答案:D
解析:由题目条件可知,线圈中磁场的面积为l2,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中产生的感应电动势大小为 ,故选项D正确。
4.(对E=Blv的理解)如图中所示的导体棒的长度均为l,处于磁感应强度为B的匀强磁场中,棒运动的速度均为v,则产生的感应电动势为Blv的是( )
答案:D
解析:当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv。A选项中B与v不垂直;B、C选项中B与l不垂直;D选项中三者互相垂直,D正确。