新教材2023-2024學年高中物理第2章電磁感應2法拉第電磁感應定律課件新人教版選擇性必修第二冊

第二章2法拉第電磁感應定律學習目標1.了解感應電動勢的概念,會判斷等效電源,判斷感應電動勢的方向,解決實際問題。(物理觀念)2.能在問題情境中區(qū)分磁通量、磁通量的變化、磁通量的變化率,會應用法拉第電磁感應定律E=n進行有關計算。(科學思維)3.會應用法拉第電磁感應定律推導公式E=Blv,并會利用其進行有關計算。(科學思維)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、電磁感應定律1.感應電動勢(1)定義:在

現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。

(2)感應電動勢與感應電流的關系產(chǎn)生感應電動勢的部分導體相當于電源,閉合導體回路中有感應電動勢就有感應電流,若導體回路不閉合,則沒有

,但仍有

。

兩端的電壓是路端電壓

電磁感應

感應電流感應電動勢2.法拉第電磁感應定律(1)內容:閉合電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。變化率與匝數(shù)無關

伏特二、導體棒切割磁感線時的感應電動勢1.導線垂直于磁場運動,B、l、v兩兩垂直時,如圖所示,E=

。

Blv2.導線的運動方向與導線本身垂直,但與磁感線方向夾角為θ時,如圖所示,E=

。

Blvsinθ情境鏈接有一種手壓式自發(fā)電手電筒,只要用手輕輕按壓發(fā)電手柄,就可以為LED光源供電,連續(xù)按壓發(fā)電手柄15

s所產(chǎn)生的電能可以維持LED光源持續(xù)發(fā)光。這種手電筒照明時不需要電池,那么使LED光源發(fā)光的電能是從哪里來的?提示

通過按手柄,使塑料齒輪帶動銅絲線圈內的磁性飛輪高速旋轉,銅絲切割磁感線產(chǎn)生感應電流,使LED光源發(fā)光。教材拓展如圖所示,線圈的兩端與電壓傳感器相連,讓強磁體從長玻璃管上端由靜止下落,穿過線圈。(1)從不同的高度由靜止釋放強磁體,每次下落時電壓的最大值與高度有什么關系?(2)改變線圈的匝數(shù),電壓的最大值與線圈的匝數(shù)有什么關系?提示

(1)釋放的高度越高,電壓的最大值越大。(2)線圈的匝數(shù)越多,電壓的最大值越大。易錯辨析(1)在電磁感應現(xiàn)象中,有感應電動勢,就一定有感應電流。(

)(2)穿過某電路的磁通量變化量越大,產(chǎn)生的感應電動勢就越大。(

)(3)導體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小與速度的大小成正比。(

)(4)用E=Blv計算感應電動勢大小時要求B、l、v三者互相垂直。(

)×提示

不管電路是否閉合,只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化,電路中就會產(chǎn)生感應電動勢;有感應電動勢不一定存在感應電流(要看電路是否閉合),有感應電流一定存在感應電動勢?！撂崾?/p>

感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率,而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系?！獭讨仉y探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一法拉第電磁感應定律導學探究如圖所示,我們可以通過實驗探究電磁感應現(xiàn)象中感應電流方向的決定因素和遵循的物理規(guī)律。(1)在實驗中,電流表指針偏轉的原因是什么?(2)電流表指針偏轉程度跟感應電動勢的大小有什么關系?要點提示

穿過閉合電路的Φ變化?產(chǎn)生E感?產(chǎn)生I感。

要點提示

由閉合電路歐姆定律I=知,當電路的總電阻一定時,感應電動勢E越大,感應電流I越大,指針偏轉程度越大。(3)在圖中,將條形磁體從同一高度插入線圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?(4)分別用一根磁體和兩根磁體以同樣速度快速插入,磁通量的變化量ΔΦ相同嗎?指針偏轉角度相同嗎?要點提示

磁通量變化量相同,但磁通量變化的快慢不同,即電流表指針偏轉程度不同。要點提示

磁通量變化量相同,但磁通量變化的快慢不同,即電流表指針偏轉程度不同。知識歸納注意當有相反方向的磁感線時,應考慮相互抵消計算時注意磁通量的正負值在Φ-t圖像中,可用圖線的斜率表示2.對法拉第電磁感應定律的理解(1)E=n一般用來求Δt時間內感應電動勢的平均值。其中n為線圈匝數(shù),ΔΦ總是取絕對值。(2)常見感應電動勢的計算式有:(3)感應電動勢E:其大小取決于穿過電路的磁通量的變化率,而與磁通量Φ的大小、磁通量的變化量ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系,與電路的電阻R無關;感應電流的大小與感應電動勢E、回路總電阻R有關。應用體驗【例1】

(多選)如圖甲所示線圈的匝數(shù)n=100,橫截面積S=50cm2,線圈總電阻r=10Ω,沿軸向有勻強磁場,磁場的磁感應強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化,則在開始的0.1s內(

)A.磁通量變化量的大小為0.25WbB.磁通量的變化率為2.5×10-2Wb/sC.a、b間電壓為零D.在a、b間接一個理想電流表時,電流表的示數(shù)為0.25ABD解析

通過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無關,若設Φ2=B2S為正,則線圈中磁通量的變化量為ΔΦ=B2S-(-B1S),代入數(shù)據(jù)即ΔΦ=(0.1+0.4)×50×10-4

Wb對點演練1.如圖甲所示,一個圓形線圈匝數(shù)n=1000、面積S=2×10-2m2、電阻r=1Ω,在線圈外接一阻值為R=4Ω的電阻。把線圈放入一個勻強磁場中,磁場方向垂直線圈平面向里,磁場的磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。求:(1)0~4s內,回路中的感應電動勢;(2)t=5s時,a、b兩點哪點電勢高;(3)t=5s時,電阻R兩端的電壓U。答案

(1)1V

(2)a點的電勢高

(3)3.2V解析

(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律得,0~4

s內,回路中的感應電動勢

(2)t=5

s時,磁感應強度正在減弱,根據(jù)楞次定律,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,即感應電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里,故a點的電勢高。(3)t=5

s時,線圈的感應電動勢為

根據(jù)閉合電路歐姆定律得電路中的電流為

故電阻R兩端的電壓U=IR=0.8×4

V=3.2

V。

探究點二導體切割磁感線時的感應電動勢導學探究1.如圖甲所示,閉合電路的一部分導體ab處于勻強磁場中,磁感應強度為B,ab的長度為l,ab以速度v勻速切割磁感線,求回路中產(chǎn)生的感應電動勢。2.若將軌道一端抬高,如圖乙所示,直導線ab仍與磁場垂直,但速度與磁感線方向有一個夾角θ(θ≠90°),則此時直導線上產(chǎn)生的感應電動勢表達式是什么?要點提示

1.設在Δt時間內導體棒由原來的位置運動到a1b1,如圖丙所示,這時線框面積的變化量為ΔS=lvΔt穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ=BΔS=BlvΔt2.設在Δt時間內導體棒由原來的位置運動到a1b1,如圖丁所示,這時線框面積的變化量為ΔS=lvΔt穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ=BΔSsin

θ=BlvΔtsin

θ知識歸納1.對公式E=Blvsin

θ的理解(1)當B、l、v三個量方向相互垂直時,E=Blv;當有任意兩個量的方向平行時,E=0。(2)式中的l應理解為導線切割磁感線時的有效長度。若切割磁感線的導線是彎曲的,則應取其與B和v方向都垂直的等效線段的長度來計算。如圖中線段ab的長度即為導線切割磁感線的有效長度。開口長度,與速度垂直

(3)公式中的v應理解為導線和磁場的相對速度,當導線不動而磁場運動時,也有電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生。2.導體棒轉動切割磁感線時的感應電動勢如圖所示,長為l的導體棒ab以a為圓心,以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中勻速轉動,其感應電動勢可從兩個角度推導。公式E=nE=Blvsinθ研究對象某個回路回路中做切割磁感線運動的那部分導體內容(1)求的是Δt時間內的平均感應電動勢,E與某段時間或某個過程對應;(2)當Δt→0時,E為瞬時感應電動勢(1)若v為瞬時速度,求的是瞬時感應電動勢;(2)若v為平均速度,求的是平均感應電動勢;(3)當B、l、v三者均不變時,平均感應電動勢與瞬時感應電動勢相等公式E=nE=Blvsinθ適用范圍對任何電路普遍適用只適用于導體切割磁感線運動的情況聯(lián)系(1)E=Blvsinθ是由E=n在一定條件下推導出來的;(2)整個回路的感應電動勢為零時,回路中某段導體的感應電動勢不一定為零應用體驗類型一

導體平動切割磁感線【例2】如圖所示,MN、PQ為兩條平行放置的金屬導軌,左端接有定值電阻R,金屬棒ab斜放在兩導軌之間,與導軌接觸良好,磁感應強度為B的勻強磁場垂直于導軌平面,設金屬棒與兩導軌接觸點之間的距離為l,金屬棒與導軌間夾角為60°,以速度v水平向右勻速運動,不計導軌和棒的電阻,則流過金屬棒中的電流為(

)B解析

B與l、B與v是相互垂直的,但l與v不垂直,故l垂直于v的長度lsin

θ對點演練2.(2023湖南邵陽期末)如圖所示,間距為l的U形導軌固定在水平面上,垂直導軌向下的勻強磁場磁感應強度為B。質量為m、電阻為r的金屬桿PQ沿著粗糙U形導軌以初速度v開始水平向右滑行,金屬桿PQ與U形導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,ab間電阻為R,導軌電阻忽略不計,重力加速度為g。下列說法正確的是(

)A.通過金屬桿的電流由P到QB.PQ開始運動時ab間的電壓為BlvD類型二

導體轉動切割磁感線【例3】

長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內以角速度ω做勻速轉動,如圖所示,磁感應強度為B。求:(1)ab棒的平均速率。(2)ab兩端的電勢差。(3)經(jīng)時間Δt金屬棒ab掃過的面積中磁通量為多少?此過程中平均感應電動勢多大?對點演練3.(多選)(2022山東卷)如圖所示,xOy平面的第一、三象限內以坐標原點O為圓心、半徑為

l的扇形區(qū)域充滿方向垂直紙面向外的勻強磁場。邊長為l的正方形金屬框繞其始終在O點的頂點,在xOy平面內以角速度ω順時針勻速轉動。t=0時刻,金屬框開始進入第一象限。不考慮自感影響,關于金屬框中感應電動勢E隨時間t變化規(guī)律的描述正確的是(

)BC學以致用·隨堂檢測全達標123451.(導體切割磁感線時的感應電動勢)(多選)一根直導線長0.1m,在磁感應強度為0.1T的勻強磁場中以10m/s的速度勻速運動,則導線中產(chǎn)生的感應電動勢(

)A.一定為0.1V B.可能為零C.可能為0.01V D.最大值為0.1VBCD解析

當公式E=Blv中B、l、v互相垂直,且全部導體切割磁感線運動時,感應電動勢最大,最大為Em=Blv=0.1×0.1×10

V=0.1

V,當B、l、v中任意兩個量平行時,感應電動勢為零,故B、C、D正確,A錯誤。123452.(法拉第電磁感應定律)(多選)單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動,轉軸垂直于磁場,若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示,則0~D過程中(

)A.線圈中0時刻感應電動勢最大B.線圈中D時刻感應電動勢為零C.線圈中D時刻感應電動勢最大D.線圈中0至D時間內平均感應電動勢為0.4VABD12345123453.(導體切割磁感線時的感應電動勢)如圖所示,空間有一勻強磁場,一直金屬棒與磁感應強度方向垂直,當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時,棒兩端的感應電動勢大小為ε,將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線,置于與磁感應強度相垂直的平面內,當它沿兩段折線夾角平B12345解析

設折彎前導