【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第2章第2節(jié)法拉第電磁感應定律課件

第2章第2節(jié)法拉第電磁感應定律學習目標思維導圖1.通過電動勢的概念分析,知道感應電動勢的概念。(物理觀念)2.理解法拉第電磁感應定律的內(nèi)容。(物理觀念)3.會計算導體切割磁感線時的感應電動勢。(科學思維)4.能夠運用法拉第電磁感應定律定量計算感應電動勢的大小。(科學思維)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)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(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、感應電動勢1.在電磁感應現(xiàn)象里,若閉合回路中有感應電流,則必然存在電動勢。這種在

現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢被稱為感應電動勢,產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于

。

2.在電磁感應現(xiàn)象中,若閉合導體回路中有感應電流,電路就一定有感應電動勢;如果電路

,這時雖然沒有感應電流,但感應電動勢依然存在。

電磁感應

電源斷開想一想產(chǎn)生感應電動勢的電路一定是閉合的嗎?提示

不一定,感應電動勢產(chǎn)生的條件是:穿過電路的磁通量發(fā)生變化。這里不要求閉合,無論電路閉合與否,只要磁通量變化了,就一定有感應電動勢產(chǎn)生。當閉合電路中磁通量發(fā)生變化時,會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。二、電磁感應定律1.磁通量的變化率磁通量的變化率用

表示,其中ΔΦ表示磁通量的變化量,Δt表示發(fā)生磁通量變化所用的時間。

2.法拉第電磁感應定律內(nèi)容:電路中感應電動勢的大小與穿過這一電路的磁通量的

成正比。

3.單位使用國際單位制時,電磁感應定律公式:E=

。若閉合電路是一個匝數(shù)為n的線圈,則E=

。

4.在國際單位制中,磁通量的單位是

,感應電動勢的單位是

。

變化率韋伯伏特想一想感應電動勢和磁通量都和線圈的匝數(shù)成正比嗎?提示

感應電動勢的大小和線圈匝數(shù)成正比,但磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān)。三、導線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,如圖甲所示,E=

。

2.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,如圖乙所示,E=

。

BlvBlvsinθ想一想如圖所示,一金屬彎桿處在磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中,已知ab=bc=L,當它以速度v向右平動時,產(chǎn)生的感應電動勢多大?提示

公式E=Blv中的l為導體切割磁感線的有效長度,也就是與磁感應強度B和速度v垂直的長度,因此該金屬彎桿的有效長度為Lsin

θ,故感應電動勢大小為BLvsin

θ。易錯辨析

判一判(1)磁通量越大,感應電動勢越大。(

)(2)感應電動勢的大小與穿過閉合電路的磁通量的變化量成正比。(

)(3)感應電動勢的大小與閉合電路所圍面積成正比。(

)(4)磁通量變化得越快,感應電動勢越大。(

)×提示

磁通量越大,磁通量的變化率不一定越大,由法拉第電磁感應定律可知感應電動勢不一定越大?！撂崾?/p>

磁通量變化量越大,但不知磁通量的變化時間,則磁通量的變化率不一定越大,感應電動勢不一定越大?！撂崾?/p>

根據(jù)法拉第電磁感應定律知,感應電動勢的大小與磁通量變化率成正比,磁通量變化越快,磁通量變化率越大,則感應電動勢越大。√即學即用

練一練如圖所示,在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中,金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動,MN中產(chǎn)生的感應電動勢為E1;若磁感應強度增大為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)镋2。通過電阻R的電流方向及E1與E2之比分別為(

)A.c→a,2∶1

B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2

D.c→a,1∶2C解析

由右手定則判斷可得,電阻R上的電流方向為a→c,由E=Blv知E1=Blv,E2=2Blv,則E1∶E2=1∶2,故選項C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對感應電動勢和電磁感應定律的理解情境探究如圖所示,將條形磁鐵從同一高度插入線圈的實驗中。

(1)快速插入和緩慢插入時磁通量的變化量ΔΦ相同嗎?指針偏轉(zhuǎn)角度相同嗎?(2)指針偏轉(zhuǎn)角度取決于什么?要點提示

(1)磁通量的變化量相同,但磁通量變化的快慢不同,快速插入比緩慢插入時指針偏轉(zhuǎn)角度大。(2)指針偏轉(zhuǎn)角度大小取決于

的大小。知識歸納(1)感應電動勢E的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率,而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的關(guān)系,與電路的電阻R無關(guān);感應電流的大小與感應電動勢E和回路總電阻R有關(guān)。(2)磁通量的變化率

是Φ-t圖像上某點切線的斜率,可反映單匝線圈感應電動勢的大小和方向。(3)只表示感應電動勢的大小,不涉及其正負,計算時ΔΦ應取絕對值。感應電流的方向可以用楞次定律去判定。不要遺漏“n”閃光語錄

對于磁通量的變化量和磁通量的變化率來說,穿過一匝線圈和穿過n匝線圈是一樣的,而感應電動勢則不一樣,感應電動勢與匝數(shù)成正比。應用體驗典例1

(多選)如圖甲所示,線圈A(圖中實線,共100匝)的橫截面積為0.3m2,總電阻r=2Ω,A右側(cè)所接電路中,電阻R1=2Ω,R2=6Ω,電容C=3μF,開關(guān)S1閉合。A中有橫截面積為0.2m2的區(qū)域C(圖中虛線),C內(nèi)有如圖乙所示的變化磁場,t=0時刻,磁場方向垂直于線圈平面向里。下列判斷正確的是(

)A.閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流由b流向aB.閉合S2、電路穩(wěn)定后,通過R2的電流大小為0.4AC.閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電流由b流向aD.閉合S2、電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電荷量為7.2×10-6C答案

BD解析

根據(jù)楞次定律,線圈中產(chǎn)生的感應電流為順時針方向,則閉合S2,電路穩(wěn)定后,通過R2的電流由a流向b,選項A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律得帶正電,則當再斷開S1,電容器放電,通過R2的電流由a流向b,選項C錯誤;電路穩(wěn)定后電容器帶的電荷量Q=CUR2=3×10-6×0.4×6

C=7.2×10-6

C,則電路穩(wěn)定后再斷開S1,通過R2的電荷量為7.2×10-6

C,選項D正確。針對訓練1如圖所示,勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a、b,磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢分別為Ea和Eb。不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(

)A.Ea∶Eb=4∶1,感應電流均沿逆時針方向B.Ea∶Eb=4∶1,感應電流均沿順時針方向C.Ea∶Eb=2∶1,感應電流均沿逆時針方向D.Ea∶Eb=2∶1,感應電流均沿順時針方向B解析

由楞次定律可知,題中圓環(huán)感應電流產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反,故感應電流沿順時針方向,由法拉第電磁感應定律知E=,由于兩圓環(huán)半徑之比Ra∶Rb=2∶1,所以Ea∶Eb=4∶1,選項B正確。探究二感應電動勢由導線切割磁感線產(chǎn)生情境探究如圖所示,導體棒CD在勻強磁場中運動。

(1)自由電荷會隨著導體棒運動,并因此受到洛倫茲力。若CD向右勻速運動,哪端電勢高?(2)隨著C、D兩端聚集電荷越來越多,在CD棒間產(chǎn)生的電場越來越強,當靜電力等于洛倫茲力時,自由電荷還定向運動嗎?要點提示

(1)由左手定則可判斷自由電子受到沿棒向下的洛倫茲力作用,C端電勢高,D端電勢低;(2)自由電荷不再定向運動,C、D兩端形成穩(wěn)定的電勢差。知識歸納1.當B、l、v三個物理量方向相互垂直時,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長度來計算。如圖中所示線段ab的長即為導線切割磁感線的有效長度。兩端點連線長度

閃光語錄

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。應用體驗典例2

如圖所示,MN、PQ是間距為L的平行光滑金屬導軌,置于磁感應強度為B,方向垂直導軌所在平面向里的勻強磁場中,M、P間接有一阻值為R的電阻。一根與導軌接觸良好、有效阻值為

的金屬棒ab垂直導軌放置,并在水平外力F作用下以速度v向右勻速運動,不計導軌電阻,則(

)A.通過電阻R的電流方向為P→R→MB.ab兩點間的電壓為BLvC.a端電勢比b端高D.外力F做的功等于電阻R產(chǎn)生的焦耳熱C解析

根據(jù)右手定則可以知道回路中的電流方向為b→a→M→R→P;金屬棒ab相當于電源,電流方向是b到a,可以認為a是電源正極,b是電源的負極,所以a端電勢比b端高,故A錯誤,C正確。金屬棒ab運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢為E=BLv,金屬棒ab相當于電源,ab兩點間的電壓即為路端電壓,有

,故B錯誤。根據(jù)功能關(guān)系可以知道外力F做的功轉(zhuǎn)化為電能,即電阻R和金屬棒ab共同產(chǎn)生的焦耳熱,故D錯誤。規(guī)律方法

與E=Blv的比較(1)區(qū)別:研究的是整個閉合回路,適用于計算各種電磁感應現(xiàn)象中Δt內(nèi)的平均感應電動勢;E=Blv研究的是閉合回路的一部分,即做切割磁感線運動的導體,只適用于計算導體切割磁感線運動產(chǎn)生的感應電動勢,可以是平均感應電動勢,也可以是瞬時感應電動勢。(2)聯(lián)系:E=Blv是由

在一定條件下推導出來的,該公式可看成法拉第電磁感應定律的一個推論。針對訓練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(zhì)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,則下列說法正確的是(

)A.通過金屬桿的電流的方向為由P到QB.PQ開始運動時ab間電壓為BlvD學以致用·隨堂檢測全達標123451.(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,則關(guān)于導線中產(chǎn)生的感應電動勢的說法正確的是(

)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,導體切割磁感線運動時感應電動勢最大,Em=Blv=0.1×0.1×10

V=0.1

V,考慮到它們?nèi)叩目臻g位置關(guān)系,B、C、D正確,A錯誤。123452.將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流,下列表述正確的是(

)A.感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B.穿過線圈的磁通量越大,感應電動勢越大C.穿過線圈的磁通量變化越快,感應電動勢越大D.感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同C解析

由法拉第電磁感應定律

知,感應電動勢的大小與線圈匝數(shù)有關(guān),A錯誤;感應電動勢正比于

,與磁通量的大小無直接關(guān)系,B錯誤,C正確;根據(jù)楞次定律知,感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化,即“增反減同”,D錯誤。123453.閉合回路的磁通量Φ隨時間t的變化圖像如圖甲、乙、丙、丁所示,關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應電動勢的下列論述,正確的是(

)