新教材人教版選擇性必修第二冊第二章2法拉第電磁感應(yīng)定律第1課時法拉第電磁感應(yīng)定律課件（52張）

2.法拉第電磁感應(yīng)定律第二章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和表達式;會用法拉第電磁感應(yīng)定律解答有關(guān)問題。(物理觀念)2.會計算導線切割磁感線時感應(yīng)電動勢的大小。(科學思維)3.通過推導導體切割磁感線的感應(yīng)電動勢的表達式,認識科學探究方法的多樣性。(科學思維)4.培養(yǎng)學生對實際問題的分析與推理能力,培養(yǎng)學生的辯證唯物主義世界觀。(科學態(tài)度與責任)思維導圖課前篇自主預習必備知識一、電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動勢(1)定義:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分導體相當于電源,閉合導體回路中有感應(yīng)電動勢就有感應(yīng)電流,若導體回路不閉合,則沒有感應(yīng)電流,但仍有感應(yīng)電動勢。2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。想一想磁通量的變化率與線圈的匝數(shù)有什么關(guān)系?提示

磁通量的變化率是磁通量的變化量與時間的比值,即

,與線圈的匝數(shù)沒關(guān)系。二、導體棒切割磁感線時的感應(yīng)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=Blv。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,如圖所示,E=Blvsinθ。

想一想導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,能量是如何轉(zhuǎn)化的?提示

導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,導體棒所受安培力的方向與導體棒運動方向相反,克服安培力做功,把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。自我檢測1.判斷正誤,判斷結(jié)果為錯誤的小題請說明原因。(1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,有感應(yīng)電動勢,就一定有感應(yīng)電流。(

)解析

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(yīng)電動勢;有感應(yīng)電動勢不一定存在感應(yīng)電流(要看電路是否閉合),有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動勢。答案

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

)解析

感應(yīng)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。答案

×(3)閉合電路置于磁場中,當磁感應(yīng)強度很大時,感應(yīng)電動勢可能為零;當磁感應(yīng)強度為零時,感應(yīng)電動勢可能很大。(

)解析

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大小,所以題中的兩種情況均有可能。答案

√(4)線圈中磁通量變化越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大。(

)解析

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率成正比,所以磁通量變化越快,感應(yīng)電動勢越大。答案

√2.如圖所示,在磁感應(yīng)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(yīng)電動勢為E1;若磁感應(yīng)強度增大為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應(yīng)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∶2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。答案

C課堂篇探究學習探究一法拉第電磁感應(yīng)定律情境探究如圖所示,我們可以通過實驗探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)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(zhuǎn)的原因是什么?(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系?(3)在圖中,將條形磁鐵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?要點提示

(1)穿過閉合電路的Φ變化?產(chǎn)生E感?產(chǎn)生I感。(2)由閉合電路歐姆定律I=知,當電路的總電阻一定時,E感越大,I感越大,指針偏轉(zhuǎn)程度越大。(3)磁通量變化相同,但磁通量變化的快慢不同,即電流表指針偏轉(zhuǎn)程度不同。知識歸納比較項目磁通量Φ磁通量的變化量ΔΦ磁通量的變化率物理意義某時刻穿過磁場中某個面的磁感線條數(shù)在某一過程中穿過某個面的磁通量的變化量穿過某個面的磁通量變化的快慢2.對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解(1)E=n一般用來求Δt時間內(nèi)感應(yīng)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(yīng)電動勢的計算式有:實例引導例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(yīng)強度隨時間按如圖乙所示規(guī)律變化,則在開始的0.1s內(nèi)(

)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0.25A答案

BD規(guī)律方法

綜合法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律,對于面積一定的線圈,不管磁場的方向如何變化,只要磁感應(yīng)強度B隨時間均勻變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小和方向均保持不變。所以在B-t圖像中,如果圖像為一條直線,不管圖線在時間軸上方還是下方,整個過程感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為恒量。變式訓練

1一個面積S=4×10-2m2、匝數(shù)n=100的線圈,放在勻強磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,磁感應(yīng)強度B的大小隨時間變化的規(guī)律如圖所示,由圖可知(

)A.在開始的2s內(nèi)穿過線圈的磁通量變化率為8Wb/sB.在開始的2s內(nèi)穿過線圈的磁通量變化量等于零C.在開始的2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于8VD.在第3s末的感應(yīng)電動勢為零答案

C探究二導線切割磁感線時的電動勢情境探究1.如圖甲所示,閉合電路一部分導體ab處于勻強磁場中,磁感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢表達式是什么?要點提示

1.設(shè)在Δt時間內(nèi)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(shè)在Δt時間內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生。2.導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線時的感應(yīng)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(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,其感應(yīng)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(nèi)容(1)求的是Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢,E與某段時間或某個過程對應(yīng);(2)當Δt→0時,E為瞬時感應(yīng)電動勢(1)若v為瞬時速度,求的是瞬時感應(yīng)電動勢;(2)若v為平均速度,求的是平均感應(yīng)電動勢;(3)當B、l、v三者均不變時,平均感應(yīng)電動勢與瞬時感應(yīng)電動勢相等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(yīng)電動勢為零時,回路中某段導體的感應(yīng)電動勢不一定為零實例引導例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(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導軌平面,設(shè)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(

)答案

B變式訓練

2在如圖所示的幾種情況中,金屬導體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Blv的是(

)A.乙和丁B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁D.只有乙解析

甲、乙、丁三圖中,B、v、l兩兩垂直,且l為有效切割長度,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢都為E=Blv,丙圖中E=Blvsin

θ。答案

B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(nèi)以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示,磁感應(yīng)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所掃過面積中磁通量為多少?此過程中平均感應(yīng)電動勢多大?變式訓練

3如圖所示,一個半徑為r的銅盤,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以角速度ω繞中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,磁場方向與盤面垂直,在盤的中心軸與邊緣處分別安裝電刷。設(shè)整個回路電阻為R,當銅盤勻速轉(zhuǎn)動角速度為ω時,通過電阻的電流為

。

隨堂檢測1.下列幾種說法中正確的是(

)A.線圈中磁通量變化越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大B.線圈中磁通量越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大C.線圈放在磁場越強的位置,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大D.線圈中磁通量變化越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大解析

感應(yīng)電動勢的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場的強弱均無關(guān),它由磁通量的變化率決定,故選D。答案

D2.(多選)單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)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(yīng)電動勢最大B.線圈中D時刻感應(yīng)電動勢為零C.線圈中D時刻感應(yīng)電動勢最大D.線圈中0至D時間內(nèi)平均感應(yīng)電動勢為0.4V答案

ABD3.如圖所示,空間有一勻強磁場,一直金屬棒與磁感應(yīng)強度方向垂直,當它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強度都垂直的方向運動時,棒兩端的感應(yīng)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(yīng)強度相垂直的平面內(nèi),當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時,棒兩端的感應(yīng)電動勢大小為答案

B4.一直升機停在南半球的地磁極上空,該處地磁場的方向豎直向上,磁感應(yīng)強度為B。直升機螺旋槳葉片的長度為l,螺旋槳轉(zhuǎn)動的頻率為f,順著地磁場的方向看螺旋槳,螺旋槳順時針方向轉(zhuǎn)動。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠軸端為b,如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,用E表示每個葉片中的感應(yīng)電動勢,如圖所示,則(

)A.E=πfl2B,