高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第二章 第2节　法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律(赋能课—精细培优科学思维)第2节课标要求学习目标通过实验,理解法拉第电磁感应定律。1.理解法拉第电磁感应定律的内容。2.能够运用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小。3.能够分析和计算部分导体切割磁感线产生的感应电动势。4.知道导线切割磁感线,通过克服安培力做功把其他形式的能转化为电能。1课前预知教材/落实主干基础2课堂精析重难/深度发掘知能3课时跟踪检测CONTENTS目录课前预知教材/落实主干基础一、电磁感应定律1.感应电动势:在____________现象中产生的电动势。2.感应电动势与感应电流的关系(1)产生感应电动势的那部分导体就相当于_____。(2)电路中有感应电流,就一定有感应电动势。(3)如果电路没有闭合,这时虽然没有感应_____,感应_______依然存在。电磁感应电源电流电动势

变化率

BlvΔtBlv2.不垂直切割:如果导线的运动方向与导线本身是垂直的,但与磁感线方向有一个夹角θ(如图),速度v可以分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ,只有v1切割磁感线,产生的感应电动势为E=Blv1=________。Blvsinθ3.动生电动势:一段导线做切割磁感线的运动产生的感应电动势,其非静电力与__________有关。(1)当l⊥B,v⊥B时,E=Blv。(2)当l不垂直于B或导体弯曲时,应确定导体切割磁感线的有效长度。洛伦兹力1.如图所示,将条形磁铁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:线圈中的磁通量变化相同,但磁通量变化快慢不同。快速插入时电流表指针偏转角度较大。微情境·大道理2.如图,产生感应电动势的线圈相当于直流电路中的电池。判断下列说法的正误。(1)电路中有感应电动势,一定产生感应电流。

()(2)穿过某回路的磁通量越大,产生的感应电动势就越大。

()(3)闭合电路垂直放在强磁场中,感应电动势可能为0。

()××√3.导体棒长度为l,从中间弯成90°后,以速度v运动时,如图所示,产生的感应电动势多大?

课堂精析重难/深度发掘知能如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么?提示:插入磁铁时,线圈中的磁通量发生变化,线圈中产生了感应电流。强化点(一)对法拉第电磁感应定律的理解及应用任务驱动(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?提示:感应电动势越大,感应电流越大,电流表指针偏转程度越大。

要点释解明

[典例]

将P、Q两单匝闭合圆形导线环按如图所示放置,导线环Q恰好与正方形的匀强磁场区域边界内切,磁场方向垂直于两导线环的平面,P、Q导线环的半径之比rP∶rQ=2∶1。若磁感应强度随时间均匀增大,则P、Q导线环中感应电动势之比为

(

)A.1∶1

B.4∶1C.4∶π D.2∶π√

1.(2023·湖北高考)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯,其天线类似一个压平的线圈,线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示,一正方形NFC线圈共3匝,其边长分别为1.0cm、1.2cm和1.4cm,图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈,磁感应强度变化率为103T/s,则线圈产生的感应电动势最接近

(

)A.0.30V B.0.44VC.0.59V D.4.3V题点全练清√

2.(2024·广东广州期末)(多选)穿过固定不动的线框的磁通量随时间变化的规律如图所示,下列说法正确的是

(

)A.第1s末感应电动势的大小等于2VB.第1s内和第2s内,感应电动势一样大C.2s末到第4s末这段时间内,感应电动势最大D.第5s内感应电动势比最初2s内感应电动势大,且方向相反√√

[例1·平动切割]

如图所示,MN、PQ是间距为L的平行金属导轨,置于磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为R的电阻,不计导轨电阻。一根与导轨接触良好、有效阻值为R的导体棒ab垂直导轨放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动,则

(

)强化点(二)导线切割磁感线时的感应电动势A.通过电阻R的电流方向为P→R→MB.a、b两点间的电压为BLvC.a端电势比b端高D.a端电势比b端低√

[例2·转动切割]

(2024·浙江湖州期末)图甲是法拉第在一次会议上展示的圆盘发电机,图乙是这个圆盘发电机的示意图。铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片

C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为

L,匀强磁场的磁感应强度为B,从左往右看,铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动,则

(

)

√

1.应用E=Blv需注意的问题(1)当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0。(2)公式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段长度来计算。如图甲、乙、丙中线段ab的长即为导线切割磁感线的有效长度。思维建模型(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有感应电动势产生。2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以

a

为圆心、以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。

1.(2024·湖北武汉期末)如图是中国人民解放军装备的“无侦-8”无人战略侦察机。某次执行任务时,它在某空域以速度v沿水平方向由北向南沿直线飞行,若该地地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下、大小为B,侦察机机身长为L,机翼两端点A、C的距离为d,此时A、C间的电势差为U。下列判断正确的是

(

)题点全练清A.U=Bdv,C点电势高于A点电势B.U=Bdv,A点电势高于C点电势C.U=BLv,C点电势高于A点电势D.U=BLv,A点电势高于C点电势解析:侦察机切割磁感线的竖直分量的长度等于机翼的长度,根据法拉第电磁感应定律可知,A、C间的电势差U=Bdv,根据右手定则,感应电动势的方向由A指向C,所以C点的电势高于A点的电势。√2.(2023·江苏高考)如图所示,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,OC导体棒的O端位于圆心,棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动,O、A、C点电势分别为φO、φA、φC,则

(

)A.φO>φC

B.φC>φAC.φO=φA D.φO-φA=φA-φC√解析:由题图可看出导体棒OA段转动切割磁感线,根据右手定则可知感应电动势的方向由A指向O,所以φO

>

φA,导体棒AC段不在磁场中,不切割磁感线,不产生感应电动势,则φC=φA,A正确,B、C错误;根据以上分析可知φO-φA

>

0,φA-φC=0,则φO-φA

>

φA-φC,D错误。3.(多选)如图所示,水平放置足够长光滑金属导轨abc和de,ab与de平行,bc是以O为圆心的圆弧导轨。圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图所示的匀强磁场。金属杆OP的O端与e点用导线相接,P端与圆弧bc接触良好,初始时,可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上。若金属杆OP绕O点在匀强磁场区域内从b到c匀速转动时,回路中始终有电流,则此过程中,下列说法正确的是

(

)

√√金属杆OP切割磁感线,产生感应电流,由右手定则可判断出金属杆MN中电流从M到N,根据左手定则可知金属杆MN所受安培力向左,金属杆MN向左运动,切割磁感线,产生的感应电流与金属杆OP切割磁感线产生的感应电流方向相反,故金属杆OP与金属杆MN中的电流会逐渐减小,金属杆OP所受安培力逐渐减小,金属杆MN做加速度逐渐减小的加速运动,B、C错误,D正确。平均电动势与瞬时电动势的比较强化点(三)平均电动势与瞬时电动势要点释解明

平均电动势瞬时电动势区别求解公式E=Blvsin

θ物理意义求的是Δt时间内的平均感应电动势,E与某段时间或某个过程相对应求的是瞬时感应电动势,E与某个时刻或某个位置相对应区别适用范围求的是整个电路的感应电动势。整个电路的感应电动势为0时,其电路中某段导线的感应电动势不一定为0求的是电路中一部分导线切割磁感线时产生的感应电动势研究对象由于是整个电路的感应电动势,因此研究对象即电源部分不容易确定由于是一部分导线切割磁感线产生的感应电动势,该部分就相当于电源续表联系续表

(2)线圈在1s末时的感应电动势大小。

[答案]

0[解析]

当线圈转了1

s时,恰好转过了90°,此时线圈的BC边的速度方向与磁感线的方向平行,线圈的BC边不切割磁感线(或认为切割磁感线的有效速度为0),所以线圈不产生感应电动势,E'=0。

1.(2024·内蒙古赤峰期中)如图所示,一导线弯成半径为R的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是

(

)题点全练清

√

2.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T。一个匝数n=50的矩形线圈边长ab=0.2m,bc=0.1m,以角速度ω=314rad/s绕ab边匀速转动。求:(π=3.14)(1)在图示位置时的瞬时感应电动势;答案:(1)157V解析:线圈在题图中位置时的瞬时感应电动势E=nB·dc·v=nB·ab·bc·ω=50×0.5×0.2×0.1×314

V=157

V。

课时跟踪检测123456789101112A级——基础达标1.(2024·北京海淀期末)下列关于电磁感应现象的说法正确的是(

)A.穿过闭合电路的磁通量越大,闭合电路中的感应电动势越大B.穿过闭合电路的磁通量为零时,闭合电路中的感应电动势一定为零C.穿过闭合电路的磁通量变化越多,闭合电路中的感应电动势越大D.穿过闭合电路的磁通量变化越快,闭合电路中的感应电动势越大√6789101112

12345156789101112

234√1567891011123.(2024·浙江杭州期末)我国自主研制的C919飞机机长38.9米、翼展35.8米,北京地区地磁场的竖直分量约为4.5×10-5T,水平分量约为3.0×10-5T。该机在北京郊区水平试飞速度为声速(约330m/s)

的0.8倍。有关C919飞机的说法正确的是

(

)A.C919飞机往北飞的时候,西面机翼的电势较低。两侧机翼尖间的最大电势差约为0.43伏B.C919飞机往南飞的时候,西面机翼的电势较低。两侧机翼尖间的最大电势差约为0.28伏234156789101112C.无论C919飞机往哪个方向飞,都是左边机翼的电势较低。两侧机翼尖间的最大电势差约为0.28伏D.无论C919飞机往哪个方向飞,都是右边机翼的电势较低。两侧机翼尖间的最大电势差约为0.43伏234√156789101112解析:北京地区地磁场的竖直分量竖直向下,当飞机在北京郊区水平飞行时,机翼切割磁感线产生感应电动势,无论C919飞机往哪个方向飞,由右手定则可知,都是左边机翼的电势比右边的电势高。由法拉第电磁感应定律E=BLv,可得两翼尖间的电势差U=E=4.5×10-5×35.8×0.8×330

V≈0.43

V,故选D。2341567891011124.(2024·湖南高考)如图,有一硬质导线Oabc,其中

是半径为R的半圆弧,b为圆弧的中点,直线段Oa长为R且垂直于直径ac。该导线在纸面内绕O点逆时针转动,导线始终在垂直纸面向里的匀强磁场中。则O、a、b、c各点电势关系为(

)A.φO>φa>φb>φc B.φO<φa<φb<φcC.φO>φa>φb=φc D.φO<φa<φb=φc234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

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234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

23415678910111210.(2024·北京昌平期末)如图甲所示,100匝(图中只画了2匝)圆形线圈面积为0.01m2,电阻不计。线圈内存在方向垂直纸面向里且磁感应强度随时间变化的磁场;t=0时,B=0。线圈两端A、B与一个电压传感器相连,电压传感器测得A、B两端的电压按图乙所示规律变化。在t=0.05s时

(

)234156789101112A.磁感应强度随时间的变化率为0.01T/sB.磁感应强度随时间的变化率为20T/sC.穿过每匝线圈的磁通量为2.5×10-4WbD.穿过每匝线圈的磁通量为5.0×10-4W