人教版2019高中物理选择性必修第二册 法拉第电磁感应定律(课件)35张ppt

二、法拉第电磁感应定律
4.应用:用公式
E n Φ t
求E的几种常见情况：
①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ：
E n BS 2 BS1 t
B S n
t
②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ： E n B2S B1S ＝n S B
t
t
③如果B、S都变化呢？
E n 2－1 ＝n B2S2 B1S1
（2）当线圈转过θ 时，电动势
E nBL2v nBL2L1 nBS
E nBL2v1
v1 vcos L1 cos
t
E nBS cost
三、导体切割磁感线时的感应电动势
4.线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。 （3）线圈以图示情形运动时
Oω l1 l2
B
E E1 E2 nBLl1 l2 nBS
的面积增加一倍，则半径r增加到原来的 2 倍，电流也增加到原来的 2 倍；I与线圈匝数无关。
练习3
一飞机在南半球上空做飞行表演。当它自东向西方向做飞行表演时，飞机左右两机翼端点哪一 点电势高（ B ） A. 飞机右侧机翼电势低，左侧电势高 B. 飞机右侧机翼电势高，左侧电势低 C. 两机翼电势一样高 D. 条件不足，无法判断
A. 把线圈匝数增加一倍
B. 把线圈面积增加一倍
C. 把线圈半径增加一倍
D. 改变线圈与磁场方向的夹角
解析：设导线的电阻率为ρ，横截面积为S0，线圈的半径为r，则I=
E R
=
n
t R
=
n
r2 B sin t
n2 r S0
=
S0r 2
·
B t
·sinθ。可见将r增加
一倍，则I增加一倍；将线圈与磁场方向的夹角改变时，sin θ不能变为原来的2倍（因sin θ最大值为1）；若将线圈
t
t
例题2
如图所示，在水平桌面上固定有宽度为d、电阻可忽略的U形导轨；均匀磁场的方向垂直于U形
导轨平面，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=B0（1+kt），式中B0、k为大于零的常量。 在与导轨左端相距l处放置一垂直于导轨的光滑导体棒，并用外力将其固定。导体棒的质量为m，
阻值为R，与导轨接触良好。
t
B错：磁通量大，若磁通量不变化，则不产生感应电动势。 C对：磁通量变化越快，则 越大，即产生的感应电动势越大。
t
D错：线圈放在磁感应强度强的地方，若磁通量不变化，则不产生感应电动势。
练习2
一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中，如图所示，
线圈平面与磁场方向成60°角，磁感应强度随时间均匀变化，用下列 哪种方法可使感应电流增加一倍（ C ）
F×2=qv2B× × v×1 ×× ××
－－ 洛伦兹力永远不做功
五、思考与讨论
电磁感应现象中的洛伦兹力：
F电
①自由电荷合运动是斜向上的。
②当F1=F电时，自由电荷不再做定向移动。 ③CD 棒相当于电源，C 端电势高，相当于电源正极。
由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。非静电力是洛伦兹力。
【课堂小结】
①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？
F1=qv1B，向上
②正电荷向什么方向运动？
× × ＋＋× × B
×F洛 ×
F1=qv1B × ×v
v2
×× ××
正电荷除了向右运动，还要向上运动
③以v2向上运动，受不受洛伦兹力？ 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 ④F1、F2各做什么功？ F1做正功、F2做负功，做功代数和为0.
第二章 电磁感应
§２.２ 法拉第电磁感应定律
知识回顾
问题1：产生感应电流的条件是什么？
（1）闭合电路
（2）磁通量变化
问题2：楞次定律的内容是什么?
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化。 即： 增反减同、来拒去留、增缩减扩。
新课引入
问题：试从本质上比较甲、乙两电路的异同
S
甲
G乙
N
产生电动势的那部分导体相当于电源 既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。
解析：当飞机在南半球飞行时，由于地磁场的存在，且地磁场的竖直分量方向竖直向上，由于 感应电动势的方向与感应电流的方向是相同的，由低电势指向高电势， 由右手定则可知，在南 半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左侧机翼电势低，右侧机翼电势高。
练习４
［多选］如图所示，有一个磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，一半径为r的金 属圆环放置在磁场中，金属圆环所在的平面与磁场垂直。金属杆Oa一端在O点，另一端a搁在环上， 金属杆Oa可绕环的圆心O旋转，另一金属杆Ob一端固定在O点，另一端b固定在环上。已知Oa杆 以角速度ω匀速旋转，所有接触点接触良好，Ob不影响Oa的转动，则下列说法正确的是（ AD ） A. 流过Oa的电流方向为O指向a B. 流过Oa的电流方向为a指向O C. Oa旋转时产生的感应电动势的大小为Bωr2 D. Oa旋转时产生的感应电动势的大小为1/2Bωr2
A．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化 B．感应电流的磁场方向总是与引起它的磁场方向相反 C．穿过闭合电路的磁通量越大，电路中的感应电流也越大 D．穿过电路的磁通量变化越快，电路中的感应电动势也越大
【解析】根据楞次定律可知：感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化，故A正确。由楞次定律可 知：原磁通量减小时，感应电流的磁场方向与引起它的磁场方向相同，故B错误。穿过闭合电路的 磁通量越大，但磁通量变化率不一定越大，所以根据法拉第电磁感应定律知感应电动势不一定越大， 感应电流也就不一定越大，故C错误。穿过电路的磁通量变化越快，磁通量变化率越大，根据法拉 第电磁感应定律知感应电动势也越大，故D正确。
表示磁通量变化的快慢
E n Φ t
n为线圈的匝数
注意：公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向
另行判断。物理量都取国际单位。
判断正误：
(1)产生感应电动势，不一定产生感应电流。 ( √ ) (2)感应电动势的大小与磁通量大小有关。 ( × ) (3)磁通量变化越大，感应电动势也越大。 ( × ) (4)感应电动势E和磁通量Φ均与线圈匝数有关。 ( × )
（1）求回路中感应电流的大小；
（2）在t=t0时撤去外力，求撤去外力瞬间导体棒所受安培力的大小。
【解】（1）
由B=B0（1+kt），得
B t
=kB0，
根据法拉第电磁感应定律得
E=
t
=
BS t
=kB0dl，
感应电流的大小为I= E = B0kdl 。
RR
（2） 在t=t0时，导体棒所受的安培力大小为
一、感应电动势 探究：穿过线圈的磁通量变化快慢与感应电流大小的关系
实验过程： 1、感应电流大小与相同时间内磁感 应强度变化大小的关系
线圈匝数：200 下落高度：30厘米
磁铁个数 1个 2个
指针指示值
15 31？
感应电流大小与磁铁个数成正比 ？
一、感应电动势 探究：穿过线圈的磁通量变化快慢与感应电流大小的关系
磁通量变化越快，感应电动势越大。 越大?
磁通量的变化率快慢
Φ t
一、感应电动势
实验装置： 玻璃管
探究：穿过线圈的磁通量变化快慢与感应电流大小的关系 主要实验步骤：
强磁铁
1、感应电流大小与相同时间内磁感应强度 变化大小的关系
2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系
3、感应电流大小与线圈匝数的关系
电流计Biblioteka 线圈1.导体斜切磁感线
把速度v分解为两个分量：
θ
①垂直于磁感线的分量：v1=vsinθ
②平行于磁感线的分量：v2=vcosθ
v2
只有垂直于磁感线的分量切割磁感线，于是产生感应电动势：
E=BLv1=Blvsinθ
θ=0ｏ时 平行：E＝0 （无切割）
θ=90ｏ时 垂直：E=BLv
v1 v B
三、导体切割磁感线时的感应电动势
F=BId=B0（1+kt0）·
B0kdl R
·d=
B02kd
2l 1
R
kt0
。
三、导体切割磁感线运动时的电动势
成立条件：
①B是匀强磁场
②B、L、v相互垂直
感应电动势： ΔΦ=B·ΔS ΔS=lv·Δt
E t
ΔΦ=B·lv·Δt
E=BLv
那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？
三、导体切割磁感线运动时的电动势
一、感应电动势 1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感 应电动势的那部分导体就相当于电源。
I
V
2．感应电动势与感应电流的关系： ①有感应电流一定存在感应电动势； ②有感应电动势不一定存在感应电流。（要看电路是否闭合）
一、感应电动势 3.感应电动势的大小跟哪些因素有关？
（1）部分导体切割磁感线
3、理解:Φ、△Φ、ΔΦ/Δt的意义
磁通量Ф 磁通量变化△Ф 磁通量变化率ΔΦ/Δt
物理意义
某一时刻穿过回路的磁 感线的条数 一段时间内穿过回路的 磁通量的变化了多少 穿过回路的磁通量变化 的快慢
与电磁感应关系
无直接关系 产生感应电动势的条件 决定感应电动势的大小
例题1
(多选)在电磁感应现象中，下列说法正确的是( AD )
××××× ×××××
××××× ×××××
× × × × v× ×L × × × ×
××××× ×××××
速度v为平均值(瞬时值)： E就为平均值(瞬时值)
三、导体切割磁感线时的感应电动势
３.如图所示，导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。以O为圆心转动， 角速度ω，求E。
由于棒上各点的速度随着距离O点的距离均匀变化，所以可以用O、A两点的平 均速度代替棒运动的速度求解。
匀强磁场
E BLv
v 、B、L两两垂直
L B、L v
v与B夹角为
E BLvsin
三、导体切割磁感线时的感应电动势
2.l为切割磁感线的有效长度
感应电动势： E=Blvsinθ
E=Bvlsinθ
l：导线垂直于运动方向上的投影。
l vcosθ θθ v
vsinθ
××××× ×××××
× × × × v× × × L× × ×
面积变化： E n B S t
研究对象
回路中产生的感应电动势
E＝BLv
导体切割磁感线运动
相互垂直
某部分导体电动势
物理意义 Δt：某一段时间， 平均感应电动势 v：瞬时速度，瞬时感应电动势
瞬时
E n
t→0
平均
ΔΦ=0
E n t
0
E＝BLv
v
E＝BLv≠0
↓ 平均速度
五、思考与讨论
电磁感应现象中的洛伦兹力： 为讨论方便设自由电荷为正电荷
线圈以此位置为初始位置，经过时间t,转过角度ωt时：
E1
E2
L
O'
E1 nBLl1
E2 nBLl2
E nBS cost
1、适用于线圈绕垂直于磁场的轴的转动，与轴的位置 无关。 2、与线圈平面形状无关 3、线圈从平行于磁场的位置开始计时
三、导体切割磁感线运动时的电动势
判断正误：
(1)导线运动的速度v的方向与磁感应强度B的方向平行时，感应电动势为零。(
)√
(2)导线运动的速度v的方向与磁感应强度B的方向垂直时，感应电动势最大。(
)√ (3)一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源。 (4)动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关。
(√ ) (√ )
四、两个公式的对比
适用范围
E n t
磁场变化： E n B S t
普遍适用 S：线圈内部磁场的面积
2、感应电流大小与磁铁运动速度的关系：
线圈匝数：200 磁铁个数：2个
下落高度 10厘米
指针指示值 18
40厘米
36 ？
感应电流大小与磁铁运动速 度成正比 ？
一、感应电动势 探究：穿过线圈的磁通量变化快慢与感应电流大小的关系
3、感应电流大小与线圈匝数的关系：
磁铁个数：2个 下落高度：30厘米
线圈匝数 100
右手定则：φA>φO
× × × ×A× × ×L × × ×v
×××××
×O × × × ×
×××××
v BL2
E U AO BLv BL 2 2
1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示的圆盘发电机。
三、导体切割磁感线时的感应电动势
4.线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。
（1）线圈处于如图所示位置
穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大
一、感应电动势 （2）条形磁铁穿插螺线管
穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大
一、感应电动势 （3）通电螺线管穿插螺线管
穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大
一、感应电动势
相同 不同
从条件上看
Φ都发生了变化 Φ变化的快慢不同
从结果上看 都产生了E(I)
产生的E(I)大小不等
练习1
下列关于感应电动势大小的说法中，正确的是（ C ） A. 线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势一定越大 B. 线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大 C. 线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大 D. 线圈放在磁感应强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大
【解析】A错：磁通量变化大，若不知磁通量的变化时间，则 不一定大，即产生的感应电动势不一定越大。
指针指示值 15
200
31 ？
感应电流大小与线圈匝数成
正比
？
应于论德
1845
的 和国
规 律 。
年 和
实 验 资
物 理 学
1846
料家
年进纽
先行曼
后严、
指格韦
出分伯
电析在
磁后对
感，理
二、法拉第电磁感应定律
1.内容: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.公式:
E Φ t