2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第2章电磁感应第2节法拉第电磁感应定律(10)课件

法拉第法拉第电磁感磁感应定律定律1感应电动势感应电动势(1)在在_现象中象中产生的生的电动势(2)产生感生感应电动势的那部分的那部分导体相当于体相当于_(3)在在电磁磁感感应现象象中中,只只要要闭合合回回路路中中有有感感应电流流,这个个回回路路就就一一定定有有_；回回路路断断开开时,虽然然没没有有感感应电流流,但但_依然存在依然存在电磁感应电磁感应电源电源电动势电动势电动势电动势磁通量磁通量 变化率变化率 产生感生感应电动势的条件是什么？的条件是什么？【提提示示】不不管管电电路路是是否否闭闭合合,只只要要穿穿过过电电路路的的磁磁通通量量发生变化发生变化,电路中就会产生感应电动势电路中就会产生感应电动势1穿穿过某某闭合合线圈圈的的磁磁通通量量的的变化化量量越越大大,产生生的的感感应电动势也越大也越大()2感感应电动势的的方方向向可可用用右右手手定定则或或楞楞次次定定律律判判断断()3穿穿过闭合合回回路路的的磁磁通通量量最最大大时,其其感感应电动势一一定定最大最大()1磁磁场方方向向、导体体棒棒与与导体体棒棒运运动方方向向三三者者两两两两垂垂直直时：E_2如如图441所所示示,导体体棒棒与与磁磁场方方向向垂垂直直,导体体棒棒的的运运动方向与方向与导体棒本身垂直体棒本身垂直,但但与磁与磁场方向方向夹角角为时,E _BlvBlvsin_如如图442所所示示,一一边长为L的的正正方方形形导线框框abcd垂垂直直于于磁磁感感线,以以速速度度v在在匀匀强强磁磁场中中向向右右运运动,甲甲同同学学说：由由法法拉拉第第电磁磁感感应定定律律可可知知,这时穿穿过线框框的的磁磁通通量量的的变化化率率为零零,所以所以线框中感框中感应电动势应该为零乙同学零乙同学说线框中框中ad和和bc边均均以速度以速度v做切割磁感做切割磁感线运运动,由由EBLv可知可知,这两条两条边都都应该产生生电动势且且EadEbcBLv.他他们各各执一一词,到到底底谁说的的对呢？呢？【提提示示】这这两两个个同同学学说说的的并并不不矛矛盾盾,虽虽然然ad边边与与bc边边都都产产生生感感应应电电动动势势,但但由由于于方方向向相相反反,相相当当于于两两个个电电源源并并联联没没有有对对外外供供电电,所所以以整整个个回回路路的的电电动动势势为为零零可可见见,用用法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律求求出出的的是是整整个个回回路路的的感感应应电电动动势势,而而用用EBLv求求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势1对于于EBlv中的中的B、l、v三者必三者必须相互垂直相互垂直()2导体体棒棒在在磁磁场中中运运动速速度度越越大大,产生生的的感感应电动势一定越大一定越大()3当当B、l、v三三者者大大小小、方方向向均均不不变时,在在t时间内内的的平平均均感感应电动势和和它它在在任任意意时刻刻产生生的的瞬瞬时感感应电动势相相同同()1定定义：电动机机转动时,由由于于切切割割磁磁感感线,线圈圈中中产生生的的_电源源电动势作用的作用的电动势2作用：作用：_线圈的圈的转动削弱削弱阻碍阻碍1电动机机通通电转动,电动机机中中出出现的的感感应电动势为反反电动势,反反电动势会阻碍会阻碍线圈的运圈的运动()2电动机机正正常常工工作作时,反反电动势会会加加快快线圈圈的的运运动()3电动机机工工作作中中由由于于机机械械阻阻力力过大大而而停停止止转动,就就没没有有了了反反电动势,线圈圈中中的的电流流会会很很大大,很很容容易易烧毁毁电动机机()学生分学生分组探究一探究一法拉第电磁感应定律的理解和应用法拉第电磁感应定律的理解和应用第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1面面积为S的的平平面面垂垂直直于于磁磁场放放置置,将将此此面面翻翻转180,穿穿过此面的磁通量是否此面的磁通量是否发生生变化？化？【提示提示】发生变化发生变化物理量物理量单位位物理意物理意义计算公式算公式磁通量磁通量Wb表示某表示某时刻或某位刻或某位置置时穿穿过某一面某一面积的磁感的磁感线条数的多条数的多少少BS磁通量的磁通量的变化量化量Wb表示在某一表示在某一过程中程中穿穿过某一面某一面积的磁的磁通量通量变化的多少化的多少|21|磁通量的磁通量的变化率化率Wb/s表示穿表示穿过某一面某一面积的磁通量的磁通量变化的快化的快慢慢第第3步例步例证典例印证典例印证,思维深化思维深化有有一一个个100匝匝的的线圈圈,其其横横截截面面是是边长为L0.20 m的的正正方方形形,放放在在磁磁感感应强强度度B0.50 T的的匀匀强强磁磁场中中,线圈圈平平面面与与磁磁场垂垂直直若若将将这个个线圈圈横横截截面面的的形形状状在在5 s内内由由正正方方形形改改变成成圆形形(横横截截面面的的周周长不不变),在在这一一过程程中中穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量改改变了了多多少少？磁磁通通量量的的变化化率率是是多多少少？线圈圈的的感感应电动势是多少？是多少？【思路点拨思路点拨】解答本题时应注意以下几点：解答本题时应注意以下几点：(1)周长相同的所有形状中周长相同的所有形状中,圆形的面积最大圆形的面积最大(2)磁通量的变化率并不等同于电动势磁通量的变化率并不等同于电动势第第4步巧步巧练精选习题精选习题,落实强化落实强化1下列几种下列几种说法正确的是法正确的是()A线圈圈中中磁磁通通量量变化化越越大大,线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大B线圈圈中中磁磁通通量量越越大大,线圈圈中中产生生的的感感应电动势一一定定越大越大C线圈圈放放在在磁磁场越越强强的的位位置置,线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大D线圈圈中中磁磁通通量量变化化越越快快,线圈圈中中产生生的的感感应电动势一定越大一定越大【解解析析】依依据据法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律,感感应应电电动动势势与与磁磁通通量量无无关关、与与磁磁通通量量的的变变化化量量无无关关,而而与与线线圈圈匝匝数数和和磁磁通通量量的的变变化化率率成成正正比比,因因此此,选选项项A、B错错误误感感应应电电动动势势与与磁磁场场的的强强弱弱也也无无关关,所所以以,选选项项C错错误误线线圈圈中中磁磁通通量量变变化化越越快快意意味味着着线线圈圈的的磁磁通通量量的的变变化化率率越越大大,依依据据法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律可可知知,感感应应电电动动势势与与磁磁通通量量的的变变化化率率成成正正比比,在在此此条条件件下下线线圈圈中中产生的感应电动势越大产生的感应电动势越大,故选项故选项D正确正确【答案答案】D2一一个个200匝匝、面面积为20 cm2的的线圈圈,放放在在磁磁场中中,磁磁场的的方方向向与与线圈圈平平面面成成30角角,若若磁磁感感应强强度度在在0.05 s内内由由0.1 T增增加加到到0.5 T,在在此此过程程中中磁磁通通量量变化化了了多多少少？磁磁通通量量的的平平均均变化率是多少？化率是多少？线圈中感圈中感应电动势的大小是多少？的大小是多少？【解解析析】磁磁通通量量的的变变化化是是由由磁磁场场的的变变化化引引起起的的,应应该该用公式用公式BSsin 来计算来计算,所所以以BSsin(0.50.1)201040.5 Wb4104 Wb磁通量的平均变化率磁通量的平均变化率学生分学生分组探究二探究二对公式对公式EBLv的理解的理解第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1公式公式EBLv能否用来求解平均感能否用来求解平均感应电动势？【提提示示】当当EBLv中中v为为平平均均速速度度时时可可求求平平均均感感应应电动势电动势2导体体棒棒绕一一端端垂垂直直于于匀匀强强磁磁场做做匀匀速速圆周周运运动时,如何求感如何求感应电动势？3若若导线是是弯弯曲曲的的,如如何何求求其其切切割割磁磁感感线的的有有效效长度度？【提提示示】L应应为为导导线线两两端端点点的的连连线线在在与与B和和v都都垂垂直直的直线上的投影长度的直线上的投影长度第第2步步结论自我总结自我总结,素能培养素能培养1该公公式式可可看看成成法法拉拉第第电磁磁感感应定定律律的的一一个个推推论,一一般般用用于于导体体各各部部分分切切割割磁磁感感线的的速速度度相相同同的的情情况况,当当v为瞬瞬时速速度度时,E为瞬瞬时感感应电动势；若若v是是平平均均速速度度,则E为平平均均感感应电动势如果如果导体各部分切割磁感体各部分切割磁感线的速度不相等的速度不相等,图图4432公公式式中中的的v应理理解解为导线和和磁磁场间的的相相对速速度度,当当导线不不动而磁而磁场运运动时,也有也有电磁感磁感应现象象产生生3公公式式中中的的l应理理解解为导线切切割割磁磁感感线时的的有有效效长度度如如果果导线和和磁磁场不不垂垂直直,l应是是导线在在垂垂直直磁磁场方方向向投投影影的的长度度；如如果果切切割割磁磁感感线的的导线是是弯弯曲曲的的,l应取取导线两两端端点点的的连线在与在与B和和v都垂直的直都垂直的直线上的投影上的投影长度度例例如如,如如图所所示示的的三三幅幅图中中切切割割磁磁感感线的的导线是是弯弯曲曲的的,则切切割割磁磁感感线的的有有效效长度度应取取与与B和和v垂垂直直的的等等效效直直线长度度,即即ab的的长第第3步例步例证典例印证典例印证,思维深化思维深化如如图444,在在水水平平面面(纸面面)内内有有三三根根相相同同的的均均匀匀金金属属棒棒ab、ac和和MN,其其中中ab、ac在在a点点接接触触,构构成成“V”字字型型导轨空空间存存在在垂垂直直于于纸面面的的均均匀匀磁磁场用用力力使使MN向向右右匀匀速速运运动,从从图示示位位置置开开始始计时,运运动中中MN始始终与与bac的的平平分分线垂垂直直且且和和导轨保持良好接触下列关于保持良好接触下列关于回路中回路中电流流i与与时间t的关系的关系图线,可能正确的是可能正确的是()图图444【思思路路点点拨拨】(1)导导体体切切割割磁磁感感线线的的有有效效长长度度与与时时间间的关系的关系(2)闭合回路的总电阻与导轨长度的关系闭合回路的总电阻与导轨长度的关系(3)感应电流由闭合电路欧姆定律求出感应电流由闭合电路欧姆定律求出此此类类题题一一般般采采用用解解析析法法,先先推推导导出出感感应应电电动动势势、感感应应电电流流的的表表达达式式,再再利利用用表表达达式式进进行行分分析析本本题题还还要要注注意意切切割割磁磁感线的有效长度和回路的总电阻是变化的感线的有效长度和回路的总电阻是变化的第第4步巧步巧练精选习题精选习题,落实强化落实强化1(多多选)如如图445所所示示,一一导线弯弯成成半半径径为a的的半半圆形形闭合合回回路路虚虚线MN右右侧有有磁磁感感应强强度度为B的的匀匀强强磁磁场,方方向向垂垂直直于于回回路路所所在在的的平平面面,回回路路以以速速度度v向向右右匀匀速速进入入磁磁场,直直径径CD始始终与与MN垂垂直直从从D点点到到达达边界界开开始始到到C点点进入入磁磁场为止止,下列下列结论正确的是正确的是()图图445【解析解析】在半圆形闭合回路进入磁场的过程中磁在半圆形闭合回路进入磁场的过程中磁通量不断增加通量不断增加,始终存在感应电流始终存在感应电流,由左手定则可知由左手定则可知CD边始边始终受到安培力作用终受到安培力作用,选项选项B错有效切割长度如图所示错有效切割长度如图所示,所以所以进入过程中进入过程中l先逐渐增大到先逐渐增大到a,然后再逐渐减小为然后再逐渐减小为0,由由EBlv,可知最大值可知最大值EmaxBav,最小值为最小值为0,2如如图446是是法法拉拉第第研研制制成成的的世世界界上上第第一一台台发电机机模模型型的的原原理理图将将铜盘放放在在磁磁场中中,让磁磁感感线垂垂直直穿穿过铜盘,图中中a、b导线与与铜盘的的中中轴线处在在同同一一平平面面内内,转动铜盘,就就可可以以使使闭合合电路路获得得电流流若若图中中铜盘半半径径为r,匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度为B,回回路路总电阻阻为R,匀匀速速转动铜盘的的角角速速度度为.则电路的功率是路的功率是()图图446学生分学生分组探究