新教材同步系列2024春高中物理第2章電磁感應(yīng)第2節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律課件粵教版選擇性必修第二冊

第二章電磁感應(yīng)第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道什么是感應(yīng)電動勢。知道產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2．理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容和表達(dá)式。3．能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大小。4．能夠運用E＝BLv或E＝BLvsinθ計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢。必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備01

磁通量個數(shù)快慢磁通量變化的快慢

磁通量的變化率線圈匝數(shù)磁通量的變化量韋伯伏特知識點三導(dǎo)體棒切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1．磁場方向、導(dǎo)體棒與導(dǎo)體棒的運動方向三者兩兩相互垂直時，E＝_____。2．如圖所示，導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒的運動方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但與磁場方向夾角為θ時，E＝__________。3．單位關(guān)系1V＝1T·1m·1m/s。BLvBLvsinθ[基礎(chǔ)自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。 (

)(2)穿過閉合電路的磁通量變化越快，閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。 (

)(3)感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷。 (

)×√√(4)穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應(yīng)電動勢一定最大。 (

)(5)導(dǎo)體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大。 (

)(6)在勻強(qiáng)磁場中，只要導(dǎo)體棒的運動方向與磁場方向垂直，其電動勢即可用E＝BLv求解。 (

)×××2．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)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(qiáng)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(chǎn)→c，2∶1C．a(chǎn)→c，1∶2

D．c→a，1∶2C

[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。]√3．下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過相同的線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大的是(

)A

B

C

D√

關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點1對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用考點2導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢(1)如圖所示，在將條形磁鐵從同一高度插入線圈的實驗中?？焖俨迦牒途徛迦氪磐康淖兓喀う迪嗤瑔幔恐羔樒D(zhuǎn)角度相同嗎？提示：磁通量變化相同，但磁通量變化快慢不同，快速插入比緩慢插入時指針偏轉(zhuǎn)角度大。(2)如圖所示的裝置，由一塊安裝在列車車頭底部的強(qiáng)磁鐵和埋設(shè)在軌道下面的一組線圈及電學(xué)測量儀器組成(記錄測量儀器未畫出)。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時，由于穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。請思考：如果已知強(qiáng)磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈垂直列車運行方向的長度L、感應(yīng)電動勢E，能否測出列車的運行速度呢？提示：由E＝BLv可以測出列車的運行速度。

物理量單位物理意義計算公式磁通量ΦWb表示某時刻或某位置時穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少Φ＝B·S⊥磁通量的變化量ΔΦWb表示在某一過程中穿過某一面積的磁通量變化的多少ΔΦ＝Φ2－Φ1Wb/s表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢

【典例1】如圖所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為r的圓環(huán)內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一根長度大于2r的導(dǎo)線MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左向右勻速滑動，電路的固定電阻為R。其余電阻忽略不計。試求MN從圓環(huán)的左端滑動到右端的過程中電阻R上的電流的平均值及通過的電荷量。

√

考點2導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1．平動切割(1)計算公式：E＝BLv(B⊥v)。(2)理解E＝BLv的“四性”。①正交性：B、L、v兩兩垂直時，E＝BLv；B與v的夾角為θ時，E＝BLvsinθ；B∥v時，E＝0。②瞬時對應(yīng)性：通常用來求導(dǎo)體運動速度為v時的瞬時電動勢，若v為平均速度，則E為平均電動勢。③有效性：公式E＝BLv中L的有效長度如圖所示，導(dǎo)體切割磁感線的情況應(yīng)取與B和v垂直的等效直線長度，即等于a、b連線的長度。④相對性：E＝BLv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系。

比較項目E＝BLvsinθ區(qū)別研究對象整個閉合回路回路中做切割磁感線運動的那部分導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于導(dǎo)體切割磁感線運動的情況計算結(jié)果Δt內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢某一時刻的瞬時感應(yīng)電動勢聯(lián)系

√

在公式E＝BLv中，L是指導(dǎo)體棒的有效切割長度，即導(dǎo)體棒在垂直于速度v方向上的投影長度。

√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測031．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(qiáng)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D

[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(qiáng)弱均無關(guān)系，它由磁通量的變化率決定，故選D。]1234√2．如圖所示的情況中，金屬導(dǎo)體產(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B

[公式E＝BLv中的L指導(dǎo)體的有效切割長度，甲、乙、丁中的有效長度均為L，感應(yīng)電動勢E＝BLv，而丙的有效長度為Lsinθ，感應(yīng)電動勢E＝BLvsinθ，故B項正確。]1234√3．(2022·河北卷)將一根絕緣硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線順次繞成如圖所示的線圈，其中大圓面積為S1，小圓面積均為S2，垂直線圈平面方向有一隨時間t變化的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝B0＋kt，B0和k均為常量，則線圈中總的感應(yīng)電動勢大小為(

)A．kS1

B．5kS2C．k(S1－5S2)

D．k(S1＋5S2)1234√

12344．面積S＝0.2m2、n＝100匝的圓形線圈，處在如圖所示的磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間t變化的規(guī)律是B＝0.02t(T)，電阻R＝3Ω，電容器的電容C＝30μF，線圈電阻r＝1Ω，求：(1)通過R的電流方向和4s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量；1234

1234(2)電容器的電荷量。[解析]

UC＝UR＝IR＝0.1×3V＝0.3V，Q＝CUC＝30×10-6×0.3C＝9×10-6C。[答案]

9×10-6C1234回歸本節(jié)內(nèi)容，自我完成以下問題：1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件及影響感應(yīng)電動勢大小的因素分別是什么？提示：(1)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。(2)感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率和線圈匝數(shù)，而與磁通量、磁通量變化的大小沒有必然聯(lián)系，與電路中的電阻無關(guān)。2．導(dǎo)體棒運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大嗎？提示：導(dǎo)體棒切割磁感線時，當(dāng)導(dǎo)體棒的運動方向與導(dǎo)體棒本身垂直時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小與垂直磁感線方向的速度大小有關(guān)。速度大，垂直磁感線方向的速度不一定大，所以，導(dǎo)體棒運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不一定越大。閱讀材料·拓展物理視野04法拉第圓盤發(fā)電機(jī)法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后不久，他又利用電磁感應(yīng)發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機(jī)——法拉第圓盤發(fā)電機(jī)，如圖甲所示。這臺發(fā)電機(jī)的構(gòu)造跟現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)不同，在磁場中轉(zhuǎn)動的不是線圈，而是一個紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄，圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼，用導(dǎo)線把電刷與電流表連接起來，紫銅圓盤放置在蹄形磁鐵的磁場中。當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)動搖柄，使紫銅圓盤旋轉(zhuǎn)起來時，電流表的指針偏向一邊，這說明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。法拉第圓盤發(fā)電機(jī)是怎樣產(chǎn)生電流的呢？我們可以把圓盤看作是由無數(shù)根長度等于半徑的紫銅輻條組成的，在轉(zhuǎn)動圓盤時，每根輻條都做切割磁感線的運動。輻條和外電路中的電流表恰好構(gòu)成閉合電路，電路中便有電流產(chǎn)生了。隨著圓盤的不斷旋轉(zhuǎn)，總有某根輻條到達(dá)切割磁感線的位置，因此外電路中便有了持續(xù)不斷的電流。法拉第圓盤發(fā)電機(jī)雖然簡單，有人說它像一只簡陋可笑的兒童玩具，產(chǎn)生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光。但這是世界上第一臺發(fā)電機(jī)，是它首先向人類揭開了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。后來，人們在此基礎(chǔ)上，將蹄形永久磁鐵改為能產(chǎn)生強(qiáng)大磁場的電磁鐵，用多股導(dǎo)線繞制的線框代替紫銅圓盤，電刷也進(jìn)行了改進(jìn)，就制成了功率較大的可供使用的發(fā)電機(jī)。如圖乙所示，把該金屬圓盤看成由無數(shù)條半徑組成，圓盤滾動時，相當(dāng)于每條半徑(如OA、OB、OC)都繞圓心O轉(zhuǎn)動而切割磁感線。根據(jù)右手定則可以判斷，A、B、C等在磁場中金屬半圓邊線上的各點電