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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应2 法拉第电磁感应定律多媒体教学ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应2 法拉第电磁感应定律多媒体教学ppt课件，共39页。PPT课件主要包含了电磁感应，所用时间，变化量，变化率，BLvsinθ，运动方向，误区警示，问题导引，方法技巧，答案B等内容，欢迎下载使用。
一、感应电动势1.感应电动势:在 现象中产生的电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于 .2.影响感应电动势大小的因素(1)与磁通量的变化量的关系:在磁通量变化 相同时,感应电动势E的大小与磁通量的变化量ΔΦ有关,ΔΦ越大,E越大.(2)与磁通量变化所用时间的关系:在磁通量 相同时,感应电动势E的大小与磁通量变化所用的时间Δt有关,Δt越小,E越大.
3.磁通量变化率:描述磁通量变化的 ,它是磁通量的 跟产生这个变化所用 的比值,可以表示为 .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 成正比.2.公式:E= ,当闭合电路是一个n匝线圈时,则E= .3.感应电动势的另一种表述:导体切割磁感线时,导体中感应电动势为E= ,其中θ角为 和磁感线方向的夹角.当磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时,E=BLv.
要点一 法拉第电磁感应定律的理解【问题导引】
1.感应电动势与磁通量、磁通量变化量及磁通量变化率有什么关系?
2.在如图所示的装置中,当我们把磁铁快速插入或快速拔出时,会发现电流表的指针偏角较大,这对我们有怎样的启示?
答案:快与慢插入或拔出,磁通量的变化量相同,但其变化快慢则不同,由此可推知感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关.
【要点透析】1.感应电动势与电路关系:不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,就会产生感应电动势;若电路是闭合的,就会有感应电流产生.
【典例1】 一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T,在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是 Wb;磁通量的平均变化率是 Wb/s;线圈中的感应电动势的大小是 V.
〚思路探究〛 (1)穿过线圈的磁通量或磁通量的变化率与线圈匝数有关吗? 答案:没有关系,磁通量或其变化率指一匝线圈的情况.(2)线圈中产生的感应电动势与匝数有关吗?答案:有关,由于每匝线圈中均产生感应电动势,实际电动势应为各匝之和.
答案:4×10-4 8×10-3 1.6
对磁通量及磁通量变化率的理解(1)有部分同学在处理有关线圈中的磁通量或磁通量的变化率问题时,时常乘以线圈匝数,这是不对的,应引起高度注意.
〚针对训练1-1〛 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变D.先增大,再减小,最后不变
解析:利用电磁感应现象分析解答.开始时,条形磁铁以加速度g竖直下落,则穿过铜环的磁通量发生变化,铜环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落.开始时的感应电流比较小,条形磁铁向下做加速运动,且随下落速度增大,其加速度变小.当条形磁铁的速度达到一定值后,相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力.故条形磁铁先加速运动,但加速度变小,最后的速度趋近于某个定值.选项C正确.答案:C
要点二 对E=BLvsin θ的理解
2.若一段长为L的导体在磁感应强度为B的匀强磁场中垂直切割磁感线,当导体速度为v时,产生的电动势E为多大?导体的电动势保持不变吗?
答案:E=BLv,由于不知导体运动情况,无法确定E是否变化.
【要点透析】1.对E=BLvsin θ的理解(1)两种特殊情况: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)式中L的理解:L为导体切割磁感线时的有效长度.如图所示,导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度,即ab连线的长度.
(2)特点:电荷量与时间无关,而与磁通量变化量ΔΦ和电路电阻R有关.
【典例2】 如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场,则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中,求:
(1)感应电动势的最大值为多少;(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何;(3)从开始运动至经过圆心的过程中直导线中的平均感应电动势为多少.
〚思路探究〛 (1)什么时候感应电动势最大?答案:当直导线有效切割长度最大时,感应电动势最大.(2)如何求平均感应电动势?答案:求出运动过程中磁通量的变化量及时间.解析:(1)由E=Blv可知,当直导线切割磁感线的有效长度l最大时,E最大,l最大为2R,所以感应电动势的最大值E=2BRv.
瞬时感应电动势和平均感应电动势此类题一般采用解析式法,推导感应电动势的表达式.求出导体棒切割磁感线的有效长度很重要,并且注意切割磁感线的有效长度是随时间变化的.
〚针对训练2-1〛 (多选)如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通过恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( )A.FM向右 B.FN向左C.FM逐渐增大D.FN逐渐减小
解析:根据安培定则,在轨道内的M区、N区通电长直导线产生的磁场分别垂直轨道平面向外和向里,当导体棒运动到M区时,根据右手定则,在导体棒内产生的感应电流与长直绝缘导线中的电流方向相反,再根据左手定则可知,金属棒在M区时受到的安培力方向向左,因此选项A错误;同理可以判定选项B正确;导体棒在M区匀速靠近长直绝缘导线时对应的磁场越来越大,因此产生的感应电动势越来越大,根据闭合电路的欧姆定律和安培力的公式可知,导体棒所受的安培力FM也逐渐增大,故选项C正确,同理选项D正确.答案:BCD
要点三 电磁感应中的电路问题
答案:将电磁感应问题等效转换成恒定电流电路问题.
【问题导引】处理电磁感应与电路问题的关键是什么?
【要点透析】电磁感应中电路问题的处理方法
【典例3】如图所示,OAC是半径为l、圆心角为120°的扇形金属框,O点为圆心,OA边与OC边电阻不计;圆弧AC单位长度的电阻相等,总阻值为4r.长度也为l、电阻为r的金属杆OD绕O点从OA位置以角速度ω顺时针匀速转动,整个过程中金属杆两端与金属框接触良好.求:
(1)金属杆OD转过60°时它两端的电势差UOD;(2)金属杆OD转过120°过程中,金属杆OD中的电流I与转过的角度θ的关系式.
〚情境导图〛 OD杆转动切割磁感线,相当于电源,弧AD和DC相当于外电阻,电路如图所示.
1.如图是穿过一个闭合线圈的磁通量随时间的变化规律,以下认识正确的是( )A.0～0.3 s内线圈中的电动势在均匀增加B.第0.6 s末线圈中的感应电动势是4 VC.第0.9 s末线圈中的瞬时电动势比0.2 s末的小D.第0.2 s末和0.4 s末的瞬时电动势的方向相同
A.(甲)图E=πr2kB.(甲)图E=πR2kC.(乙)图E=2BrvD.(乙)图无法求出E
3.如图所示,金属导轨间距为d,一端跨接一个电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在的平面,一根长金属棒与导体成θ角放置,金属棒与导轨的电阻不计,当金属棒沿垂直于棒的方向,以恒定速度v在金属导轨上滑行时,通过电阻的电流大小为 ;电阻R的发热功率为 .
4.有一面积为150 cm2的金属环,电阻为0.1 Ω,在环中100 cm2的同心圆面上存在如图所示变化的磁场,求:
一、感应电动势1.感应电动势:在 现象中产生的电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于 .2.影响感应电动势大小的因素(1)与磁通量的变化量的关系:在磁通量变化 相同时,感应电动势E的大小与磁通量的变化量ΔΦ有关,ΔΦ越大,E越大.(2)与磁通量变化所用时间的关系:在磁通量 相同时,感应电动势E的大小与磁通量变化所用的时间Δt有关,Δt越小,E越大.
3.磁通量变化率:描述磁通量变化的 ,它是磁通量的 跟产生这个变化所用 的比值,可以表示为 .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 成正比.2.公式:E= ,当闭合电路是一个n匝线圈时,则E= .3.感应电动势的另一种表述:导体切割磁感线时,导体中感应电动势为E= ,其中θ角为 和磁感线方向的夹角.当磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时,E=BLv.
要点一 法拉第电磁感应定律的理解【问题导引】
1.感应电动势与磁通量、磁通量变化量及磁通量变化率有什么关系?
2.在如图所示的装置中,当我们把磁铁快速插入或快速拔出时,会发现电流表的指针偏角较大,这对我们有怎样的启示?
答案:快与慢插入或拔出,磁通量的变化量相同,但其变化快慢则不同,由此可推知感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关.
【要点透析】1.感应电动势与电路关系:不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,就会产生感应电动势;若电路是闭合的,就会有感应电流产生.
【典例1】 一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T,在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是 Wb;磁通量的平均变化率是 Wb/s;线圈中的感应电动势的大小是 V.
〚思路探究〛 (1)穿过线圈的磁通量或磁通量的变化率与线圈匝数有关吗? 答案:没有关系,磁通量或其变化率指一匝线圈的情况.(2)线圈中产生的感应电动势与匝数有关吗?答案:有关,由于每匝线圈中均产生感应电动势,实际电动势应为各匝之和.
答案:4×10-4 8×10-3 1.6
对磁通量及磁通量变化率的理解(1)有部分同学在处理有关线圈中的磁通量或磁通量的变化率问题时,时常乘以线圈匝数,这是不对的,应引起高度注意.
〚针对训练1-1〛 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放,形成一很长的竖直圆筒.一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置,其下端与圆筒上端开口平齐.让条形磁铁从静止开始下落.条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A.均匀增大B.先增大,后减小C.逐渐增大,趋于不变D.先增大,再减小,最后不变
解析:利用电磁感应现象分析解答.开始时,条形磁铁以加速度g竖直下落,则穿过铜环的磁通量发生变化,铜环中产生感应电流,感应电流的磁场阻碍条形磁铁的下落.开始时的感应电流比较小,条形磁铁向下做加速运动,且随下落速度增大,其加速度变小.当条形磁铁的速度达到一定值后,相应铜环对条形磁铁的作用力趋近于条形磁铁的重力.故条形磁铁先加速运动,但加速度变小,最后的速度趋近于某个定值.选项C正确.答案:C
要点二 对E=BLvsin θ的理解
2.若一段长为L的导体在磁感应强度为B的匀强磁场中垂直切割磁感线,当导体速度为v时,产生的电动势E为多大?导体的电动势保持不变吗?
答案:E=BLv,由于不知导体运动情况,无法确定E是否变化.
【要点透析】1.对E=BLvsin θ的理解(1)两种特殊情况: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)式中L的理解:L为导体切割磁感线时的有效长度.如图所示,导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度,即ab连线的长度.
(2)特点:电荷量与时间无关,而与磁通量变化量ΔΦ和电路电阻R有关.
【典例2】 如图所示,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,一条足够长的直导线以速度v进入磁场,则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中,求:
(1)感应电动势的最大值为多少;(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何;(3)从开始运动至经过圆心的过程中直导线中的平均感应电动势为多少.
〚思路探究〛 (1)什么时候感应电动势最大?答案:当直导线有效切割长度最大时,感应电动势最大.(2)如何求平均感应电动势?答案:求出运动过程中磁通量的变化量及时间.解析:(1)由E=Blv可知,当直导线切割磁感线的有效长度l最大时,E最大,l最大为2R,所以感应电动势的最大值E=2BRv.
瞬时感应电动势和平均感应电动势此类题一般采用解析式法,推导感应电动势的表达式.求出导体棒切割磁感线的有效长度很重要,并且注意切割磁感线的有效长度是随时间变化的.
〚针对训练2-1〛 (多选)如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通过恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( )A.FM向右 B.FN向左C.FM逐渐增大D.FN逐渐减小
解析:根据安培定则,在轨道内的M区、N区通电长直导线产生的磁场分别垂直轨道平面向外和向里,当导体棒运动到M区时,根据右手定则,在导体棒内产生的感应电流与长直绝缘导线中的电流方向相反,再根据左手定则可知,金属棒在M区时受到的安培力方向向左,因此选项A错误;同理可以判定选项B正确;导体棒在M区匀速靠近长直绝缘导线时对应的磁场越来越大,因此产生的感应电动势越来越大,根据闭合电路的欧姆定律和安培力的公式可知,导体棒所受的安培力FM也逐渐增大,故选项C正确,同理选项D正确.答案:BCD
要点三 电磁感应中的电路问题
答案:将电磁感应问题等效转换成恒定电流电路问题.
【问题导引】处理电磁感应与电路问题的关键是什么?
【要点透析】电磁感应中电路问题的处理方法
【典例3】如图所示,OAC是半径为l、圆心角为120°的扇形金属框,O点为圆心,OA边与OC边电阻不计;圆弧AC单位长度的电阻相等,总阻值为4r.长度也为l、电阻为r的金属杆OD绕O点从OA位置以角速度ω顺时针匀速转动,整个过程中金属杆两端与金属框接触良好.求:
(1)金属杆OD转过60°时它两端的电势差UOD;(2)金属杆OD转过120°过程中,金属杆OD中的电流I与转过的角度θ的关系式.
〚情境导图〛 OD杆转动切割磁感线,相当于电源,弧AD和DC相当于外电阻,电路如图所示.
1.如图是穿过一个闭合线圈的磁通量随时间的变化规律,以下认识正确的是( )A.0～0.3 s内线圈中的电动势在均匀增加B.第0.6 s末线圈中的感应电动势是4 VC.第0.9 s末线圈中的瞬时电动势比0.2 s末的小D.第0.2 s末和0.4 s末的瞬时电动势的方向相同
A.(甲)图E=πr2kB.(甲)图E=πR2kC.(乙)图E=2BrvD.(乙)图无法求出E
3.如图所示,金属导轨间距为d,一端跨接一个电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在的平面,一根长金属棒与导体成θ角放置,金属棒与导轨的电阻不计,当金属棒沿垂直于棒的方向,以恒定速度v在金属导轨上滑行时,通过电阻的电流大小为 ;电阻R的发热功率为 .
4.有一面积为150 cm2的金属环,电阻为0.1 Ω,在环中100 cm2的同心圆面上存在如图所示变化的磁场,求:
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