物理人教版 (2019)法拉第电磁感应定律教学课件ppt

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第二章 电磁感应人教版（2019）选择性必修 第二册2.法拉第电磁感应定律目录磁通量的定义？磁通量的变化？知识回顾一、感应电流二、磁通量与磁通量的变化穿过回路的磁通量发生变化闭合导体回路中产生感应电流的条件是什么？ 三、电流产生的条件与电动势的物理意义电流产生的条件与电动势的物理意义？闭合回路存在的电压。电动势是描述非静电力做功能力的物理量。学习目标物理观念明确感应电动势的定义，知晓其是电磁感应现象的本质，理解感应电流与感应电动势的从属关系，深化对电磁感应现象的本质认知。科学思维通过分析实验现象，归纳感应电流大小与磁通量变化快慢的关联，培养逻辑推理与归纳概括能力。科学态度与责任追溯法拉第探索电磁感应规律的科学历程，感受科学家不畏艰难、持之以恒的探究精神，激发对电磁学知识的探索兴趣与求知欲望。科学探究设计 “探究感应电动势与磁通量变化率、线圈匝数、磁场强度的关系” 的分组实验，培养实验设计与合作探究能力。教学难点教学重点磁通量变化率磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率三者的概念辨析。法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的核心内涵。切割磁感线时感应电动势感应电动势公式E=BLv。变化率变化大小与变化快慢的区别。公式区别与选用平均感应电动势与瞬时感应电动势的区别与判断。动生电动势的微观机理洛伦兹力作为非静电力推动电荷定向移动重点难点课堂导入——问题导入【问题1】电路中要有电流，就需要一个电源，电源有两个重要参数，一个是内电阻，另一个是什么？ 电动势【问题2】电磁感应现象中，电路中产生了感应电流，感应电路中有没有电源？这个电源在哪里？有电源，产生电磁感应的部分就是电源。比如，动生现象中切割磁感线的导体。在电磁感应现象中可以没有感应电流，但一定会有感应电动势，实际上是先有感应电动势，然后看电路闭合情况才决定有没有电流。两者的关系满足闭合电路欧姆定律，即I＝E/R。电磁感应中的电动势我们称为感应电动势。电动势的方向我们确定了，那感应电流的大小或者感应电动势的大小与那些因素有关呢？又如何计算呢？【问题3】感应电源的电动势的方向是怎样的呢？楞次定律右手定则课堂导入——问题导入演示实验(1)将条形磁体分别以快慢不同的速度插入同一线圈，观察电流表指针偏转幅度差异。(2)更换强弱不同的磁体，以相同速度插入线圈，记录指针偏转情况实验一：磁体插入线圈实验感应电流大小的影响因素(1)保持磁场强弱不变，让导体棒以不同速度切割磁感线，观察电流表指针偏转变化；(2)更换不同长度的导体棒，重复实验并记录数据实验二：导体棒切割实验两次实验中，哪些物理量发生了变化？指针偏转大小反映了什么？感应电流大小的影响因素总结结论 当插入速度很快时，电流表指针偏转大；当能插入速度很慢时，电流表指针偏转小。看来感应电流的大小和插入磁铁的快慢有关。 用金属棒切割磁感线产生感应电流，但是当金属棒运动速度越快时，电流表指针偏转越大，越慢时电流表指针偏转越小，看来感应电流的大小与金属棒的运动速度有关。感应电流大小的影响因素小组探究导体棒速度→ 在两个实验都说明，当穿过闭合回路的磁通量变化越快时，回路中的感应电流就越大，而在回路中电阻一定的情况下，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢就是磁通量的变化率。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关感应电流大小的影响因素磁体插入快慢→磁通量变化快慢面积变化快慢→磁通量变化快慢探究新知——感应电动势与磁通量变化率的关系分组实验 “磁体下落穿越线圈”学生分组操作，将强磁体从长玻璃管上端不同高度（20cm、30cm、40cm、50cm）由静止下落，穿过线圈，记录电压表的示数；分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结论。实验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15 31？ 感应电流大小与磁铁个数成正比？2个探究新知——感应电动势与磁通量变化率的关系指针指示值磁铁个数实验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18  36 感应电流大小与磁铁运动速度成正比探究新知——感应电动势与磁通量变化率的关系？指针指示值下落高度实验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15 31 感应电流大小与线圈匝数成正比？200探究新知——感应电动势与磁通量变化率的关系指针指示值线圈匝数分析数据，发现 “磁体下落高度越高（磁通量变化越快），电压表示数越大；线圈匝数越多，电压表示数越大”，进而推导 “感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，与线圈匝数成正比”。感应电流的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。探究新知——感应电动势与磁通量变化率的关系数据分析实验结论探究新知1.内容：闭合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。 3.注意：（1）公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。（2）产生感应电动势的那部分导体相当于电源，感应电动势即该电源的电动势。（3）在闭合回路中要有电流通过，那这个电路一定有电源。在电磁感应现象中，闭合回路里有感应电流，那自然也一定有电动势，这个电动势是在电磁感应中产生，被称为感应电动势，而产生他的那部分导体就相当于电源。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。探究新知——法拉第电磁感应定律 探究新知——法拉第电磁感应定律3.注意：（1）公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。（2）产生感应电动势的那部分导体相当于电源，感应电动势即该电源的电动势。（3）在闭合回路中要有电流通过，那这个电路一定有电源。在电磁感应现象中，闭合回路里有感应电流，那自然也一定有电动势，这个电动势是在电磁感应中产生，被称为感应电动势，而产生他的那部分导体就相当于电源。所以产生感应电动势为电磁感应现象的本质。①B不变, S发生变化,ΔS＝S2-S1 ：②S不变, B发生变化,ΔB＝B2-B1 ：  ③如果B、S都变化呢？ 探究新知——法拉第电磁感应定律例题1：如图甲所示，一单匝圆形线圈垂直放入磁场中，磁场为垂直于线圈平面向里的匀强磁场，穿过圆形线圈的磁通量Φ随时间t的变化关系如图乙所示，不计导线电阻，求：(1)2 s内线圈内磁通量的变化量ΔΦ；(2)线圈中产生的感应电动势E1； (3)若其他条件不变，线圈的匝数变为100匝，线圈中产生的感应电动势E2。例题分析——法拉第电磁感应定律答案　(1)0.4 Wb　(2)0.2 V　(3)20 V解析　(1)2 s内线圈内磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝0.5 Wb－0.1 Wb＝0.4 Wb(2)根据法拉第电磁感应定律可得线圈中产生的感应电动势为E1＝n1＝1× V＝0.2 V(3)线圈的匝数变为100匝，线圈中产生的感应电动势为E2＝n2＝100× V＝20 V。例题分析——法拉第电磁感应定律例题2：穿过同一闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图中的①～④所示，下列关于回路中感应电动势的说法正确的是(　　)A．图①回路产生恒定不变的感应电动势B．图②回路产生的感应电动势一直在变大C．图③回路0～t1时间内产生的感应电动势大于t1～t2时间内产生的感应电动势D．图④回路产生的感应电动势先变大再变小例题分析——法拉第电磁感应定律答案　C解析　根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势与磁通量的变化率成正比，即E＝n，结合数学知识可知：穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率k＝；题图①中磁通量Φ不变，无感应电动势；题图②中磁通量Φ随时间t均匀增大，图像的斜率k不变，即产生的感应电动势不变；题图③中回路在0～t1时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率为k1，在t1～t2时间内磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率为k2，从图像中发现：k1大于k2的绝对值，所以在0～t1时间内产生的感应电动势大于在t1～t2时间内产生的感应电动势；题图④中磁通量Φ随时间t变化的图像的斜率的绝对值先变小后变大，所以感应电动势先变小后变大。故选C。例题分析——法拉第电磁感应定律探究新知金属棒在匀强磁场中，导轨之间的这一段长度是L，磁场的磁感应强度是B，当金属棒以速度v切割磁感线，产生的感应电动势是多少？那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势ΔS=LvΔt导体斜割磁感线如果将与B的方向夹角为θ速度按右图中所示分解在与磁场垂直和与磁场平行方向上，他们各自的产生电动势是多少？①垂直于磁感线的分量：v1=vsinθ ②平行于磁感线的分量：v2=vcosθ 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=Blvsinθθ=0时平行：E＝0θ=90°时垂直：E=BLv（无切割）探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势V1V2④l应为有效长度③若v//B，则E=0注意：①此公式只适用于双垂直切割2.方向：若v//杆，则E=0由等效电源的负极流向正极探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势l为切割磁感线的有效长度l：导线垂直于运动方向上的投影。探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势× × × × × × × × × × × × × × ×转动切割如图所示，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。 右手定则：φA>φO探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势归纳总结—两个公式的比较例题3：如图所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，其间距L＝0.2 m，磁感应强度大小B＝0.5 T的匀强磁场垂直导轨平面向下，两导轨之间连接的电阻R＝4.8 Ω，在导轨上有一金属棒ab，其接入电路的电阻r＝1.2 Ω，金属棒与导轨垂直且接触良好，在ab棒上施加水平拉力使其以速度v＝12 m/s向右匀速运动，设金属导轨足够长。求：(1)金属棒ab产生的感应电动势大小；(2)水平拉力的大小F；(3)金属棒a、b两点间的电势差。例题分析—导体切割磁感线时的感应电动势答案　(1)1.2 V　(2)0.02 N　(3)0.96 V解析　(1)设金属棒中产生的感应电动势大小为E，则E＝BLv代入数值得E＝1.2 V。(2)设流过电阻R的电流大小为I，则I＝E/R代入数值得I＝0.2 A因棒匀速运动，则拉力等于安培力，有F＝F安＝BIL＝0.02 N。(3)a、b两点间的电势差为Uab＝IR 代入数值得Uab＝0.96 V。例题分析—导体切割磁感线时的感应电动势非静电力导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电势比较高?动生电动势①由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势②非静电力由洛伦兹力提供③导体棒就相当于电源④导体棒还会受到安培力的作用探究新知—导体切割磁感线时的感应电动势1．(多选)关于感应电动势，下列说法正确的是(　　)A．穿过回路的磁通量越大，回路中的感应电动势一定越大B．穿过回路的磁通量变化量与线圈的匝数无关，回路中的感应电动势与线圈的匝数有关C．穿过回路的磁通量的变化率为零，回路中的感应电动势一定为零D．某一时刻穿过回路的磁通量为零，回路中的感应电动势一定为零答案　BC随堂练习随堂练习2.(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图所示，图线为正弦曲线的一部分，则(　　)A．在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B．在t＝1×10－2 s时刻，感应电动势最大C．在t＝2×10－2 s时刻，感应电动势为零D．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零答案　BC解析　由法拉第电磁感应定律知E＝，故t＝0及t＝2×10－2 s时刻，E＝0，A项错误，C项正确；t＝1×10－2 s时，E最大，B项正确；0～2×10－2 s时间内，ΔΦ≠0，则E≠0，D项错误。随堂练习3.如图所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E，将此棒弯成长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相互垂直的平面内，当它沿两段折线夹角角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为E′。则等于(　　) 随堂练习随堂练习 4.如图所示，平行导轨间距为d，其左端接一个电阻R，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于平行金属导轨所在平面向上。一根金属棒与导轨成θ角放置，金属棒与导轨的电阻均不计。当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在导轨上滑行时，通过电阻R的电流大小是(　　) 答案　D随堂练习课堂小结法拉第电磁感应定律布置作业1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”；2.完成分层作业。谢谢聆听