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物理2 法拉第电磁感应定律教学ppt课件
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这是一份物理2 法拉第电磁感应定律教学ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。
1.了解感应电动势的概念,会判断等效电源,判断感应电动势的方向,解决实际问题。(物理观念)2.能在问题情境中区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率,会应用法拉第电磁感应定律E=n 进行有关计算。(科学思维)3.会应用法拉第电磁感应定律推导公式E=Blv,并会利用其进行有关计算。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、电磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在 现象中产生的电动势。 (2)感应电动势与感应电流的关系
产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有 ,但仍有 。
两端的电压是路端电压
2.法拉第电磁感应定律(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。
二、导体棒切割磁感线时的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图所示,E= 。
2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图所示,E= 。
情境链接有一种手压式自发电手电筒,只要用手轻轻按压发电手柄,就可以为LED光源供电,连续按压发电手柄15 s所产生的电能可以维持LED光源持续发光。这种手电筒照明时不需要电池,那么使LED光源发光的电能是从哪里来的?
提示 通过按手柄,使塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转,铜丝切割磁感线产生感应电流,使LED光源发光。
教材拓展如图所示,线圈的两端与电压传感器相连,让强磁体从长玻璃管上端由静止下落,穿过线圈。
(1)从不同的高度由静止释放强磁体,每次下落时电压的最大值与高度有什么关系?(2)改变线圈的匝数,电压的最大值与线圈的匝数有什么关系?
提示 (1)释放的高度越高,电压的最大值越大。(2)线圈的匝数越多,电压的最大值越大。
易错辨析(1)在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感应电流。( )(2)穿过某电路的磁通量变化量越大,产生的感应电动势就越大。( )(3)导体棒切割磁感线产生的感应电动势大小与速度的大小成正比。( )(4)用E=Blv计算感应电动势大小时要求B、l、v三者互相垂直。( )
提示 不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势;有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势。
提示 感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,而与Φ、ΔΦ的大小没有必然的联系。
探究点一 法拉第电磁感应定律
如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么?
(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?
要点提示 穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。
要点提示 由闭合电路欧姆定律I= 知,当电路的总电阻一定时,感应电动势E越大,感应电流I越大,指针偏转程度越大。
(3)在图中,将条形磁体从同一高度插入线圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?
(4)分别用一根磁体和两根磁体以同样速度快速插入,磁通量的变化量ΔΦ相同吗?指针偏转角度相同吗?
要点提示 磁通量变化量相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。
2.对法拉第电磁感应定律的理解(1)E=n 一般用来求Δt时间内感应电动势的平均值。其中n为线圈匝数,ΔΦ总是取绝对值。(2)常见感应电动势的计算式有:
(3)感应电动势E:其大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ,而与磁通量Φ的大小、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然的联系,与电路的电阻R无关;感应电流的大小与感应电动势E、回路总电阻R有关。
【例1】 (多选)如图甲所示线圈的匝数n=100,横截面积S=50 cm2,线圈总电阻r=10 Ω,沿轴向有匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,则在开始的0.1 s内( )
A.磁通量变化量的大小为0.25 WbB.磁通量的变化率为2.5×10-2 Wb/sC.a、b间电压为零D.在a、b间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25 A
解析 通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关,若设Φ2=B2S为正,则线圈中磁通量的变化量为ΔΦ=B2S-(-B1S),代入数据即ΔΦ=(0.1+0.4)×50×10-4 Wb
1.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω,在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。求:
(1)0~4 s内,回路中的感应电动势;(2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高;(3)t=5 s时,电阻R两端的电压U。
答案 (1)1 V (2)a点的电势高 (3)3.2 V
解析 (1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,回路中的感应电动势
(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里,故a点的电势高。
(3)t=5 s时,线圈的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流为
故电阻R两端的电压U=IR=0.8×4 V=3.2 V。
探究点二 导体切割磁感线时的感应电动势
1.如图甲所示,闭合电路的一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势。
2.若将轨道一端抬高,如图乙所示,直导线ab仍与磁场垂直,但速度与磁感线方向有一个夹角θ(θ≠90°),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?
要点提示 1.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丙所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt
2.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丁所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔSsin θ=BlvΔtsin θ
1.对公式E=Blvsin θ的理解(1)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)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段的长度来计算。如图中线段ab的长度即为导线切割磁感线的有效长度。
开口长度,与速度垂直
(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。
2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以a为圆心,以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。
类型一 导体平动切割磁感线【例2】如图所示,MN、PQ为两条平行放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为( )
解析 B与l、B与v是相互垂直的,但l与v不垂直,故l垂直于v的长度lsin θ
2.(2023湖南邵阳期末)如图所示,间距为l的U形导轨固定在水平面上,垂直导轨向下的匀强磁场磁感应强度为B。质量为m、电阻为r的金属杆PQ沿着粗糙U形导轨以初速度v开始水平向右滑行,金属杆PQ与U形导轨之间的动摩擦因数为μ,ab间电阻为R,导轨电阻忽略不计,重力加速度为g。下列说法正确的是( )A.通过金属杆的电流由P到QB.PQ开始运动时ab间的电压为Blv
类型二 导体转动切割磁感线【例3】 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动,如图所示,磁感应强度为B。求:(1)ab棒的平均速率。(2)ab两端的电势差。(3)经时间Δt金属棒ab扫过的面积中磁通量为多少?此过程中平均感应电动势多大?
3.(多选)(2022山东卷)如图所示,xOy平面的第一、三象限内以坐标原点O为圆心、半径为 l的扇形区域充满方向垂直纸面向外的匀强磁场。边长为l的正方形金属框绕其始终在O点的顶点,在xOy平面内以角速度ω顺时针匀速转动。t=0时刻,金属框开始进入第一象限。不考虑自感影响,关于金属框中感应电动势E随时间t变化规律的描述正确的是( )
1.(导体切割磁感线时的感应电动势)(多选)一根直导线长0.1 m,在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中以10 m/s的速度匀速运动,则导线中产生的感应电动势( )A.一定为0.1 VB.可能为零C.可能为0.01 VD.最大值为0.1 V
解析 当公式E=Blv中B、l、v互相垂直,且全部导体切割磁感线运动时,感应电动势最大,最大为Em=Blv=0.1×0.1×10 V=0.1 V,当B、l、v中任意两个量平行时,感应电动势为零,故B、C、D正确,A错误。
2.(法拉第电磁感应定律)(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示,则0~D过程中( )A.线圈中0时刻感应电动势最大B.线圈中D时刻感应电动势为零C.线圈中D时刻感应电动势最大D.线圈中0至D时间内平均感应电动势为0.4 V
3.(导体切割磁感线时的感应电动势)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ε,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平
解析 设折弯前导体切割磁感线的长度为l0,ε=Bl0v;折弯后,导体切割磁感线
4.(法拉第电磁感应定律)(2022全国甲卷)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3。则( )A.I1I3>I2C.I1=I2>I3D.I1=I2=I3
5.(导体切割磁感线时的感应电动势)如图所示,导轨OM和ON都在纸面内,导体AB可在导轨上无摩擦滑动,AB⊥ON,若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑,导体与导轨都足够长,匀强磁场的磁感应强度为0.2 T。求:
(1)第3 s末夹在导轨间的导体长度是多少?此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大?(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少?此过程中的平均感应电动势为多少?
1.了解感应电动势的概念,会判断等效电源,判断感应电动势的方向,解决实际问题。(物理观念)2.能在问题情境中区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率,会应用法拉第电磁感应定律E=n 进行有关计算。(科学思维)3.会应用法拉第电磁感应定律推导公式E=Blv,并会利用其进行有关计算。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、电磁感应定律1.感应电动势(1)定义:在 现象中产生的电动势。 (2)感应电动势与感应电流的关系
产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有 ,但仍有 。
两端的电压是路端电压
2.法拉第电磁感应定律(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。
二、导体棒切割磁感线时的感应电动势1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图所示,E= 。
2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向夹角为θ时,如图所示,E= 。
情境链接有一种手压式自发电手电筒,只要用手轻轻按压发电手柄,就可以为LED光源供电,连续按压发电手柄15 s所产生的电能可以维持LED光源持续发光。这种手电筒照明时不需要电池,那么使LED光源发光的电能是从哪里来的?
提示 通过按手柄,使塑料齿轮带动铜丝线圈内的磁性飞轮高速旋转,铜丝切割磁感线产生感应电流,使LED光源发光。
教材拓展如图所示,线圈的两端与电压传感器相连,让强磁体从长玻璃管上端由静止下落,穿过线圈。
(1)从不同的高度由静止释放强磁体,每次下落时电压的最大值与高度有什么关系?(2)改变线圈的匝数,电压的最大值与线圈的匝数有什么关系?
提示 (1)释放的高度越高,电压的最大值越大。(2)线圈的匝数越多,电压的最大值越大。
易错辨析(1)在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感应电流。( )(2)穿过某电路的磁通量变化量越大,产生的感应电动势就越大。( )(3)导体棒切割磁感线产生的感应电动势大小与速度的大小成正比。( )(4)用E=Blv计算感应电动势大小时要求B、l、v三者互相垂直。( )
提示 不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就会产生感应电动势;有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合),有感应电流一定存在感应电动势。
提示 感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,而与Φ、ΔΦ的大小没有必然的联系。
探究点一 法拉第电磁感应定律
如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。
(1)在实验中,电流表指针偏转的原因是什么?
(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?
要点提示 穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。
要点提示 由闭合电路欧姆定律I= 知,当电路的总电阻一定时,感应电动势E越大,感应电流I越大,指针偏转程度越大。
(3)在图中,将条形磁体从同一高度插入线圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?
(4)分别用一根磁体和两根磁体以同样速度快速插入,磁通量的变化量ΔΦ相同吗?指针偏转角度相同吗?
要点提示 磁通量变化量相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。
2.对法拉第电磁感应定律的理解(1)E=n 一般用来求Δt时间内感应电动势的平均值。其中n为线圈匝数,ΔΦ总是取绝对值。(2)常见感应电动势的计算式有:
(3)感应电动势E:其大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ,而与磁通量Φ的大小、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然的联系,与电路的电阻R无关;感应电流的大小与感应电动势E、回路总电阻R有关。
【例1】 (多选)如图甲所示线圈的匝数n=100,横截面积S=50 cm2,线圈总电阻r=10 Ω,沿轴向有匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,则在开始的0.1 s内( )
A.磁通量变化量的大小为0.25 WbB.磁通量的变化率为2.5×10-2 Wb/sC.a、b间电压为零D.在a、b间接一个理想电流表时,电流表的示数为0.25 A
解析 通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关,若设Φ2=B2S为正,则线圈中磁通量的变化量为ΔΦ=B2S-(-B1S),代入数据即ΔΦ=(0.1+0.4)×50×10-4 Wb
1.如图甲所示,一个圆形线圈匝数n=1 000、面积S=2×10-2 m2、电阻r=1 Ω,在线圈外接一阻值为R=4 Ω的电阻。把线圈放入一个匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面向里,磁场的磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。求:
(1)0~4 s内,回路中的感应电动势;(2)t=5 s时,a、b两点哪点电势高;(3)t=5 s时,电阻R两端的电压U。
答案 (1)1 V (2)a点的电势高 (3)3.2 V
解析 (1)根据法拉第电磁感应定律得,0~4 s内,回路中的感应电动势
(2)t=5 s时,磁感应强度正在减弱,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里,故a点的电势高。
(3)t=5 s时,线圈的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律得电路中的电流为
故电阻R两端的电压U=IR=0.8×4 V=3.2 V。
探究点二 导体切割磁感线时的感应电动势
1.如图甲所示,闭合电路的一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势。
2.若将轨道一端抬高,如图乙所示,直导线ab仍与磁场垂直,但速度与磁感线方向有一个夹角θ(θ≠90°),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?
要点提示 1.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丙所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔS=BlvΔt
2.设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图丁所示,这时线框面积的变化量为ΔS=lvΔt穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ=BΔSsin θ=BlvΔtsin θ
1.对公式E=Blvsin θ的理解(1)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)式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度。若切割磁感线的导线是弯曲的,则应取其与B和v方向都垂直的等效线段的长度来计算。如图中线段ab的长度即为导线切割磁感线的有效长度。
开口长度,与速度垂直
(3)公式中的v应理解为导线和磁场的相对速度,当导线不动而磁场运动时,也有电磁感应现象产生。
2.导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示,长为l的导体棒ab以a为圆心,以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动,其感应电动势可从两个角度推导。
类型一 导体平动切割磁感线【例2】如图所示,MN、PQ为两条平行放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为l,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为( )
解析 B与l、B与v是相互垂直的,但l与v不垂直,故l垂直于v的长度lsin θ
2.(2023湖南邵阳期末)如图所示,间距为l的U形导轨固定在水平面上,垂直导轨向下的匀强磁场磁感应强度为B。质量为m、电阻为r的金属杆PQ沿着粗糙U形导轨以初速度v开始水平向右滑行,金属杆PQ与U形导轨之间的动摩擦因数为μ,ab间电阻为R,导轨电阻忽略不计,重力加速度为g。下列说法正确的是( )A.通过金属杆的电流由P到QB.PQ开始运动时ab间的电压为Blv
类型二 导体转动切割磁感线【例3】 长为l的金属棒ab以a点为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω做匀速转动,如图所示,磁感应强度为B。求:(1)ab棒的平均速率。(2)ab两端的电势差。(3)经时间Δt金属棒ab扫过的面积中磁通量为多少?此过程中平均感应电动势多大?
3.(多选)(2022山东卷)如图所示,xOy平面的第一、三象限内以坐标原点O为圆心、半径为 l的扇形区域充满方向垂直纸面向外的匀强磁场。边长为l的正方形金属框绕其始终在O点的顶点,在xOy平面内以角速度ω顺时针匀速转动。t=0时刻,金属框开始进入第一象限。不考虑自感影响,关于金属框中感应电动势E随时间t变化规律的描述正确的是( )
1.(导体切割磁感线时的感应电动势)(多选)一根直导线长0.1 m,在磁感应强度为0.1 T的匀强磁场中以10 m/s的速度匀速运动,则导线中产生的感应电动势( )A.一定为0.1 VB.可能为零C.可能为0.01 VD.最大值为0.1 V
解析 当公式E=Blv中B、l、v互相垂直,且全部导体切割磁感线运动时,感应电动势最大,最大为Em=Blv=0.1×0.1×10 V=0.1 V,当B、l、v中任意两个量平行时,感应电动势为零,故B、C、D正确,A错误。
2.(法拉第电磁感应定律)(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示,则0~D过程中( )A.线圈中0时刻感应电动势最大B.线圈中D时刻感应电动势为零C.线圈中D时刻感应电动势最大D.线圈中0至D时间内平均感应电动势为0.4 V
3.(导体切割磁感线时的感应电动势)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ε,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平
解析 设折弯前导体切割磁感线的长度为l0,ε=Bl0v;折弯后,导体切割磁感线
4.(法拉第电磁感应定律)(2022全国甲卷)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3。则( )A.I1
5.(导体切割磁感线时的感应电动势)如图所示,导轨OM和ON都在纸面内,导体AB可在导轨上无摩擦滑动,AB⊥ON,若AB以5 m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑,导体与导轨都足够长,匀强磁场的磁感应强度为0.2 T。求:
(1)第3 s末夹在导轨间的导体长度是多少?此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大?(2)3 s内回路中的磁通量变化了多少?此过程中的平均感应电动势为多少?
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