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背景图课件ppt

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1.感应电动势 现象中产生的电动势叫做感应电动势,产生感应电动势的那部分导体相当于 .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_______成正比.(2)公式：E＝ .若闭合电路是一个匝数为n的线圈,则E＝ .(3)在国际单位制中,磁通量的单位是 ,感应电动势的单位是 .
1.导线垂直于磁场运动,B、l、v两两垂直时,如图1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2所示,E＝ .图1　　　　　　　　　图2
二、导线切割磁感线时的感应电动势　反电动势
3.反电动势(1)定义：电动机转动时,由于切割磁感线,线圈中产生的 作用的感应电动势.(2)作用：反电动势的作用是 线圈的转动.
1.判断下列说法的正误.(1)在电磁感应现象中,有感应电流,就一定有感应电动势；反之,有感应电动势,就一定有感应电流.(　　)(2)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越大,线圈中产生的感应电动势一定越大.(　　)(3)线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大.(　　)(4)线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大.(　　)
2.图3甲、乙中,金属导体中产生的感应电动势分别为E甲＝____,E乙＝________.图3
一、对电磁感应定律的理解
如图所示,将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中.(1)快速插入和缓慢插入磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？
答案　磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大.
(2)分别用一根磁铁和两根磁铁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？
答案　用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大,磁通量变化率也较大,指针偏转角度较大.
(3)指针偏转角度取决于什么？
答案　指针偏转角度大小取决于 的大小.
例1　关于感应电动势的大小,下列说法中正确的是 A.穿过线圈的磁通量Φ最大时,所产生的感应电动势就一定最大B.穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时,所产生的感应电动势也增大C.穿过线圈的磁通量Φ等于0,所产生的感应电动势就一定为0D.穿过线圈的磁通量的变化率 越大,所产生的感应电动势就越大
解析　根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系.当磁通量Φ很大时,感应电动势可能很小,甚至为0.当磁通量Φ等于0时,其变化率可能很大,产生的感应电动势也可能很大,而ΔΦ增大时, 可能减小.如图所示,t1时刻,Φ最大,但E＝0；0～t1时间内ΔΦ增大,但 减小,E减小；t2时刻,Φ＝0,但 最大,E最大.故D正确.
例2　如图4甲所示,一个圆形线圈的匝数n＝1 000匝,线圈面积S＝200 cm2,线圈的电阻r＝1 Ω,线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻,把线圈放入一方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示,求：图4(1)前4 s内的感应电动势的大小及电阻R上消耗的功率；
答案　1 V　0.16 W
解析　前4 s内磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝S(B2－B1)＝200×10－4×(0.4－0.2) Wb＝4×10－3 Wb
(2)前5 s内的平均感应电动势.
则第5 s末的磁感应强度B2′＝0.2 T,前5 s内磁通量的变化量ΔΦ′＝Φ2′－Φ1＝S(B2′－B1)＝200×10－4×(0.2－0.2) Wb＝0
二、导线切割磁感线时的感应电动势
1.导线切割磁感线时感应电动势表达式的推导如图5所示,闭合电路一部分导线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匀速垂直切割磁感线.图5则在Δt内穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ＝BΔS＝BlvΔt
2.对公式的理解(1)当B、l、v三个量方向互相垂直时,E＝Blv；当有任意两个量的方向互相平行时,E＝0.(2)当l垂直B、l垂直v,而v与B成θ角时,导线切割磁感线产生的感应电动势大小为E＝Blvsin θ.(3)若导线是曲折的,或l与v不垂直时,E＝Blv中的l应为导线在与v垂直的方向上的投影长度,即有效切割长度.
例3　如图6所示的情况中,金属导体中产生的感应电动势为Blv的是图6A.丙和丁　　　B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁　　　D.只有乙
解析　公式E＝Blv中的l应指导体的有效切割长度,甲、乙、丁中的有效切割长度均为l,电动势E＝Blv；而丙的有效切割长度为0,电动势为0,故选项B正确.
例4　如图7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.问：图7(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？
解析　第3 s末,夹在导轨间导体的长度为：
(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？
[学科素养]　本题通过对瞬时感应电动势和平均感应电动势的计算,加深了学生对公式E＝ 和E＝Blv适用条件的理解.知道E＝ 研究整个闭合回路,适用于计算各种电磁感应现象中Δt内的平均感应电动势；E＝Blv研究的是闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体,只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势,可以是平均感应电动势,也可以是瞬时感应电动势.通过这样的训练,锻炼了学生的综合分析能力,体现了“科学思维”的学科素养.
1.区别E＝ 研究的是整个闭合回路,适用于计算各种电磁感应现象中Δt内的平均感应电动势；E＝Blv研究的是闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体,只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势,可以是平均感应电动势,也可以是瞬时感应电动势.2.联系E＝Blv是由E＝ 在一定条件下推导出来的,该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论.
2.(公式E＝　 的应用)(多选)如图9甲所示,线圈的匝数n＝100匝,横截面积S＝50 cm2,线圈总电阻r＝10 Ω,沿轴向有匀强磁场,设图示磁场方向为正方向,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化,则在开始的0.1 s内A.磁通量的变化量为0.25 WbB.磁通量的变化率为2.5×10－2 Wb/sC.a、b间电压为0D.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,由于0时刻和0.1 s时刻的磁场方向相反,磁通量穿入的方向不同,则ΔΦ＝(0.1＋0.4)×50×10－4 Wb＝2.5×10－3 Wb,A项错误；
3.(公式E＝Blv的应用)如图10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,将此棒弯成两段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
4.(两公式的对比应用)(多选)如图11所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面向下.回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是A.感应电动势最大值E＝2BavB.感应电动势最大值E＝Bav
解析　在半圆形闭合回路进入磁场的过程中,有效切割长度如图所示,所以进入过程中l先逐渐增大到a,然后再逐渐减小为0,由E＝Blv可知,最大值Emax＝Bav,最小值为0,A错误,B正确；
5.(公式E＝ 的应用)(2018·南通中学高二上学期期中)如图12甲所示,在一个正方形金属线圈区域内存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场,磁场的方向与线圈平面垂直.金属线圈所围的面积S＝200 cm2,匝数n＝1 000,线圈电阻r＝2.0 Ω.线圈与电阻R构成闭合回路,电阻的阻值R＝8.0 Ω.匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示,求：(1)t1＝2.0 s时线圈产生感应电动势的大小；
(2)在t1＝2.0 s时通过电阻R的感应电流的大小和方向；
答案　0.1 A　方向b→R→a
解得I1＝0.1 A,由楞次定律可判断流过电阻R的感应电流方向为b→R→a