人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律教学演示ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律教学演示ppt课件，共51页。PPT课件主要包含了磁通量，电磁感应，磁通量的变化率，Blv，Blvsinθ，答案B，答案C，答案ACD，答案D，课堂评价等内容，欢迎下载使用。

2　法拉第电磁感应定律
知识点一 　电磁感应定律
1.如图所示,导体棒在磁场中做切割磁感线运动,电路中产生感应电流.导体棒切割磁感线的 越大,磁体的 越强,产生的感应电流就越大.
2.如图所示,线圈与电流表组成闭合回路,条形磁体插入线圈,电路中产生感应电流.磁体的 越强,插入的 越大,产生的感应电流就越大.
3.上述现象向我们提示,当回路中的电阻一定时,感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关.电路中有电流必然存在电动势,结合前面的分析可知,电动势的大小与 的变化快慢有关,即与 的变化率有关.
6.在电磁感应现象中,有感应电动势,就一定有感应电流,这句话正确吗?为什么?
答案:不正确.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.但有感应电动势不一定存在感应电流,若电路闭合,则有感应电流;若电路不闭合,则只有感应电动势,没有感应电流.
知识点二　导线切割磁感线时的感应电动势
1.导线的运动方向既与导线本身垂直,又与磁感线方向垂直,产生的感应电动势E= .2.导线的运动方向与导线本身垂直,但与磁感线方向有一个夹角θ,产生的感应电动势E= . 
3.导线运动速度越大,产生的感应电动势就越大吗?
答案:导线切割磁感线时,产生的感应电动势的大小与垂直磁感线方向的速度有关,而速度大,垂直磁感线方向的速度不一定大,所以导线运动速度越大,产生的感应电动势不一定越大.
探究一　法拉第电磁感应定律
如图所示,闭合开关S,当把磁体插入或拔出线圈时,电流表的指针发生偏转.
1.电流表指针偏转的原因是什么?
答案:穿过回路的磁通量变化,回路中产生感应电动势,从而产生感应电流.
2.电流表指针偏转程度与感应电动势的大小有什么关系?电源在哪里?
3.同样的磁体、同样的线圈,快速和缓慢移动磁体,产生的效果有什么相同点和不同点?
答案:磁体快速和缓慢插入或拔出线圈时磁通量变化量相同;磁通量变化的快慢不同,也就是磁通量的变化率不同,指针的偏转角度不同,产生的感应电动势、感应电流的大小不同.
4.用同样的速度把磁性强弱不同的磁体插入同样的线圈时,有什么相同点和不同点?
答案:用同样的速度把磁性强弱不同的磁体插入同样的线圈时,磁体穿过线圈的时间是相同的,但是磁体的磁性强弱不同,磁感应强度不同,穿过线圈的磁通量的变化不同,磁通量的变化率也不同,产生的感应电动势不同.
5.用同样的速度把同样的磁体插入匝数不同的线圈时,有什么相同点和不同点?
答案:用同样的速度把同样的磁体插入匝数不同的线圈时,穿过线圈的磁通量的变化率相同,但线圈是由n个单匝线圈串联而成的,整个线圈中的感应电动势是单匝线圈产生电动势的n倍,所以产生的感应电动势不相同.
6.结合以上分析,感应电动势的大小可能与什么因素有关?
7.请结合实验结论和法拉第电磁感应定律的内容,尝试推导法拉第电磁感应定律的表达式.
答案:跟磁通量的变化率和线圈的匝数有关.
【典例1】穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t的变化图像分别如图所示,下列关于回路中产生的感应电动势的说法正确的是(　)
A.图甲回路中感应电动势恒定不变B.图乙回路中感应电动势恒定不变C.图丙回路中0~t1时间内感应电动势小于t1~t2时间内感应电动势D.图丁回路中感应电动势先变大后变小
探究二　导线切割磁感线时的感应电动势
如图所示,把矩形线框CDMN放在磁感应强度为B的匀强磁场里,线框平面跟磁感线垂直.设线框可动部分导体棒的长度为l,它以速度v向右运动.在Δt时间内,由原来的位置MN移动到M1N1.
1.这个过程中,穿过线框的磁通量的变化量是多少?试求该过程中感应电动势的大小.
2.若磁场以一定的速度运动,线框不动,则公式E=Blv中的“v”如何理解?
答案:公式中的v可以理解为导线和磁场间的相对运动速度.
3.如果导线的运动方向与导线本身是垂直的,但与磁感线方向有一个夹角θ,如图所示,导线产生的感应电动势是多少?
答案:将速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsin θ和平行于磁感线的分量v2=vcs θ.v2方向导线不切割磁感线,不产生感应电动势.v1方向导线切割磁感线,产生的感应电动势为E=Blv1,因此E=Blvsin θ.
4.如图所示,导体棒CD在匀强磁场中运动.自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力.
答案:导体棒中的自由电荷(电子)平行于纸面斜向右下方运动.以导体棒为参考系,自由电荷(电子)由C→D运动.
(1)自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?以导体棒为参考系,自由电荷向哪个方向运动?
(2)如果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?
答案:不会.因为随着导体棒两端聚集的电荷越来越多,导体棒两端产生电势差,当电荷因感应电场受到的力与电荷所受的洛伦兹力平衡时,自由电荷将不再沿着导体棒运动.C端电势高.
5.如果没有外力作用于导体棒,导体棒将如何运动?能量是如何转化的?
答案:如果没有外力作用于导体棒,导体棒将做减速运动至最后静止.该过程中导体棒克服安培力做功,动能将减小,动能转化为电能.
1.对E=Blvsin θ的理解.(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论,通常用来求导体运动速度为v时的瞬时感应电动势,若v为平均速度,则E为平均感应电动势.(2)当l垂直于B、l垂直于v,而v与B成θ角时,导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E=Blvsin θ.当有任意两个量的方向平行时,E=0.
(3)式中的l应理解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垂直的等效线段长度,即图中虚线ab的长度.
2.感应电动势的三个表达式的对比.
【典例2】如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度变为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2.通过电阻R的电流方向及E1∶E2分别为(　　)
A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1 C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2
解析:金属杆水平切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,金属杆切割磁感线产生的感应电流方向可用右手定则判断.由右手定则判断可得,电阻R上的电流方向为a→c,由E=Blv知,E1=Blv,E2=2Blv,则E1∶E2=1∶2,故选项C正确.
【变式】(多选)如图所示,将一导线弯成半径为r的半圆形闭合线框.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.线框以速度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(　　)
探究三 电磁感应中电路的分析和计算
如图所示,面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,已知磁感应强度随时间变化的规律为B=(2+0.2t)(T),定值电阻R1=6 Ω,线圈电阻R2=4 Ω.
1.电阻R1上有电流通过,该电流是怎样产生的?
答案:由于线圈所处磁场变化,穿过线圈的磁通量发生变化,线圈产生感应电动势,相当于一个电源给电阻R1供电.
2.如何比较a、b两点电势的高低?线圈产生的感应电动势和感应电流的大小分别是多少?
1.电路分析.产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源,其电阻相当于电源的内阻,这部分电路相当于内电路,电路的其他部分可看作外电路,必要时画出等效电路图,利用闭合电路的有关知识进行分析计算.2.“电源”正、负极的确定.根据楞次定律、安培定则或右手定则可以判断感应电流的方向,电源内部的电流由负极流向正极.
【典例3】(2021·广东东莞)如图甲所示,单匝线圈两端A、B与一理想电压表相连,线圈内有一垂直于纸面向里的匀强磁场,线圈中的磁通量变化规律如图乙所示.下列说法正确的是 (　　)
【变式】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一边长为l的正方形导线框,其MN边质量为m,其余边质量不计,导线框的电阻为R,CD边有固定的水平轴,导线框可以绕其转动.现将导线框拉至水平位置由静止释放,不计摩擦和空气阻力,经过时间t导线框第一次运动到竖直位置,此时MN边的速度为v,求:
(1)此过程中线框产生的平均感应电动势的大小;(2)此过程中通过线框的电荷量q;(3)线框运动到竖直位置时产生的感应电动势的大小.
1.如图所示，各图中的条形磁体均相同,当条形磁体以图示方式穿过相同的线圈时,线圈中产生的感应电动势最大的是(　)
解析:根据法拉第电磁感应定律,可知感应电动势和磁通量的变化率成正比,在D中两个相同磁体的磁场较强,向下运动的速度较大,所以磁通量的变化率较大,感应电动势较大.选项D正确.
2.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0垂直于棒抛出,设运动的整个过程中不计空气阻力,金属棒始终保持水平,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将(　　)
A.越来越大 B.越来越小C.保持不变 D.无法确定
解析:金属棒做平抛运动,水平速度不变,且水平速度即为金属棒垂直切割磁感线的速度,故感应电动势保持不变.
3.(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>I3 D.I1=I2=I3
4.如图所示,水平放置的平行金属导轨相距l=0.50 m,左端接一阻值R=0.20 Ω的定值电阻,磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场,方向垂直于导轨平面.导体棒ab垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab以v=4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时:
(1)求ab棒中感应电动势的大小;(2)求回路中感应电流的大小;(3)求ab棒中哪端电势高;(4)求维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小.
答案:(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)a端　(4)0.8 N
情境　电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音.
问题　下列说法错误的是(　　)A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作B.取走磁体,电吉他将不能正常工作C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化