高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律示范课课件ppt

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1．感应电动势．(1)在________现象中产生的电动势叫作感应电动势，产生感应电动势的那部分导体就相当于________．(2)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路________，这时虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在．
2．磁通量的变化率．磁通量的变化率表示________变化的快慢，用________表示，其中ΔΦ表示磁通量的变化量，Δt表示发生磁通量变化所用的时间．3．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________．
产生感应电动势的电路一定是闭合的吗？【答案】当闭合电路中磁通量发生变化时，会产生感应电动势和感应电流；如果电路不闭合，仍会产生感应电动势，但不会产生感应电流．
如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(　　)
1．导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，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，如图乙所示，E＝__________.
导线切割磁感线时的感应电动势
如图所示，在磁感应强度为B、方向垂直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；若磁感应强度增大为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与E2之比分别为(　　)A．c→a,2∶1　　B．a→c,2∶1C．a→c,1∶2　　D．c→a,1∶2
【答案】C　【解析】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C正确．
例1　如图甲所示，一个圆形线圈匝数n＝1 000 匝、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.解：(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是垂直纸面向里，故a点的电势高．(3)在t＝5 s时，回路中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.
变式1　如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直．磁感应强度B随时间均匀增大．两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响．下列说法正确的是(　　)A．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向
理解E＝Blv的四个性质．
导线切割磁感线时的感应电动势E＝Blv
例2　如图所示，水平放置的两平行金属导轨相距L＝0.50 m，左端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，导体棒ac(长为L)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ac棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：
(1)ac棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小；(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小．
解：(1)ac棒垂直切割磁感线，产生感应电动势的大小为E＝BLv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V.由右手定则知，ac棒中的感应电流由c流向a.(3)ac棒受到的安培力大小为F安＝BIL＝0.40×4.0×0.50 N＝0.80 N，由左手定则知，安培力方向向左．由于导体棒匀速运动，水平方向受力平衡，则F外＝F安＝0.80 N，方向水平向右．
变式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抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将怎样变化？解：感应电动势E＝BLvsin θ＝BLv0.ab做平抛运动，水平速度保持不变，故感应电动势保持不变．
导体棒转动切割磁感线时的感应电动势
例3　(多选)如图所示，半径为L的半圆弧轨道PQS固定，电阻忽略不计，O为圆心．OM是可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好，OM金属杆的电阻与OP金属杆的阻值相同．空间存在如图的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度ω逆时针转到OS位置，则该过程(　　)
C．回路中电流方向沿M→Q→P→OD．回路中电流方向沿M→O→P→Q【答案】BD　
变式3　(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中．圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(　　)
A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍【答案】AB　
例4　如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为d，导轨平面与水平面的夹角θ＝30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为d的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为r＝R.两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻RL＝R，重力加速度为g.现闭合开关S，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F＝mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率．求：
(1)金属棒能达到的最大速度vm；(2)灯泡的额定功率PL；(3)若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑4L的过程中，金属棒上产生的电热Qr.
1．(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，则关于导线中产生的感应电动势的说法正确的是(　　)A．一定为0.1 V　　B．可能为零C．可能为0.01 V 　　D．最大值为0.1 V【答案】BCD　【解析】当公式E＝Blv中B、l、v互相垂直，导体切割磁感线运动时感应电动势最大Em＝Blv＝0.1×0.1×10 V＝0.1 V，考虑到它们三者的空间位置关系，B、C、D正确，A错误．
2．(多选)如图所示，位于同一水平面内的两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直．现有一平行于导轨的恒力F向右拉ab杆，使它由静止开始向右运动．杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计．用E表示回路中的感应电动势，i表示回路中的感应电流，在i随时间增大的过程中，电阻消耗的功率等于(　　)A．F的功率B．安培力的功率的绝对值C．F与安培力的合力的功率D．iE
【答案】BD　【解析】金属杆ab做加速度减小的加速运动，根据能量守恒可知，恒力F做的功等于杆增加的动能和电路中产生的电能．电阻消耗的功率等于电路中产生电能的功率，不等于恒力F的功率，故A错误；电阻消耗的功率等于克服安培力做功的功率，等于电路的电功率iE，故B、D正确，C错误．
3．闭合回路的磁通量Φ随时间t的变化图像分别如图所示，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，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【答案】B　
4．如图所示，有a、b两个闭合单匝正方形线圈，用材料和粗细均相同的导线制成，线圈边长la∶lb＝2∶1，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀变化，不考虑线圈之间的相互影响，则a、b线圈中感应电流大小之比为(　　)A．1∶2　　B．1∶1C．2∶1　　D．4∶1【答案】C　
5．如图甲为电动汽车无线充电原理图，M为受电线圈，N为送电线圈．图乙为受电线圈M 的示意图，线圈匝数为n、横截面积为S，a、b 两端连接车载变流装置，某段Δt 时间内线圈N产生的磁场平行于圆轴线向上穿过线圈M.下列说法正确是(　　)
A．当线圈N接入恒定电流时，不能为电动汽车充电B．当线圈M 中磁感应强度B不变时，线圈M 两端产生恒定电压C．当线圈M 中的磁感应强度B均匀增加时，线圈M 两端产生电压可能变大【答案】A　
6．如图所示，边长为0.1 m的正方形线圈ABCD在大小为0.5 T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动．初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1 s线圈转了90°，求：(1)线圈在1 s时间内产生的感应电动势的平均值；(2)线圈在1 s末的感应电动势大小．