资源简介

(共57张PPT)
第二章 电 磁 感 应
楞次定律
探究实验
01
法拉第电磁感应定律
02
导体切割磁感线时的感应电动势
03
新课引入
思考：甲图中当条形磁铁向下穿过螺线管时，G表中是否有感应电流？哪部分等效为电源？画出其等效电路图。
图甲
S
G
新课引入
思考：乙图中当条形磁铁向下穿过螺线管时，G表中是否有感应电流？是否有等效电源存在？画出其等效电路图。
图乙
S
G
思考：乙图如果把断开的导线连通的话是否产生感应电流？
图甲
图乙
探究能力：明确影响感应电动势的因素.
理解能力：理解并掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感
应定律定量计算感应电动势的大小.
应用能力：能够运用E＝Blv或E＝Blvsin θ计算导体切割磁感线时产生
的感应电动势.
了解动生电动势的概念，知道导线切割磁感线通过克服安
培力做功把其他形式的能转化为电能.
电磁感应
实验
实验：探究影响感应电动势的因素
通过演示实验回答下列问题：
(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　磁通量的变化量相同，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)分别用同种规格的一根磁体和两根磁体以相同速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？
答案　用两根磁体快速插入时磁通量的变化量较大，磁通量变化率也较大，指针偏转角度较大.
(3)感应电动势的大小取决于什么？
01
KEQIANRESHEN
>>课前热身 夯实基础
一、电磁感应定律
1.感应电动势
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_________________成正比.
(2)公式：E＝______，其中n为线圈的匝数.
(3)在国际单位制中，磁通量的单位是_________，感应电动势的单位是_______.
电磁感应
电源
磁通量的变化率
韦伯(Wb)
伏(V)
1.导线垂直于磁场方向运动，B、l、v两两垂直时，如图1所示，E＝____.
Blv
图1　　　　　　　　图2
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＝________.
Blvsin θ
3.导体棒转动切割磁感线产生的电动势
如图3所示，长为l的导体棒在磁场中绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动，磁场的磁感应强度为B，则AC在切割磁感线时产生的感应电动势为
图3
4.导体棒切割磁感线产生感应电流，导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向_____，导体棒克服_______做功，把其他形式的能转化为电能.
相反
安培力
HEXINJIEYI
>> 核心解疑 夯实基础
02
1、磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率 的比较
磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率
物理意义 某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数 在某一过程中，穿过某个面的磁通量的变化量 穿过某个面的磁通量变化的快慢
当B、S互相垂直时的大小 Φ＝BS ΔΦ＝
注意 若穿过的平面中有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝BS.Φ为抵消以后所剩余的磁通量 开始和转过180°时平面都与磁场垂直，但穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零 在Φ－t图像中，可用图线的斜率表示
2、公式E＝ 的理解
感应电动势的大小E由磁通量变化的快慢，即磁通量的变化率 决定，与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ无关.
3、公式E＝ 与E＝Blvsin θ的区别与联系
公式 E＝ E＝Blvsin θ
研究对象 某个回路 回路中做切割磁感线运动的那部分导体
内容 (1)求的是Δt时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程对应 (2)当Δt→0时，E为瞬时感应电动势 (1)若v为瞬时速度，求的是瞬时感应电动势
(2)若v为平均速度，求的是平均感应电动势
(3)当B、l、v三者均不变时，平均感应电动势与瞬时感应电动势相等
适用范围 对任何电路普遍适用 只适用于导体切割磁感线运动的情况
联系 (1)E＝Blvsin θ是由E＝ 在一定条件下推导出来的. (2)整个回路的感应电动势为零时，回路中某段导体的感应电动势不一定为零 例1、关于电磁感应，下述说法中正确的是（　　）
A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
B．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大
C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D．穿过线圈的磁通量最大时，感应电动势也最大
DIANLIJIEXI
>>典例解析 足本溯源
03
【答案】C
【解析】　根据法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大。感应电动势的大小与磁通量、磁通量的变化无关。
故选C。
例2、将多匝线圈置于磁感应强度大小随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势，下列说法正确的是（　　）
A．感应电动势与线圈的匝数无关
B．通过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
C．通过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D．通过线圈的磁通量为0，感应电动势一定也为0
【答案】C
【解析】A．由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 ，即感应电动势与线圈匝数有关，故A错误；
BC．根据 可知，穿过线圈的磁通量大，但若所用的时间长，则电动势可能小，感应电动势与磁通量的变化率有关，磁通量变化越快，感应电动势越大，故B错误，C正确；
D．通过线圈的磁通量为0，但磁通量变化率不一定为零，则感应电动势不一定也为0，故D错误。
故选C。
例3、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，下列说法正确的有（　　）
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
【答案】BCD
【解析】A．因铜质弦不能被磁化，电吉他将不能正常工作，A错误；
B．若取走磁铁，金属弦无法被磁化，电吉他将不能正常工作，B正确；
C．根据法拉第电磁感应定律知，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，C正确；
D．弦振动过程中，线圈中的磁通量一会增大一会减速，所以电流方向不断变化，D正确。
故选BCD。
例4、半径为r的圆环电阻为R，ab为圆环的一条直径．如图所示，在ab的一侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化关系为B=B0+kt（k＞0），则（　 　）
A．圆环中产生顺时针方向的感应电流
B．圆环具有扩张的趋势
C．圆环中感应电流的大小为
D．图中a、b两点间的电势差
【答案】C
【解析】由于磁场均匀增大，线圈中的磁通量变大，根据楞次定律可知线圈中电流为逆时针，同时为了阻碍磁通量的变化，线圈将有收缩的趋势，故AB错误；
根据法拉第电磁感应定律得电动势为：
回路中的电阻为R，所以电流大小为
故选项C正确；ab两端电压为：
故D错误．
例5、如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域，v1=2v2。在先后两种情况下（　　）
A．通过线圈某截面的电荷量之比q1∶q2=1∶1
B．线圈中的感应电流之比为I1∶I2=1∶1
C．线圈中的感应电流之比为I1∶I2=1∶2
D．通过线圈某截面的电荷量之比q1∶q2=2∶1
【答案】A
【解析】BC．匀速拉动时感应电流
已知v1=2v2，则
I1∶I2=2∶1
故BC错误；
AD．线框拉出磁场的时间
根据
可知通过某截面的电荷量之比为 q1∶q2=1∶1
故A正确，D错误。
故选A。
例6、如图所示，半径为R的圆形区域内存在垂直且向里的匀强磁场，磁感应强度为B。一根长为2R的导体杆ab水平放置，a端处在圆形磁场的边界，现使杆绕a端以角速度ω逆时针匀速旋转，当杆旋转了30°时（　　）
A．a端的电势高于b端的电势，杆电动势为
B．a端的电势低于b端的电势，杆电动势为
C．a端的电势高于b端的电势，杆电动势为
D．a端的电势低于b端的电势，杆电动势为
【答案】A
【解析】当杆旋转了30°时，由几何关系可得，在磁场中的杆的长度为
L=R
由法拉第电磁感应定律
可得杆电动势为
由右手定则可判断a端的电势高于b端的电势，所以A正确；BCD错误；
故选A。
例7、如图所示，固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，金属框两平行导轨间距为L。轨道左端接一阻值为的电阻R，金属棒ab在两导轨之间的电阻为r，导轨及其他电阻不计。若金属棒在外力的作用下，沿框架以速度v沿轨道水平向右做匀速直线运动。求：
（1）ab中的电流方向；a、b端电势哪端高；
（2）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属
棒切割磁感线产生的感应电动势表达式；
（3）求ab之间的电压Uab。
【答案】（1） ，a端电势高；（2）BLv；（3）
【解析】由右手定则知，中的电流方向从 ，a端电势高。
（2）根据
其中 n=1，
所以
（3）整个回路的电流为
所以
例8、歼-20战斗机为中国人民解放军研制的第四代战机.如图所示，机身长为L，机翼两端点C、D间的距离为d，现该战斗机在我国近海海域上空以速度v沿水平方向直线飞行，已知战斗机所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下、大小为B，C、D两点间的电压大小为U.则
A.U＝BLv，C点电势高于D点电势
B.U＝BLv，D点电势高于C点电势
C.U＝Bdv，C点电势高于D点电势
D.U＝Bdv，D点电势高于C点电势
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
【答案】D
【解析】战斗机在我国近海海域上空以速度v沿水平方向直线飞行，战斗机所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量为B，切割磁感线的长度为d，所以U＝Bdv；根据右手定则可知D点的电势高于C点的电势，选项D正确，A、B、C错误.
ZOUJINGAOKAO
>> 走近高考 身临其境
04
（2021全国甲卷）由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（　　）
A．甲和乙都加速运动
B．甲和乙都减速运动
C．甲加速运动，乙减速运动
D．甲减速运动，乙加速运动
【答案】AB
【解析】设线圈到磁场的高度为h，线圈的边长为l，则线圈下边刚进入磁场时，有
感应电动势为
两线圈材料相等（设密度为），质量相同（设为），则
设材料的电阻率为，则线圈电阻
感应电流为
安培力为
由牛顿第二定律有
联立解得
加速度和线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度。当 时，甲和乙都加速运动，当 时，甲和乙都减速运动，当 时都匀速。
故选AB。
SUITANGYANLIAN
>> 随堂演练 精准提升
05
1、闭合线圈中感应电流大小与穿过线圈的磁通量之间的关系的下列说法，可能的是（　　）
A．穿过线圈的磁通量很大而感应电流为零
B．穿过线圈的磁通量很小而感应电流很大
C．穿过线圈的磁通量变化而感应电流不变
D．穿过线圈的磁通量变化而感应电流为零
【答案】ABC
【解析】A．穿过线圈的磁通量很大，但磁通量的变化率为零，不产生感应电动势，感应电流为零，故A正确；
B．穿过线圈的磁通量很小，但如果磁通量的变化率很大，产生的感应电动势很大，感应电流很大，故B正确；
C．穿过线圈的磁通量变化，而磁通量的变化率不变，感应电动势不变，感应电流不变，故C正确；
D．穿过线圈的磁通量变化，且电路闭合，则感应电流不为零，故D错误。
故选ABC。
2、关于法拉第电磁感应定律的理解，下列说法错误的是（　　）
A．穿过闭合回路的磁通量为零时，感应电动势不一定为零
B．穿过闭合回路的磁通量最大时，感应电动势不一定最大
C．穿过同一闭合回路的磁通量的变化越大，感应电动势就一定越大
D．穿过同一闭合回路的磁通量的变化越快，感应电动势就一定越大
【答案】C
【解析】A．由法拉第电磁感应定律
线圈中磁通量变为零，但磁通量变化率不一定为零，所以产生的感应电动势也不一定为零，A正确；
B．由法拉第电磁感应定律
线圈中磁通量最大，但磁通量变化率不一定越大，所以产生的感应电动势也不一定越大，B正确；
C．由法拉第电磁感应定律
磁通量的变化越大，只能是 大，如果Δt 很长，感应电动势可能很小， C错误；
D．由法拉第电磁感应定律
可知穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大， D正确。
故选C。
3、许多智能手机都有无线充电功能。其基本原理是：充电底座以及手机终端分别内置了线圈，送电线圈通有一定频率的交流电，当两者靠近，通过电磁感应在手机受电线圈中产生一定的感应电流，从而将电能从发射端转移到接收端，便开始从充电座向手机进行供电，忽略送电线圈和受电线圈的电阻。下列关于无线充电的说法正确的是（　　）
A．充电底座可用大容量的干电池作为电源
B．送电、受电线圈受到的安培力一定是引力
C．受电线圈中电流的大小与电源频率有关
D．受电线圈中电流的大小与受电线圈匝数有关
【答案】CD
【解析】A．变化的磁场才能在受电线圈中产生感应电流，故充电底座只能使用交流电源，故A错误；
B．由楞次定律可知，当送电线圈中电流增大时，两线圈表现为斥力，电流减小时，表现为引力，故B错误；
CD．由法拉第电磁感应定律可知：感应电流大小与线圈匝数和磁通量变化率均有关，而电源频率决定磁通量变化率，故CD正确。
故选CD。
4、如图所示，A、B两个闭合单匝线圈用完全相同的导线制成，半径rA=3rB，图示区域内有匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀减小，则（　　）
A．A、B线圈中产生的感应电动势EA:EB=3:1
B．A、B线圈中产生的感应电动势EA:EB=6:1
C．A、B线圈中产生的感应电流IA:IB=3:1
D．A、B线圈中产生的感应电流IA:IB=1:1
【答案】C
【解析】AB．根据法拉第电磁感应定律，可得
则有
故AB错误；
CD．设线圈单位长度的电阻为R，根据闭合电路的欧姆定律有
联立解得
故C正确，D错误。
故选C。
5、用一根横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径．如图所示，在ab的左侧存在一个匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图，磁感应强度大小随时间的变化率则
A．圆环中产生逆时针方向的感应电流
B．圆环具有扩张的趋势
C．圆环中感应电流的大小为
D．图中a、b两点间的电势差
【答案】BD
【解析】A.磁通量向里减小，由楞次定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向为顺时针，故选项A不符合题意；
B.由楞次定律的“来拒去留”可知，为了阻碍磁通量的减小，线圈有扩张的趋势，故选项B符合题意；
C.由法拉第电磁感应定律可知：
线圈电阻 ，感应电流 ，故选项C不符合题意；
D.与闭合电路欧姆定律可知两点间的电势差为 ，故选项D符合题意；
6、如图8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两段，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
图8
【答案】B
【解析】设折弯前金属棒切割磁感线的长度为L，E＝BLv；
7、如图5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
图5
【答案】D
【解析】金属棒MN垂直于磁场放置，运动速度v与棒垂直，且v⊥B，
8、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5m/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0.2T。问：
(1)第3s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为多大；
(2)3s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。
【答案】C
【解析】(1)第3s末，夹在导轨间导体的长度为
解得：
根据： E=Blv
解得：
(2)3s内回路中磁通量的变化量
解得：
3s内电路中产生的平均感应电动势为
解得：
9、如图所示，电阻不计的导轨OPQS固定，其中PQS是半径为r的半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心．OM是长为r的可绕O转动的金属杆，其电阻为R、M端与导轨接触良好．空间存在与平面垂直且向里的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度的大小为B，现使OM从OQ位置起以角速度ω逆时针匀速转到OS位置．则该过程中（ ）
A．产生的感应电流大小恒定，方向为 OPQMO
B．通过OM的电荷量为
C．回路中的感应电动势大小为Br2ω
D．金属杆OM的发热功率为
【答案】C
【解析】A项：由导体棒绕其端点在磁场中转动时产生的电动势为：，
所以产生的电动势恒定，电流恒定，由于磁场方向垂直纸面向里，由右手定则可知电流的方向为OPQMO，故A正确；
B项：由公式 ，故B正确；
C项：由A分析可知， ，，故C错误；
D项：由闭合电路欧姆定律得： ,发热功率为： 故D错误．故应选：AB．
10、小明同学设计了一个“电磁天平”，如图所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，线圈没有电流时，两臂平衡。线圈的水平边长，竖直边长，匝数为匝，总电阻。线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度，方向垂直线圈平面向里。在线圈上部另加垂直纸面的匀强磁场，且磁感应强度B随时间均匀增大，磁场区域宽度。当挂盘中放质量为的物体时，天平平衡，重力加速度取，求：
（1）请判断磁场B的方向及磁感应强度的变化率；
（2）若挂盘重物的重量增大，为保持两侧平衡，
请你写出一种可行的方案。
【答案】（1）垂直纸面向外, ；（2）可以适当增大或者适当增大B的变化率
【解析】（1）磁场方向垂直纸面向外。由电磁感应定律得
由欧姆定律得
线圈受到的安培力
天平平衡
代入数据可得
（2）可以适当增大或者适当增大B的变化率。

展开更多......

收起↑