Физика • профильный уровень 45 минут

Электромагнитная индукция

Как изменение магнитного потока создаёт ЭДС — и почему направление тока подчиняется закону сохранения энергии.

Φ = BS cos αℰ = −N·dΦ/dtправило Ленцазадачи ЕГЭ
NS v гальванометр
Проблемная постановка ≈ 2 мин

Магнитное поле есть. Почему тока может не быть?

Ситуация A

Постоянный магнит неподвижен внутри катушки.

B ≠ 0, но Φ = const

Индукционного тока нет.

Ситуация B

Тот же магнит движется относительно катушки.

B меняется во времени → Φ меняется

Возникает ЭДС индукции.

Ключевая идея урока: электромагнитная индукция связана не с самим магнитным полем, а с изменением магнитного потока через контур.

Наблюдение → закономерность ≈ 3 мин

Что показывает опыт Фарадея?

1. Магнит неподвижен

Стрелка гальванометра возвращается к нулю.

Поток перестал меняться.

2. Движем быстрее

Отклонение стрелки становится больше.

Больше скорость изменения потока.

3. Меняем направление

Стрелка отклоняется в противоположную сторону.

Меняется знак dΦ/dt.

|ℰ| ∝ скорости изменения магнитного потока

Это не лабораторная работа: на уроке достаточно демонстрации или интерактивной визуализации.

Новый термин ≈ 4 мин

Магнитный поток Φ

Φ

Физический смысл

Характеризует, насколько сильно магнитное поле «пронизывает» выбранную поверхность.

Φ = B S cos α

для однородного поля и плоской поверхности

Что такое α?

n B α

α — угол между вектором B и нормалью n к поверхности.

Интерактивная модель ≈ 4 мин

Изменяйте параметры и следите за Φ

Φ = …

Единица магнитного потока: 1 Вб = 1 Тл·м².

n Толщина линий условно отражает B

Три физических механизма ≈ 2 мин

Индукция возможна даже без движения магнита

B меняется

Меняется величина магнитного поля.

Например, ток в электромагните изменяется.

S меняется

Меняется площадь контура, находящаяся в поле.

Например, рамка входит в область поля.

α меняется

Рамка поворачивается относительно поля.

Основа работы генератора переменного тока.

Φ(t) = B(t) · S(t) · cos α(t)

Важно не что меняется, а то, что меняется магнитный поток.

Количественный закон ≈ 4 мин

От наблюдения к закону Фарадея

1

Эксперимент: чем быстрее меняется Φ, тем больше |ℰ|.

2

Средняя скорость изменения потока: ΔΦ/Δt.

3

В пределе Δt → 0 получаем производную dΦ/dt.

4

Знак «−» задаёт правило Ленца.

ℰср = − N · ΔΦ / Δt
ℰ = − N · dΦ/dt

N — число витков; Φ — поток через один виток.

Проверка формулы ≈ 2 мин

Почему Вб/с — это вольт?

[ℰ] = [Φ]/[t] = Вб/с

По определению СИ:

1 Вб/с = 1 В

Смысл

Если поток через один виток изменился на 1 Вб за 1 с, модуль средней ЭДС в одном витке равен 1 В.

ЭДС зависит от темпа изменения потока, а не от его абсолютного значения.

Направление индукционного тока ≈ 4 мин

Знак «−» — это правило Ленца

NS

Индукционный ток создаёт магнитное поле, которое противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.

Противодействует именно изменению, а не «всегда внешнему полю».

Алгоритм для задач ≈ 3 мин

Как определить направление тока за 4 шага

1

Определите направление внешнего B через контур.

2

Решите: магнитный поток увеличивается или уменьшается?

3

По Ленцу выберите направление собственного поля Bинд, которое мешает этому изменению.

4

По правилу правой руки найдите направление индукционного тока.

Не начинайте сразу с направления тока. Сначала поток → затем Bинд → только потом ток.

Связь с генератором ≈ 3 мин

Вращающаяся рамка → синусоидальная ЭДС

Пусть рамка вращается с постоянной угловой скоростью ω:

α = ωt
Φ = B S cos(ωt)

Тогда по закону Фарадея:

ℰ = −N dΦ/dt = NBSω sin(ωt)
ℰt

Эта модель — мост к теме переменного тока.

Типовая расчётная задача ≈ 3 мин

Изменяется магнитный поток

Условие. Магнитный поток через один виток катушки изменился от 8 мВб до 2 мВб за 0,020 с. Катушка содержит 50 витков. Найдите модуль средней ЭДС индукции.

Φ₁ = 8·10⁻³ Вб
Φ₂ = 2·10⁻³ Вб
Δt = 2,0·10⁻² с
N = 50

1. Изменение потока:

|ΔΦ| = |2−8|·10⁻³ = 6·10⁻³ Вб

2. Закон Фарадея:

|ℰ| = N·|ΔΦ|/Δt
|ℰ| = 50·6·10⁻³ / 0,020 = 15 В
Типовая задача на Φ ≈ 3 мин

Поле меняется, рамка неподвижна

Катушка из 200 витков имеет площадь каждого витка 50 см². Вектор B перпендикулярен плоскости витка. Индукция равномерно увеличивается от 0,20 Тл до 0,80 Тл за 0,050 с. Найдите модуль ЭДС.

Перевод площади: 50 см² = 5,0·10⁻³ м².

α=0°, поэтому cosα=1.

|ΔΦ| = S·|ΔB| = 5·10⁻³·0,60 = 3·10⁻³ Вб
|ℰ| = 200·3·10⁻³ / 0,050 = 12 В

Типичная ошибка: забыть перевести см² в м².

Авторская задача в формате ЕГЭ ≈ 3 мин

График Φ(t): где ЭДС максимальна?

Φ, мВбt, c 01234 246810

Вопрос. На каком интервале времени модуль ЭДС индукции в одном витке наибольший?

Идея: |ℰ| = |dΦ/dt| — это модуль наклона графика Φ(t).

Авторская задача в формате ЕГЭ ≈ 2 мин

Может ли ЭДС быть нулевой при Φ ≠ 0?

Замкнутая рамка неподвижна в однородном постоянном магнитном поле. Магнитный поток через рамку равен 0,030 Вб и не меняется. Чему равна ЭДС индукции?

Это одна из главных концептуальных ловушек: Φ ≠ 0 не означает ℰ ≠ 0. Нужна величина dΦ/dt.

Антиошибки ≈ 2 мин

Пять ловушек, которые встречаются в задачах

❌ α — угол с плоскостью рамки.

✓ α — угол с нормалью.

❌ Есть B → обязательно есть ЭДС.

✓ Нужен dΦ/dt ≠ 0.

❌ Для катушки забываем N.

✓ ℰ = −N dΦ/dt.

❌ см² переводим как 10⁻² м².

✓ 1 см² = 10⁻⁴ м².

❌ Ленц «всегда против B».

✓ Он против изменения потока.

❌ Знак «−» используют как «ЭДС отрицательна».

✓ Знак фиксирует направление в выбранной ориентации контура.

Собираем тему в одну схему ≈ 2 мин

Причинная цепочка

1. Поток

Φ = BS cosα
→

2. Изменение

dΦ/dt
→

3. ЭДС

ℰ = −N dΦ/dt
→

4. Ток

I = ℰ/R

Физический смысл: изменяющийся магнитный поток создаёт вихревое электрическое поле; в проводящем замкнутом контуре оно приводит к индукционному току.

Рефлексия • 6 вопросов ≈ 5 мин

Проверьте, что осталось после урока

Результат

0 / 6

Ответьте на вопросы. Результат обновляется автоматически.


Рефлексия проверяет четыре опорных идеи: поток, изменение потока, закон Фарадея, правило Ленца.

Итог урока ≈ 1 мин

Три фразы, которые нужно унести с урока

01

Магнитный поток — Φ = BS cosα.

02

ЭДС возникает, когда поток изменяется: ℰ = −N dΦ/dt.

03

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца.

изменение Φ → ℰ → индукционный ток

Следующий естественный шаг: самоиндукция, индуктивность и энергия магнитного поля.

Резерв • ЕГЭ не входит в 45 мин

ЭДС в движущемся проводнике

Прямой проводник длины l движется со скоростью v в однородном поле B.

|ℰ| = B l v sinβ

β — угол между B и v; в стандартной конфигурации β=90°.

Задача. l=0,40 м, B=0,50 Тл, v=6,0 м/с, B ⟂ v. Найдите ЭДС.

ℰ = 0,50·0,40·6,0 = 1,2 В
Резерв • профиль / ЕГЭ не входит в 45 мин

Рамка вращается в магнитном поле

Рамка из N=100 витков площадью S=40 см² равномерно вращается в поле B=0,25 Тл с частотой 50 Гц. Определите амплитуду ЭДС.

ω = 2πf = 100π рад/с; S=4,0·10⁻³ м².

ℰmax = NBSω
ℰmax = 100·0,25·4·10⁻³·100π ≈ 31,4 В
Учителю справочный слайд

На что опирается содержание

Федеральная рабочая программа

Физика, 10–11 классы, углублённый уровень: магнитный поток, ЭДС индукции, закон Фарадея, правило Ленца, решение расчётных и качественных задач.

В действующей федеральной программе блок «Электромагнитная индукция» размещён в 11 классе; презентация может использоваться в профильном 10 классе при соответствующей последовательности локальной рабочей программы.

Официальная ФРП на ЕДСОО

ЕГЭ

Задания в этой презентации авторские, но построены по проверяемым элементам содержания ФИПИ: магнитный поток, явление электромагнитной индукции, закон Фарадея и правило Ленца.

Проекты КИМ ЕГЭ 2027

Навигатор подготовки ФИПИ

Управление: ←/→ или PageUp/PageDown — слайды; F — полноэкранный режим; N — заметки учителя; O — обзор; T — таймер.

Заметки учителя

00:00