《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 4 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 新人教版選修3-2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 4 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 新人教版選修3-2（10頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、4　法拉第電磁感應(yīng)定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念．　2.理解法拉第電磁感應(yīng)定律，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?重點(diǎn)、難點(diǎn))　3.能運(yùn)用計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．(重點(diǎn))　4.知道反電動(dòng)勢(shì)的定義和作用． 一、電磁感應(yīng)定律 1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫作感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源． (2)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，若閉合導(dǎo)體回路中有感應(yīng)電流，電路就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；如果電路斷開(kāi)，這時(shí)雖然沒(méi)有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在． 2．磁通量的變化率 磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢，用表示，其中ΔΦ

2、表示磁通量的變化量，Δt表示發(fā)生磁通量變化所用的時(shí)間． 3．法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比． (2)公式：E＝. 若閉合電路是一個(gè)匝數(shù)為n的線圈，則E＝n. (3)在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的單位是伏特． 二、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1．導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，B、l、v兩兩垂直時(shí)，如圖甲所示，E＝Blv. 2．導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直，但與磁感線方向夾角為θ時(shí)，如圖乙所示，E＝Blvsin_θ. 甲　　　　　　　乙 三、反電動(dòng)勢(shì) 1．定義：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于切割磁感線，線圈中

3、產(chǎn)生的削弱電源電動(dòng)勢(shì)作用的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 2．作用：反電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)．如果要使線圈維持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電源就要向電動(dòng)機(jī)提供能量，此時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)穿過(guò)某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大． (×) (2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則或楞次定律判斷． (√) (3)穿過(guò)閉合回路的磁通量最大時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定最大． (×) (4)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大． (×) (5)電動(dòng)機(jī)工作中由于機(jī)械阻力過(guò)大而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，就沒(méi)有了反電動(dòng)勢(shì)，線圈中的電流就會(huì)很大，很

4、容易燒毀電動(dòng)機(jī)． (√) 2．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng)，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1；若磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋2.通過(guò)電阻R的電流方向及E1與E2之比分別為(　　) A．c→a,2∶1　　　　　 B．a(chǎn)→c,2∶1 C．a(chǎn)→c,1∶2 D．c→a,1∶2 C　[由右手定則判斷可得，電阻R上的電流方向?yàn)閍→c，由E＝Blv知E1＝Blv，E2＝2Blv，則E1∶E2＝1∶2，故選項(xiàng)C正確．] 3．如圖所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長(zhǎng)為a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直

5、，且一半處在磁場(chǎng)中．在Δt時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過(guò)程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(　　) A.　　　　　　　 B. C. D. B　[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律解題．線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝n＝n··S＝n··＝，選項(xiàng)B正確．] 對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1．理解公式E＝n (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小取決于穿過(guò)電路的磁通量的變化率，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒(méi)有必然的關(guān)系，與電路的電阻R無(wú)關(guān)；感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和回路總電阻R有關(guān)． (2)磁通量的變化率，是Φ-t圖象上某點(diǎn)切線的斜率，可反映單匝線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向．

6、 (3)E＝n只表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不涉及其正負(fù)，計(jì)算時(shí)ΔΦ應(yīng)取絕對(duì)值．感應(yīng)電流的方向可以用楞次定律去判定． (4)磁通量發(fā)生變化有三種方式 ①B不變，S變化，則＝B·； ②B改變，S不變，則＝·S； ③B、S變化，則＝. 2．由E＝n可求得平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)閉合電路歐姆定律可求得電路中的平均電流I＝＝，通過(guò)電路中導(dǎo)體橫截面的電荷量Q＝IΔt＝n. 3．注意：對(duì)于磁通量的變化量和磁通量的變化率來(lái)說(shuō)，穿過(guò)一匝線圈和穿過(guò)n匝線圈是一樣的，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則不一樣，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比． 【例1】　(2019·全國(guó)卷Ⅰ)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其邊界如圖

7、(a)中虛線MN所示．一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心O在MN上．t＝0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖(a)所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖(b)所示。則在t＝0到t＝t1的時(shí)間間隔內(nèi)(　　) A．圓環(huán)所受安培力的方向始終不變 B．圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針?lè)较? C．圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為 D．圓環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為 [答案]　BC 綜合法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，對(duì)于面積一定的線圈，不管磁場(chǎng)的方向如何變化，只要磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向均保持不變.所以在B-t圖象中，如果圖象為一條直線，

8、不管圖線在時(shí)間軸上方還是下方，整個(gè)過(guò)程感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流均為恒量. 1．一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)方向垂直．先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍．接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，在1 s時(shí)間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半．先后兩個(gè)過(guò)程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為(　　) A.　　　　B．1　　　　C．2　　　　D．4 B　[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n，設(shè)線框匝數(shù)為n，面積為S0，初始時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則第一種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1＝n＝nB0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2＝n＝nB0S0，所以?xún)煞N情況下線框中的

9、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，比值為1，故選項(xiàng)B正確．] 對(duì)公式E＝Blv的理解及應(yīng)用 1．對(duì)公式E＝Blv的理解 (1)當(dāng)B、l、v三個(gè)量方向相互垂直時(shí)，E＝Blv；當(dāng)有任意兩個(gè)量的方向平行時(shí)，E＝0. (2)式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的有效長(zhǎng)度． 若切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的，則應(yīng)取其與B和v方向都垂直的等效線段長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算．如圖中線段ab的長(zhǎng)即為導(dǎo)線切割磁感線的有效長(zhǎng)度． (3)公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場(chǎng)的相對(duì)速度，當(dāng)導(dǎo)線不動(dòng)而磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，也有電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生． 2．導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖所示，長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒ab以a為圓心，以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的

10、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可從兩個(gè)角度推導(dǎo)． (1)棒上各點(diǎn)速度不同，其平均速度＝ωl，由E＝Blv得棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E＝Bl·ωl＝Bl2ω. (2)若經(jīng)時(shí)間Δt，棒掃過(guò)的面積為ΔS＝πl(wèi)2＝l2ω·Δt，磁通量的變化量ΔΦ＝B·ΔS＝Bl2ω·Δt，由E＝得棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E＝Bl2ω. 【例2】　如圖所示，水平放置的兩平行金屬導(dǎo)軌相距L＝0.50 m，左端接一電阻R＝0.20 Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)體棒ac(長(zhǎng)為L(zhǎng))垂直放在導(dǎo)軌上，并能無(wú)摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)．當(dāng)ac棒以v＝4.0 m/s的速度水

11、平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求： (1)ac棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小； (2)回路中感應(yīng)電流的大??； (3)維持ac棒做勻速運(yùn)動(dòng)的水平外力的大?。? 思路點(diǎn)撥：本題可按以下思路進(jìn)行分析： [解析]　(1)ac棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 E＝BLv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V. (2)回路中感應(yīng)電流的大小為I＝＝ A＝4.0 A 由右手定則知，ac棒中的感應(yīng)電流由c流向a. (3)ac棒受到的安培力大小為 F安＝BIL＝0.40×4.0×0.50 N＝0.80 N， 由左手定則知，安培力方向向左．由于導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)，水平方向受力平衡， 則F外＝F安＝

12、0.80 N，方向水平向右． [答案]　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)0.80 N 【例3】　如圖所示，邊長(zhǎng)為a的正方形閉合線框ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，初始時(shí)刻線框所在平面與磁感線垂直，經(jīng)過(guò)時(shí)間t轉(zhuǎn)過(guò)120°角，求： (1)線框內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在t時(shí)間段內(nèi)的平均值； (2)轉(zhuǎn)過(guò)120°角時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值． [解析]　(1)設(shè)初始時(shí)刻線框向紙外的一面為正面，此時(shí)磁通量Φ1＝－Ba2， 磁感線從反面穿入，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后Φ2＝Ba2， 磁感線從正面穿出，磁通量的變化量為ΔΦ＝， 則＝＝. (2)由公式E＝Blvsin θ，v＝，θ＝120°

13、，l＝a， 所以E＝. [答案]　(1)　(2) 【例4】　(多選)法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示．銅圓盤(pán)安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤(pán)的邊緣和銅軸接觸．圓盤(pán)處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中．圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過(guò)電阻R的電流，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則電流大小恒定 B．若從上向下看，圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電流沿a到b的方向流動(dòng) C．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化 D．若圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 AB　[由右手定則知，圓盤(pán)按如題圖所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流沿a到b的方

14、向流動(dòng)，選項(xiàng)B正確；由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bl2ω知，角速度恒定，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，電流大小恒定，選項(xiàng)A正確；角速度大小變化，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小變化，但感應(yīng)電流方向不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若ω變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電流變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，由P＝I2R知，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的三個(gè)表達(dá)式對(duì)比 表達(dá) 式 E＝n E＝Blv E＝Bl2ω 情景 圖 研究 對(duì)象 回路(不一定閉合) 一段直導(dǎo)線(或等效成直導(dǎo)線) 繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體棒 意義 一般求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)Δt→0時(shí)求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 一般求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

15、，當(dāng)v為平均速度時(shí)求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 用平均值法求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 適用 條件 所有磁場(chǎng) 勻強(qiáng)磁場(chǎng) 勻強(qiáng)磁場(chǎng) 2．如圖所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直．從D點(diǎn)到達(dá)邊界開(kāi)始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止(磁場(chǎng)區(qū)域足夠大)，下列結(jié)論錯(cuò)誤的是(　　) A．感應(yīng)電流方向不變 B．CD段始終不受安培力 C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值E＝Bav D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值為πBav B　[感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E＝只能用來(lái)計(jì)算平均值，利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E＝Blv計(jì)算時(shí)，l應(yīng)是等效長(zhǎng)度

16、，即導(dǎo)體垂直切割磁感線的長(zhǎng)度．在閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)閉合回路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较虿蛔?，A正確；根據(jù)左手定則可以判斷，CD段所受安培力向下，B錯(cuò)誤；當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)一半時(shí)，等效長(zhǎng)度最大為a，這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為E＝Bav，C正確；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值＝＝＝πBav，D正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比，與磁通量及其變化量大小無(wú)關(guān)，即E＝n. 2．導(dǎo)線切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E＝Blvsin θ，其中θ表示v與B之間的夾角． 3．導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，感

17、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E＝Bl2ω. 1．如果閉合電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很大，那一定是因?yàn)?　　) A．穿過(guò)閉合電路的磁通量很大 B．穿過(guò)閉合電路的磁通量變化量很大 C．穿過(guò)閉合電路的磁通量的變化很快 D．閉合電路的電阻很小 C　[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)閉合電路的磁通量的變化率，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量大小、磁通量變化量大小、電路電阻無(wú)必然聯(lián)系，所以C正確，A、B、D錯(cuò)誤．] 2．如圖所示的情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Blv的是(　　) A．乙和丁　　　　　　 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙 B　[公式E＝Blv中

18、的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度，甲、乙、丁中的有效長(zhǎng)度均為l，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv，而丙的有效長(zhǎng)度為lsin θ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blvsin θ，故B正確．] 3．如圖所示，半徑為r的金屬環(huán)繞通過(guò)其直徑的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，在轉(zhuǎn)過(guò)30°角的過(guò)程中，金屬環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的平均值為(　　) A．2Bωr2 B．2Bωr2 C．3Bωr2 D．3Bωr2 C　[開(kāi)始時(shí)，Φ1＝0，金屬環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)30°時(shí)，Φ2＝BSsin 30°＝Bπr2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝Bπr2，Δt＝＝＝.根據(jù)E＝得，金屬環(huán)中電動(dòng)勢(shì)的平均值＝3Bωr2，選項(xiàng)C正確．] 4．如圖所示，MN、PQ為兩條平行的水平放置的金屬導(dǎo)軌，左端接有定值電阻R，金屬棒ab斜放在兩導(dǎo)軌之間，與導(dǎo)軌接觸良好，ab＝L.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌間夾角為60°，以速度v水平向右勻速運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)軌和棒的電阻，則流過(guò)金屬棒的電流為(　　) A．I＝ B．I＝ C．I＝ D．I＝ B　[導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度為：L·sin 60°＝L，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bv，由閉合電路歐姆定律得I＝，故選項(xiàng)B正確．] - 10 -