《2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 教科版選修3-2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 教科版選修3-2（13頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 教科版選修3-2 [目標(biāo)定位] 1.能區(qū)別磁通量Φ，磁通量的變化ΔΦ和磁通量的變化率.2.能記住法拉第電磁感應(yīng)定律及其表達(dá)式.3.能運(yùn)用E＝n和E＝BLv解題． 一、法拉第電磁感應(yīng)定律 [問題設(shè)計(jì)] 1．在圖1所示實(shí)驗(yàn)中，以相同速度分別將一根和兩根條形磁鐵快速插入或拔出螺線管，靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度有什么不同？可以得出什么結(jié)論？ 圖1 答案　將一根條形磁鐵快速插入或拔出螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度??；而以相同速度將兩根條形磁鐵快速插入或拔出螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度大．由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化所用時(shí)間

2、相同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小與磁通量的變化量ΔФ有關(guān)，ΔФ越大，E越大． 2．在圖1所示實(shí)驗(yàn)中，保證磁通量變化相同，將兩根條形磁鐵快速或緩慢插入螺線管，靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度有什么不同？可以得出什么結(jié)論？ 答案　將兩根條形磁鐵快速插入螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度大；將兩根條形磁鐵緩慢插入螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度?。纱丝梢缘贸鼋Y(jié)論：在磁通量變化量相同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小與磁通量的變化所用的時(shí)間Δt有關(guān)，Δt越小，E越大． [要點(diǎn)提煉] 1．內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這個(gè)電路的磁通量的變化率成正比． 2．公式：E＝n，其中n為線圈匝數(shù)，ΔΦ總是取絕對值． 該公

3、式一般用來求Δt時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值． 3．對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)磁通量的變化率和磁通量Φ沒有(填“有”或“沒有”)直接關(guān)系．Φ很大時(shí)，可能很小，也可能很大；Φ＝0時(shí)，可能不為0. (2)E＝n有兩種常見形式：①線圈面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻變化，則E＝n·S；②磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，線圈面積S均勻變化，則E＝nB·.(其中是Φ－t圖像上某點(diǎn)切線的斜率.為B－t圖像上某點(diǎn)切線的斜率) (3)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源．如果電路沒有閉合，這時(shí)雖然沒有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動(dòng)勢依然存在． 二、導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 [問題設(shè)計(jì)] 如圖2所示，閉合電路一部分

4、導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的有效長度為L，ab以速度v勻速切割磁感線，求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢． 圖2 答案　設(shè)在Δt時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體ab由原來的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1，如圖所示，這時(shí)線框面積的變化量為ΔS＝LvΔt 穿過閉合電路磁通量的變化量為ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝＝BLv. [要點(diǎn)提煉] 1．當(dāng)導(dǎo)體平動(dòng)垂直切割磁感線時(shí)，即B、L、v兩兩垂直時(shí)(如圖3所示)E＝BLv. 圖3 2．公式中L指有效切割長度：即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度． 圖4 圖4甲中的有效切割長度為：L＝sin θ； 圖乙中的有效切割長度為：

5、L＝； 圖丙中的有效切割長度為：沿v1的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L＝R；沿v2的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L＝R. [延伸思考]　 如圖5所示，如果長為L的直導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與直導(dǎo)線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個(gè)夾角θ(θ≠90°)，則寫出此時(shí)直導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢表達(dá)式？ 圖5 答案　如圖所示，可以把速度v分解為兩個(gè)分量：垂直于磁感線的分量v1＝vsin θ和平行于磁感線的分量v2＝vcos θ.后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢；前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝BLv1＝BLvsin θ. 一、對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 例1　下列幾種說法中正確的是 (　　) A．線圈中磁通量

6、變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大 B．線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大 C．線圈放在磁場越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大 D．線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大 解析　感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場的強(qiáng)弱均無關(guān)系，它由磁通量的變化率決定，故選D. 答案　D 二、公式E＝n的應(yīng)用 例2　一個(gè)200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面成30°角，若磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05 s內(nèi)由 0.1 T增加到0.5 T，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是______________ Wb；磁通

7、量的平均變化率是______________ Wb/s；線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小是____________ V. 解析　磁通量的變化量為ΔΦ＝ΔB·Ssin θ ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb ＝4×10－4 Wb 磁通量的平均變化率為＝ Wb/s ＝8×10－3 Wb/s 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為 E＝n＝200×8×10－3 V＝1.6 V. 答案　4×10－4　8×10－3　1.6 例3　如圖6甲所示，一個(gè)電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直

8、于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導(dǎo)線的電阻不計(jì)，求0至t1時(shí)間內(nèi)通過電阻R1上的電流大?。? 圖6 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢為 E＝n＝nπr＝. 由閉合電路歐姆定律有I1＝，聯(lián)立以上各式解得通過電阻R1上的電流大小為I1＝. 答案　 三、公式E＝BLv的應(yīng)用 例4　試寫出如圖7所示的各種情況下導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式[導(dǎo)線長均為L，速度為v，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，圖(3)、(4)中導(dǎo)線垂直紙面]． 圖7 答案　(1)E＝0　(2)E＝BLv　(3)E＝0 (4)E＝BLvc

9、os θ 1．(對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)如圖8所示，閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化，下列說法正確的是(　　) 圖8 A．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能減小 B．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 C．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流一定增大 D．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí)，線框中的感應(yīng)電流可能不變 答案　AD 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電流的大小取決于磁通量的變化率，與磁感應(yīng)強(qiáng)度的增與減無關(guān)，選項(xiàng)A、D正確． 2. (公式E＝n的應(yīng)用)單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線

10、圈所圍面積的磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖9所示，則O～D過程中(　　) 圖9 A．O時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大 B．D時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢為零 C．D時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最大 D．O至D時(shí)間內(nèi)線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為0.4 V 答案　ABD 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n，為Φ－t圖像中對應(yīng)時(shí)刻切線的斜率，所以A、B正確，C錯(cuò)誤；O至D時(shí)間內(nèi)線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢E＝n＝1× V＝0.4 V，所以D正確． 3. (公式E＝n的應(yīng)用)如圖10所示，一單匝矩形線圈abcd放置在水平面內(nèi)，線圈面積為S＝100 cm2，線圈處在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與水平方向成30°角，求： 圖

11、10 (1)若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1 T，則穿過線圈的磁通量為多少？ (2)若磁場方向改為與線圈平面垂直，且大小按B＝0.1＋0.2t(T)的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？ 答案　見解析 解析　(1)Φ＝BSsin 30°＝0.1×100×10－4× Wb ＝5×10－4 Wb (2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n＝n＝1×0.2×10－2 V＝2×10－3 V. 4. (公式E＝BLv的應(yīng)用)如圖11所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中不計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小將(　　)

12、圖11 A．越來越大 B．越來越小 C．保持不變 D．無法確定 答案　C 解析　金屬棒做平拋運(yùn)動(dòng)，水平速度不變，且水平速度即為金屬棒垂直切割磁感線的速度，故感應(yīng)電動(dòng)勢保持不變． 題組一　對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1．將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，下列表述正確的是 (　　) A．感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān) B．當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢可能不為零 C．當(dāng)穿過線圈的磁通量變化越快時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢越大 D．感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量的變化量成正比 答案　BC 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感

13、應(yīng)電動(dòng)勢E＝n，即感應(yīng)電動(dòng)勢與線圈匝數(shù)有關(guān)，故A錯(cuò)誤；同時(shí)可知，感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通量的變化率有關(guān)，故D錯(cuò)誤；磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大，故C正確；當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時(shí)，磁通量的變化率不一定為零，因此感應(yīng)電動(dòng)勢不一定為零，故B正確． 2．關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，下列說法正確的是 (　　) A．穿過閉合電路的磁通量最大時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢一定最大 B．穿過閉合電路的磁通量為零時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢一定為零 C．穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢一定為零 D．穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢一定不為零 答案　D 解析　磁通量的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢的大小不存在內(nèi)在

14、的聯(lián)系，故A、B錯(cuò)；當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，閉合電路的磁通量一定改變，一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生，有感應(yīng)電流就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢，故C錯(cuò)，D對． 3. 如圖1所示，閉合開關(guān)S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用時(shí)0.2 s，第二次用時(shí)0.4 s，并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同，則 (　　) 圖1 A．第一次線圈中的磁通量變化較快 B．第一次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大 C．第二次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大 D．若斷開S，電流表G均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動(dòng)勢 答案　AB 解析　兩次磁通量變化相同，第一次時(shí)間短，則第一次線圈中磁通量變化較快，故A正確．感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量的變化

15、率成正比，磁通量的變化率大，感應(yīng)電動(dòng)勢大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流大，故B正確，C錯(cuò)誤．?dāng)嚅_開關(guān)，電流表不偏轉(zhuǎn)，故感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)電動(dòng)勢不為零，故D錯(cuò)誤． 題組二　公式E＝n的應(yīng)用 4．下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過相同的線圈時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大的是 (　　) 答案　D 解析　感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為E＝n＝n，A、B兩種情況磁通量變化量相同，C中ΔΦ最小，D中ΔΦ最大，磁鐵穿過線圈所用的時(shí)間A、C、D中相同且小于B中所用的時(shí)間，所以D中感應(yīng)電動(dòng)勢最大． 5．一單匝矩形線框置于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁場方向垂直．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)均勻地增大到原來的

16、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的一半．先后兩個(gè)過程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的比值為(　　) A. B．1 C．2 D．4 答案　B 解析　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝，設(shè)初始時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，線框面積為S0，則第一種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢為E1＝＝＝B0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢為E2＝＝＝B0S0，所以兩種情況下線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢相等，比值為1，故選項(xiàng)B正確． 6．單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化圖像如圖2所示，則(　　) 圖2 A．在t＝0時(shí)，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢

17、也最大 B．在t＝1×10－2 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大 C．在t＝2×10－2 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為零 D．在0～2×10－2 s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為零 答案　BC 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝，故t＝0及t＝2×10－2 s時(shí)，E＝0，A錯(cuò)，C對．t＝1×10－2 s，E最大，B對．在0～2×10－2 s 時(shí)間內(nèi)，ΔΦ≠0，≠0，D錯(cuò)． 7. 如圖3所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直，且一半處在磁場中．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.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為(　　) 圖3 A. B.

18、C. D. 答案　B 解析　線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E＝n＝n··S＝n··＝，選項(xiàng)B正確． 8．如圖4甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n＝1000，它的兩個(gè)端點(diǎn)a和b間接有一理想電壓表，線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律如圖乙所示，線圈面積S＝100 cm2，則Uab＝________，電壓表示數(shù)為________ V. 圖4 答案　50 V　50 解析　由B－t圖像可知，＝5 T/s 由E＝nS 得E＝1000×5×100×10－4 V＝50 V 題組三　公式E＝BLv的應(yīng)用 9．如圖5所示的情況中，長度為L的金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為BLv的是 (　　) 圖5 A．

19、乙和丁 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙 答案　B 10．如圖6所示，平行金屬導(dǎo)軌的間距為d，一端接一阻值為R的電阻，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向里，一根長直金屬棒與導(dǎo)軌成60°角放置，且接觸良好，則當(dāng)金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導(dǎo)軌滑行時(shí)，其他電阻不計(jì)，電阻R中的電流為 (　　) 圖6 A. B. C. D. 答案　A 解析　導(dǎo)線切割磁感線的有效長度是L＝，感應(yīng)電動(dòng)勢E＝BLv，R中的電流為I＝.聯(lián)立解得I＝. 11. 如圖7所示，當(dāng)航天飛機(jī)在環(huán)繞地球的軌道上飛行時(shí)，從中釋放一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星與航天飛機(jī)保持相對靜止，兩者用導(dǎo)

20、電纜繩相連，這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星，利用它可以進(jìn)行多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)有一顆繩系衛(wèi)星在地球赤道上空由東往西方向運(yùn)行．衛(wèi)星位于航天飛機(jī)正上方，它與航天飛機(jī)間的距離約為20 km，衛(wèi)星所在位置的地磁場沿水平方向由南往北，磁感應(yīng)強(qiáng)度約為5×10－5 T．如果航天飛機(jī)和衛(wèi)星的運(yùn)行速度約為8 km/s，則纜繩中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為_________V. 圖7 答案　8 000 解析　由E＝BLv可知感應(yīng)電動(dòng)勢為8 000 V. 題組四　綜合應(yīng)用 12. 如圖8所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.10 T，線框中切割磁感線的導(dǎo)線的長度L為40 cm，線框向左做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v＝5.0 m/s，整個(gè)

21、線框的電阻R為0.50 Ω，試求： 圖8 (1)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的大??； (2)線框中感應(yīng)電流的大?。? 答案　(1)0.20 V　(2)0.40 A 解析　(1)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢 E＝BLv＝0.10×0.40×5.0 V＝0.20 V. (2)線框中的感應(yīng)電流 I＝＝ A＝0.40 A. 13．如圖9甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n＝1 000，線圈面積S＝200 cm2，線圈的電阻r＝1 Ω，線圈外接一個(gè)阻值R＝4 Ω的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示．求： 圖9 (1)前4 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢大小； (2)前5 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢大小． 答案　(1)1 V　(2)0 解析　(1)前4秒內(nèi)磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝S(B2－B1)＝200×10－4×(0.4－0.2)Wb＝4×10－3 Wb 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E＝n＝1 000× V＝1 V. (2)前5秒內(nèi)磁通量的變化量ΔΦ′＝Φ2′－Φ1＝S(B2′－B1)＝200×10－4×(0.2－0.2) Wb＝0 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E′＝n＝0