《2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應定律學案 教科版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應定律學案 教科版選修3-2（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 第1章 第3節(jié) 法拉第電磁感應定律學案 教科版選修3-2 [目標定位] 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定律及其表達式.3.能運用E＝n和E＝BLv解題． 一、法拉第電磁感應定律 [問題設計] 1．在圖1所示實驗中，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靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度?。欢韵嗤俣葘筛鶙l形磁鐵快速插入或拔出螺線管時靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度大．由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化所用時間

2、相同時，感應電動勢E的大小與磁通量的變化量ΔФ有關，ΔФ越大，E越大． 2．在圖1所示實驗中，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靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度大；將兩根條形磁鐵緩慢插入螺線管時靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度?。纱丝梢缘贸鼋Y(jié)論：在磁通量變化量相同時，感應電動勢E的大小與磁通量的變化所用的時間Δt有關，Δt越小，E越大． [要點提煉] 1．內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這個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時間內(nèi)感應電動勢的平均值． 3．對法拉第電磁感應定律的理解 (1)磁通量的變化率和磁通量Φ沒有(填“有”或“沒有”)直接關系．Φ很大時，可能很小，也可能很大；Φ＝0時，可能不為0. (2)E＝n有兩種常見形式：①線圈面積S不變，磁感應強度B均勻變化，則E＝n·S；②磁感應強度B不變，線圈面積S均勻變化，則E＝nB·.(其中是Φ－t圖像上某點切線的斜率.為B－t圖像上某點切線的斜率) (3)產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源．如果電路沒有閉合，這時雖然沒有感應電流，但感應電動勢依然存在． 二、導線切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢 [問題設計] 如圖2所示，閉合電路一部分

4、導體ab處于勻強磁場中，磁感應強度為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)生的感應電動勢． 圖2 答案　設在Δt時間內(nèi)導體ab由原來的位置運動到a1b1，如圖所示，這時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)法拉第電磁感應定律得E＝＝BLv. [要點提煉] 1．當導體平動垂直切割磁感線時，即B、L、v兩兩垂直時(如圖3所示)E＝BLv. 圖3 2．公式中L指有效切割長度：即導體在與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的方向運動時，L＝R；沿v2的方向運動時，L＝R. [延伸思考]　 如圖5所示，如果長為L的直導線的運動方向與直導線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個夾角θ(θ≠90°)，則寫出此時直導線上產(chǎn)生的感應電動勢表達式？ 圖5 答案　如圖所示，可以把速度v分解為兩個分量：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)生感應電動勢；前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢為E＝BLv1＝BLvsin θ. 一、對法拉第電磁感應定律的理解 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)生的感應電動勢一定越大 B．線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 C．線圈放在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 D．線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 解析　感應電動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弱均無關系，它由磁通量的變化率決定，故選D. 答案　D 二、公式E＝n的應用 例2　一個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，若磁感應強度在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；線圈中的感應電動勢的大小是____________ 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)法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小為 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磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計，求0至t1時間內(nèi)通過電阻R1上的電流大小． 圖6 解析　由法拉第電磁感應定律得感應電動勢為 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的應用 例4　試寫出如圖7所示的各種情況下導線中產(chǎn)生的感應電動勢的表達式[導線長均為L，速度為v，磁感應強度均為B，圖(3)、(4)中導線垂直紙面]． 圖7 答案　(1)E＝0　(2)E＝BLv　(3)E＝0 (4)E＝BLvc

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

10、圈所圍面積的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖9所示，則O～D過程中(　　) 圖9 A．O時刻線圈中感應電動勢最大 B．D時刻線圈中感應電動勢為零 C．D時刻線圈中感應電動勢最大 D．O至D時間內(nèi)線圈中的平均感應電動勢為0.4 V 答案　ABD 解析　由法拉第電磁感應定律E＝n，為Φ－t圖像中對應時刻切線的斜率，所以A、B正確，C錯誤；O至D時間內(nèi)線圈中的平均感應電動勢E＝n＝1× V＝0.4 V，所以D正確． 3. (公式E＝n的應用)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)若磁場的磁感應強度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)生的感應電動勢為多大？ 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)法拉第電磁感應定律E＝n＝n＝1×0.2×10－2 V＝2×10－3 V. 4. (公式E＝BLv的應用)如圖11所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設運動的整個過程中不計空氣阻力，則金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小將(　　)

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　金屬棒做平拋運動，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，故感應電動勢保持不變． 題組一　對法拉第電磁感應定律的理解 1．將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢，下列表述正確的是 (　　) A．感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關 B．當穿過線圈的磁通量為零時，感應電動勢可能不為零 C．當穿過線圈的磁通量變化越快時，感應電動勢越大 D．感應電動勢的大小與磁通量的變化量成正比 答案　BC 解析　由法拉第電磁感應定律可知，感

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

14、的聯(lián)系，故A、B錯；當磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，閉合電路的磁通量一定改變，一定有感應電流產(chǎn)生，有感應電流就一定有感應電動勢，故C錯，D對． 3. 如圖1所示，閉合開關S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用時0.2 s，第二次用時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電動勢 答案　AB 解析　兩次磁通量變化相同，第一次時間短，則第一次線圈中磁通量變化較快，故A正確．感應電動勢的大小與磁通量的變化

15、率成正比，磁通量的變化率大，感應電動勢大，產(chǎn)生的感應電流大，故B正確，C錯誤．斷開開關，電流表不偏轉(zhuǎn)，故感應電流為零，但感應電動勢不為零，故D錯誤． 題組二　公式E＝n的應用 4．下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過相同的線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢最大的是 (　　) 答案　D 解析　感應電動勢的大小為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間A、C、D中相同且小于B中所用的時間，所以D中感應電動勢最大． 5．一單匝矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直．先保持線框的面積不變，將磁感應強度在1 s時間內(nèi)均勻地增大到原來的

16、兩倍．接著保持增大后的磁感應強度不變，在1 s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半．先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為(　　) A. B．1 C．2 D．4 答案　B 解析　根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝，設初始時刻磁感應強度為B0，線框面積為S0，則第一種情況下的感應電動勢為E1＝＝＝B0S0；第二種情況下的感應電動勢為E2＝＝＝B0S0，所以兩種情況下線框中的感應電動勢相等，比值為1，故選項B正確． 6．單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量Φ隨時間t的變化圖像如圖2所示，則(　　) 圖2 A．在t＝0時，線圈中磁通量最大，感應電動勢

17、也最大 B．在t＝1×10－2 s時，感應電動勢最大 C．在t＝2×10－2 s時，感應電動勢為零 D．在0～2×10－2 s時間內(nèi)，線圈中感應電動勢的平均值為零 答案　BC 解析　由法拉第電磁感應定律知E∝，故t＝0及t＝2×10－2 s時，E＝0，A錯，C對．t＝1×10－2 s，E最大，B對．在0～2×10－2 s 時間內(nèi)，ΔΦ≠0，≠0，D錯． 7. 如圖3所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中．在Δt時間內(nèi)，磁感應強度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢為(　　) 圖3 A. B.

18、C. D. 答案　B 解析　線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E＝n＝n··S＝n··＝，選項B正確． 8．如圖4甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n＝1000，它的兩個端點a和b間接有一理想電壓表，線圈內(nèi)磁感應強度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的應用 9．如圖5所示的情況中，長度為L的金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢為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，平行金屬導軌的間距為d，一端接一阻值為R的電阻，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于導軌所在平面向里，一根長直金屬棒與導軌成60°角放置，且接觸良好，則當金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導軌滑行時，其他電阻不計，電阻R中的電流為 (　　) 圖6 A. B. C. D. 答案　A 解析　導線切割磁感線的有效長度是L＝，感應電動勢E＝BLv，R中的電流為I＝.聯(lián)立解得I＝. 11. 如圖7所示，當航天飛機在環(huán)繞地球的軌道上飛行時，從中釋放一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星與航天飛機保持相對靜止，兩者用導

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

21、線框的電阻R為0.50 Ω，試求： 圖8 (1)線框中感應電動勢的大??； (2)線框中感應電流的大?。? 答案　(1)0.20 V　(2)0.40 A 解析　(1)線框中的感應電動勢 E＝BLv＝0.10×0.40×5.0 V＝0.20 V. (2)線框中的感應電流 I＝＝ A＝0.40 A. 13．如圖9甲所示，一個圓形線圈的匝數(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磁場中，磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示．求： 圖9 (1)前4 s內(nèi)的平均感應電動勢大?。? (2)前5 s內(nèi)的平均感應電動勢大?。? 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 由法拉第電磁感應定律得E′＝n＝0