《2017-2018學年高中物理 第一章 電磁感應 第4節(jié) 法拉第電磁感應定律學案 粵教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學年高中物理 第一章 電磁感應 第4節(jié) 法拉第電磁感應定律學案 粵教版選修3-2（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第四節(jié)　法拉第電磁感應定律 學 習 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.理解感應電動勢，知道感應電動勢與感應電流的區(qū)別與聯(lián)系． 2．理解電磁感應定律的內(nèi)容和數(shù)學表達式．(重點) 3．理解導體垂直切割磁感線時感應電動勢的數(shù)學表達式及其與一般表達式的區(qū)別． 4．會用電磁感應定律解決有關(guān)問題．(重點、難點) 　影 響 感 應 電 動 勢 大 小 的 因 素 1．感應電動勢 在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應電動勢．產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源．在產(chǎn)生感應電流的電路中，即使電路不閉合，沒有感應電流，感應電動勢依然存在． 2．探究影響感應電動勢大小的因素

2、(1)猜想依據(jù) 感應電流的產(chǎn)生條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化． (2)猜想與假設(shè) ①可能與磁通量的變化有關(guān)； ②可能與完成一定的磁通量變化所用的時間有關(guān)． (3)制訂計劃與設(shè)計實驗 ①方法：控制變量法． ②程序：先控制時間不變，探究穿過回路的磁通量變化時，感應電動勢的大小如何變化；再控制…，探究… ③器材：靈敏電流計、螺線管、條形磁鐵(2根)、導線若干． (4)信息收集與歸納 ①實驗條件控制 通過改變所用條形磁鐵的個數(shù)，改變螺線管中磁通量的變化量ΔΦ. 通過改變條形磁鐵插入或拔出螺線管的快慢，改變螺線管中磁通量變化所用的時間Δt. ②影響感應電動勢的因素 實驗表

3、明：感應電動勢的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)，即磁通量的變化率，用表示． 1．決定閉合電路中感應電動勢大小的因素是磁通量的變化量．(×) 2．閉合電路中感應電動勢的大小由磁通量的變化率決定．(√) 產(chǎn)生感應電動勢的條件和產(chǎn)生感應電流的條件有什么不同？ 【提示】　產(chǎn)生感應電流的條件是閉合電路磁通量發(fā)生變化．產(chǎn)生感應電動勢不管電路是否閉合． 如圖1-4-1所示，一有缺口的圓形線圈在有界勻強磁場中運動． 圖1-4-1 探討1：回路中有感應電動勢嗎？ 【提示】　有． 探討2：回路中有感應電流嗎？ 【提示】　沒有． 感應電動勢與感應電流的比較 比較項目

4、 感應電動勢E 感應電流I 定義 在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢 在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流 產(chǎn)生條件 磁通量發(fā)生變化，與電路是否閉合無關(guān) 電路閉合，磁通量發(fā)生變化 大小決定因素 閉合電路內(nèi)磁通量變化的快慢，與外電路無關(guān) 感應電動勢與電路的具體組成 因果關(guān)系 感應電動勢是原因和本質(zhì)，感應電流是結(jié)果和現(xiàn)象 數(shù)學關(guān)系 遵循閉合電路歐姆定律，即I＝E/R 1．(多選)下列關(guān)于感應電動勢的說法中，正確的是(　　) A．只要回路內(nèi)磁通量發(fā)生變化，就會有感應電動勢產(chǎn)生 B．只要回路內(nèi)磁通量發(fā)生變化，就會有感應電流產(chǎn)生 C．導體棒無論沿哪個方向切割磁感線都會有感應電動勢

5、產(chǎn)生 D．導體棒必須垂直于磁場方向運動才會有感應電動勢產(chǎn)生 【解析】　只要回路內(nèi)磁通量變化，就可以產(chǎn)生感應電動勢；而只有在閉合回路中，磁通量發(fā)生變化，才產(chǎn)生感應電流，故A正確，B錯誤；無論導體棒沿什么方向切割磁感線，磁場在垂直于導體棒方向都有分量，所以都會有感應電動勢產(chǎn)生，故C正確，D錯誤． 【答案】　AC 2．(多選)關(guān)于感應電流和感應電動勢的關(guān)系，下列敘述中正確的是(　　) 【導學號：97192014】 A．電路中有感應電流，一定有感應電動勢 B．電路中有感應電動勢，不一定有感應電流 C．兩個不同電路中，感應電動勢大的其感應電流也大 D．兩個不同電路中，感應電流大的其感

6、應電動勢也大 【解析】　有感應電流則磁通量一定變化，因此一定有感應電動勢，選項A正確；電路中有感應電動勢，若電路不閉合，則無感應電流，故B項正確；兩個不同電路，總阻值不一定相等，由I＝，當E大時，若總阻值R＋r很大，則電流可能較小，故C、D兩項均錯． 【答案】　AB 感應電動勢和感應電流產(chǎn)生條件的比較 (1)導體棒只要切割磁感線，就產(chǎn)生感應電動勢，與電路是否閉合無關(guān)． (2)感應電流產(chǎn)生必須具備兩個條件： ①閉合回路；②磁通量發(fā)生變化． 法 拉 第 電 磁 感 應 定 律 1．內(nèi)容 電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比． 2．公

7、式 E＝n，n為線圈匝數(shù)，ΔΦ是磁通量的變化量． 3．單位 ΔΦ的單位是韋伯，Δt的單位是秒，E的單位是伏特． 4．電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì) 在電磁感應現(xiàn)象里，一定產(chǎn)生感應電動勢，不一定產(chǎn)生感應電流，是否產(chǎn)生感應電動勢才是電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì)． 1．穿過閉合回路的磁通量越大，感應電動勢越大．(×) 2．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．(√) 3．穿過閉合回路的磁通量為零時，其感應電動勢一定為零．(×) ΔΦ與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？E感與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？ 【提示】　無關(guān)，有關(guān) 如圖1-4-2所示，將一條形磁鐵插入線圈中時，電流表的指針要發(fā)生偏轉(zhuǎn)．

8、 圖1-4-2 探討1：若將磁鐵分別快速和緩慢插入線圈中時，磁通量的變化量及變化率是否相同． 【提示】　兩種情況下磁通量的變化量ΔΦ相同，磁通量的變化率不同，所用時間Δt越少，變化率越大，反之變化率越?。? 探討2：將磁鐵快速和緩慢插入線圈中時，電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度是否相同？為什么？ 【提示】　兩種情況下電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度不同，快速插入時電流表指針偏轉(zhuǎn)角度大，緩慢插入時電流表指針偏轉(zhuǎn)角度?。娐分须娏鞯拇笮＝，又E＝n，即I∝，所以快速插入時電路中的電流大． 1．感應電動勢的相關(guān)因素 (1)感應電動勢E的大小取決于穿過電路的磁通量變化率和匝數(shù)n，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有

9、必然的關(guān)系． (2)感應電動勢E的大小與電路的電阻R也無關(guān)，但感應電流的大小與E及回路總電阻R都有關(guān)． 2．磁通量的變化率在Φ-t圖象上是某點切線的斜率． 3．感應電動勢E＝n的兩種基本形式 (1)當垂直于磁場方向的線圈面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化時，ΔΦ＝ΔBS，則E＝nS，其中叫磁感應強度B的變化率． (2)當磁感應強度B不變，垂直于磁場方向的線圈面積S發(fā)生變化時，ΔΦ＝BΔS，則E＝nB. 4．E＝n求出的是Δt時間內(nèi)的平均感應電動勢． 3．穿過一個內(nèi)阻為1 Ω的10匝閉合線圈的磁通量每秒均勻減少2 Wb，則線圈中 (　　) 【導學號：97192015】 A．感應

10、電動勢每秒增加2 V B．感應電動勢每秒減少2 V C．磁通量的變化率為2 Wb/s D．感應電流為2 A 【解析】　磁通量的變化率＝2 Wb/s，C正確；由E＝n得E＝10×2 V＝20 V，感應電動勢不變，A、B錯誤；由I＝得I＝ A＝20 A，D錯誤． 【答案】　C 4．(多選)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的變化圖象如圖1-4-3所示，則(　　) 【導學號：97192202】 圖1-4-3 A．在t＝0時，線圈中磁通量最大，感應電動勢也最大 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

11、電動勢為零 D．在0～2×10－2s時間內(nèi)，線圈中感應電動勢的平均值為零 【解析】　由法拉第電磁感應定律知E∝，故t＝0及t＝2×10－2s時刻，E＝0，A錯，C對．t＝1×10－2s，E最大，B對.0～2×10－2s，ΔΦ≠0，E≠0，D錯． 【答案】　BC 5．一個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

12、的變化量為ΔΦ＝ΔB·Ssin θ ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb ＝4×10－4Wb 磁通量的平均變化率為 ＝Wb/s＝8×10－3Wb/s 根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小為： E＝n＝200×8×10－3V＝1.6 V. 【答案】　4×10－4　8×10－3　1.6 Φ、ΔΦ與的比較 物理量 單位 物理意義 計算公式 磁通量Φ Wb 表示某時刻或某位置時穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少 Φ＝BS⊥ 磁通量的 變化量ΔΦ Wb 表示在某一過程中穿過某一面積的磁通量變化的多少 ΔΦ＝|Φ2－Φ1| 磁通量的 變化率

13、 Wb/s 表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢 ＝ 導 體 棒 切 割 磁 感 線 時 的 感 應 電 動 勢 1．磁場方向、導體棒與導體棒的運動方向三者兩兩相互垂直時，E＝BLv. 2．如圖1-4-4所示，導體棒與磁場方向垂直，導體棒的運動方向與導體棒本身垂直，但與磁場方向夾角為θ時，E＝BLvsin_θ. 圖1-4-4 3．單位關(guān)系 1 V＝1 T·1m·1m/s. 1．對于E＝BLv中的B、L、v三者必須相互垂直．(√) 2．導體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大．(×) 3．當B、L、v三者大小、方向均不變時，在Δt時間內(nèi)

14、的平均感應電動勢和它在任意時刻產(chǎn)生的瞬時感應電動勢相同．(√) 如圖1-4-5所示，一邊長為L的正方形導線框abcd垂直于磁感線，以速度v在勻強磁場中向右運動，甲同學說：由法拉第電磁感應定律可知，這時穿過線框的磁通量的變化率為零，所以線框中感應電動勢應該為零．乙同學說線框中ad和bc邊均以速度v做切割磁感線運動，由E＝BLv可知，這兩條邊都應該產(chǎn)生電動勢且Ead＝Ebc＝BLv.他們各執(zhí)一詞，到底誰說的對呢？ 圖1-4-5 【提示】　這兩個同學說的并不矛盾，雖然ad邊與bc邊都產(chǎn)生感應電動勢，但由于方向相反，相當于兩個電源并聯(lián)沒有對外供電，所以整個回路的電動勢為零．可見，用法

15、拉第電磁感應定律求出的是整個回路的感應電動勢，而用E＝BLv求的是回路中做切割磁感線的那部分導體產(chǎn)生的電動勢． 如圖1-4-6所示，一個半徑為r的半圓形導體，處在磁感應強度為B的勻強磁場中． 圖1-4-6 探討1：當導體沿OP方向以速度v做勻速運動時，其感應電動勢的大小是多少？ 【提示】　導線的有效長度l＝2r，則感應電動勢E＝BLv＝2Brv. 探討2：當導體沿MN方向以速度v做勻速運動時，其感應電動勢的大小是多少？ 【提示】　此時導線的有效長度L＝r，則感應電動勢E＝BLv＝Brv. 1．對公式E＝BLvsin θ的理解 (1)該公式可看成法拉第電磁感應定律

16、的一個特例，通常用來求導體運動速度為v時的瞬時電動勢，若v為平均速度，則E為平均電動勢． (2)當B、L、v三個量方向相互垂直時，E＝BLv；當有任意兩個量的方向平行時，E＝0. (3)式中的L應理解為導體切割磁感線時的有效長度． 如圖1-4-7所示，導體切割磁感線的情況應取與B和v垂直的等效直線長度，即ab兩點間的距離． 圖1-4-7 (4)公式中的v應理解為導體和磁場的相對速度，當導體不動而磁場運動時，也有電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生． 2．E＝n與E＝BLvsin θ的區(qū)別和聯(lián)系 E＝n E＝BLvsin θ 區(qū) 別 (1)求的是Δt時間內(nèi)的平均感應電動勢，E與某段時間

17、或某個過程相對應 (1)求的是瞬時感應電動勢，E與某個時刻或某個位置相對應 (2)求的是整個回路的感應電動勢，整個回路的感應電動勢為零時，其回路中某段導體的感應電動勢不一定為零 (2)求的是回路中一部分導體切割磁感線時產(chǎn)生的感應電動勢 (3)由于是整個回路的感應電動勢，因此電源部分不容易確定 (3)由于是一部分導體切割磁感線的運動產(chǎn)生的，該部分就相當于電源 聯(lián) 系 公式E＝n和E＝BLvsin θ是統(tǒng)一的，當Δt→0時，E為瞬時感應電動勢，只是由于高中數(shù)學知識所限，現(xiàn)在還不能這樣求瞬時感應電動勢，而公式E＝BLvsin θ中的v若代入，則求出的E為平均感應電動勢 6．如圖

18、1-4-8所示的幾種情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢為BLv的是(　　) 圖1-4-8 A．只有乙和丁 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙 【解析】　 題圖甲中v、L、B兩兩垂直，則金屬導體產(chǎn)生的感應電動勢 E甲＝BLv.題圖乙中金屬導體的有效長度為L，產(chǎn)生的感應電動勢E乙＝BLv.題圖丙中金屬導體有效長度為Lsin θ，產(chǎn)生的感應電動勢E丙＝BLvsin θ.題圖丁中金屬導體的有效長度為L，產(chǎn)生的感應電動勢E?。紹Lv. 【答案】　B 7．如圖1-4-9所示，在磁感應強度為0.2 T的勻強磁場中，有一長為0.5 m、電阻為1.0 Ω的導體AB在金屬框架上以10

19、 m/s的速度向右滑動，R1＝R2＝2.0 Ω，其他電阻不計，求流過R1的電流I1. 【導學號：97192017】 圖1-4-9 【解析】　AB切割磁感線相當于電源，其等效電路如圖所示， E＝Blv＝0.2×0.5×10 V＝1 V 由閉合電路歐姆定律得I＝ R1、R2并聯(lián)，由并聯(lián)電路電阻關(guān)系得＝＋ 解得R＝＝1.0 Ω，IAB＝I＝0.5 A 因為R1＝R2，所以流過R1的電流為I1＝＝0.25 A. 【答案】　0.25 A 處理電磁感應中電路問題的基本思路 1．確定產(chǎn)生感應電動勢的“導體”——電源． 2．明確電路結(jié)構(gòu)，分清內(nèi)、外電路． 3．畫出等效電路圖，結(jié)合閉合電路歐姆定律列出相應的方程式． 10