《2019-2020學年高中物理 第4章 4 法拉第電磁感應定律學案 新人教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第4章 4 法拉第電磁感應定律學案 新人教版選修3-2（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、4　法拉第電磁感應定律 [學習目標]　1.了解感應電動勢的概念．　2.理解法拉第電磁感應定律，運用法拉第電磁感應定律定量計算感應電動勢的大?。?重點、難點)　3.能運用計算導體切割磁感線時的感應電動勢．(重點)　4.知道反電動勢的定義和作用． 一、電磁感應定律 1．感應電動勢 (1)在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫作感應電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源． (2)在電磁感應現(xiàn)象中，若閉合導體回路中有感應電流，電路就一定有感應電動勢；如果電路斷開，這時雖然沒有感應電流，但感應電動勢依然存在． 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間． 3．法拉第電磁感應定律 (1)內(nèi)容：閉合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)公式：E＝. 若閉合電路是一個匝數(shù)為n的線圈，則E＝n. (3)在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，感應電動勢的單位是伏特． 二、導線切割磁感線時的感應電動勢 1．導線垂直于磁場運動，B、l、v兩兩垂直時，如圖甲所示，E＝Blv. 2．導線的運動方向與導線本身垂直，但與磁感線方向夾角為θ時，如圖乙所示，E＝Blvsin_θ. 甲　　　　　　　乙 三、反電動勢 1．定義：電動機轉(zhuǎn)動時，由于切割磁感線，線圈中

3、產(chǎn)生的削弱電源電動勢作用的感應電動勢． 2．作用：反電動勢的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動．如果要使線圈維持原來的轉(zhuǎn)動，電源就要向電動機提供能量，此時，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應電動勢就越大． (×) (2)感應電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷． (√) (3)穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應電動勢一定最大． (×) (4)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． (×) (5)電動機工作中由于機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，就沒有了反電動勢，線圈中的電流就會很大，很

4、容易燒毀電動機． (√) 2．如圖所示，在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動，MN中產(chǎn)生的感應電動勢為E1；若磁感應強度增大為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)镋2.通過電阻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上的電流方向為a→c，由E＝Blv知E1＝Blv，E2＝2Blv，則E1∶E2＝1∶2，故選項C正確．] 3．如圖所示，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

5、，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(　　) A.　　　　　　　 B. C. D. B　[根據(jù)法拉第電磁感應定律解題．線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E＝n＝n··S＝n··＝，選項B正確．] 對法拉第電磁感應定律的理解 1．理解公式E＝n (1)感應電動勢E的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的關系，與電路的電阻R無關；感應電流的大小與感應電動勢E和回路總電阻R有關． (2)磁通量的變化率，是Φ-t圖象上某點切線的斜率，可反映單匝線圈感應電動勢的大小和方向．

6、 (3)E＝n只表示感應電動勢的大小，不涉及其正負，計算時ΔΦ應取絕對值．感應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可求得平均感應電動勢，通過閉合電路歐姆定律可求得電路中的平均電流I＝＝，通過電路中導體橫截面的電荷量Q＝IΔt＝n. 3．注意：對于磁通量的變化量和磁通量的變化率來說，穿過一匝線圈和穿過n匝線圈是一樣的，而感應電動勢則不一樣，感應電動勢與匝數(shù)成正比． 【例1】　(2019·全國卷Ⅰ)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時間變化的勻強磁場，其邊界如圖

7、(a)中虛線MN所示．一硬質(zhì)細導線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心O在MN上．t＝0時磁感應強度的方向如圖(a)所示；磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖(b)所示。則在t＝0到t＝t1的時間間隔內(nèi)(　　) A．圓環(huán)所受安培力的方向始終不變 B．圓環(huán)中的感應電流始終沿順時針方向 C．圓環(huán)中的感應電流大小為 D．圓環(huán)中的感應電動勢大小為 [答案]　BC 綜合法拉第電磁感應定律和楞次定律，對于面積一定的線圈，不管磁場的方向如何變化，只要磁感應強度B隨時間均勻變化，產(chǎn)生感應電動勢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、不管圖線在時間軸上方還是下方，整個過程感應電動勢和感應電流均為恒量. 1．一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 B　[根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝n，設線框匝數(shù)為n，面積為S0，初始時刻磁感應強度為B0，則第一種情況下的感應電動勢為E1＝n＝nB0S0；第二種情況下的感應電動勢為E2＝n＝nB0S0，所以兩種情況下線框中的

9、感應電動勢相等，比值為1，故選項B正確．] 對公式E＝Blv的理解及應用 1．對公式E＝Blv的理解 (1)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. (2)式中的l應理解為導線切割磁感線時的有效長度． 若切割磁感線的導線是彎曲的，則應取其與B和v方向都垂直的等效線段長度來計算．如圖中線段ab的長即為導線切割磁感線的有效長度． (3)公式中的v應理解為導線和磁場的相對速度，當導線不動而磁場運動時，也有電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生． 2．導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線時的感應電動勢 如圖所示，長為l的導體棒ab以a為圓心，以角速度ω在磁感應強度為B的

10、勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，其感應電動勢可從兩個角度推導． (1)棒上各點速度不同，其平均速度＝ωl，由E＝Blv得棒上感應電動勢大小為E＝Bl·ωl＝Bl2ω. (2)若經(jīng)時間Δt，棒掃過的面積為ΔS＝πl(wèi)2＝l2ω·Δt，磁通量的變化量ΔΦ＝B·ΔS＝Bl2ω·Δt，由E＝得棒上感應電動勢大小為E＝Bl2ω. 【例2】　如圖所示，水平放置的兩平行金屬導軌相距L＝0.50 m，左端接一電阻R＝0.20 Ω，磁感應強度B＝0.40 T 的勻強磁場方向垂直于導軌平面向下，導體棒ac(長為L)垂直放在導軌上，并能無摩擦地沿導軌滑動，導軌和導體棒的電阻均可忽略不計．當ac棒以v＝4.0 m/s的速度水

11、平向右勻速滑動時，求： (1)ac棒中感應電動勢的大??； (2)回路中感應電流的大小； (3)維持ac棒做勻速運動的水平外力的大小． 思路點撥：本題可按以下思路進行分析： [解析]　(1)ac棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢的大小為 E＝BLv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V. (2)回路中感應電流的大小為I＝＝ A＝4.0 A 由右手定則知，ac棒中的感應電流由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．由于導體棒勻速運動，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，邊長為a的正方形閉合線框ABCD在勻強磁場中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動，磁感應強度為B，初始時刻線框所在平面與磁感線垂直，經(jīng)過時間t轉(zhuǎn)過120°角，求： (1)線框內(nèi)感應電動勢在t時間段內(nèi)的平均值； (2)轉(zhuǎn)過120°角時感應電動勢的瞬時值． [解析]　(1)設初始時刻線框向紙外的一面為正面，此時磁通量Φ1＝－Ba2， 磁感線從反面穿入，經(jīng)過時間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)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示．銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸．圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中．圓盤旋轉(zhuǎn)時，關于流過電阻R的電流，下列說法正確的是(　　) A．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定 B．若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動 C．若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化 D．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 AB　[由右手定則知，圓盤按如題圖所示的方向轉(zhuǎn)動時，感應電流沿a到b的方

14、向流動，選項B正確；由感應電動勢E＝Bl2ω知，角速度恒定，則感應電動勢恒定，電流大小恒定，選項A正確；角速度大小變化，感應電動勢大小變化，但感應電流方向不變，選項C錯誤；若ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則感應電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝I2R知，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍，選項D錯誤．] 感應電動勢的三個表達式對比 表達 式 E＝n E＝Blv E＝Bl2ω 情景 圖 研究 對象 回路(不一定閉合) 一段直導線(或等效成直導線) 繞一端轉(zhuǎn)動的導體棒 意義 一般求平均感應電動勢，當Δt→0時求的是瞬時感應電動勢 一般求瞬時感應電動勢

15、，當v為平均速度時求的是平均感應電動勢 用平均值法求瞬時感應電動勢 適用 條件 所有磁場 勻強磁場 勻強磁場 2．如圖所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側(cè)有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止(磁場區(qū)域足夠大)，下列結(jié)論錯誤的是(　　) A．感應電流方向不變 B．CD段始終不受安培力 C．感應電動勢最大值E＝Bav D．感應電動勢平均值為πBav B　[感應電動勢公式E＝只能用來計算平均值，利用感應電動勢公式E＝Blv計算時，l應是等效長度

16、，即導體垂直切割磁感線的長度．在閉合回路進入磁場的過程中，通過閉合回路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知感應電流的方向為逆時針方向不變，A正確；根據(jù)左手定則可以判斷，CD段所受安培力向下，B錯誤；當半圓閉合回路進入磁場一半時，等效長度最大為a，這時感應電動勢最大為E＝Bav，C正確；感應電動勢平均值＝＝＝πBav，D正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡 1.閉合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，與磁通量及其變化量大小無關，即E＝n. 2．導線切割磁感線時，感應電動勢的大小為E＝Blvsin θ，其中θ表示v與B之間的夾角． 3．導線轉(zhuǎn)動切割磁感線時，感

17、應電動勢的大小為E＝Bl2ω. 1．如果閉合電路中的感應電動勢很大，那一定是因為(　　) A．穿過閉合電路的磁通量很大 B．穿過閉合電路的磁通量變化量很大 C．穿過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)法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小取決于穿過閉合電路的磁通量的變化率，即感應電動勢的大小與磁通量大小、磁通量變化量大小、電路電阻無必然聯(lián)系，所以C正確，A、B、D錯誤．] 2．如圖所示的情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢為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為導體切割磁感線的有效長度，甲、乙、丁中的有效長度均為l，感應電動勢E＝Blv，而丙的有效長度為lsin θ，感應電動勢E＝Blvsin θ，故B正確．] 3．如圖所示，半徑為r的金屬環(huán)繞通過其直徑的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，勻強磁場的磁感應強度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場方向平行時開始計時，在轉(zhuǎn)過30°角的過程中，金屬環(huán)中產(chǎn)生的電動勢的平均值為(　　) A．2Bωr2 B．2Bωr2 C．3Bωr2 D．3Bωr2 C　[開始時，Φ1＝0，金屬環(huán)轉(zhuǎn)過30°時，Φ2＝BSsin 30°＝Bπr2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝Bπr2，Δt＝＝＝.根據(jù)E＝得，金屬環(huán)中電動勢的平均值＝3Bωr2，選項C正確．] 4．如圖所示，MN、PQ為兩條平行的水平放置的金屬導軌，左端接有定值電阻R，金屬棒ab斜放在兩導軌之間，與導軌接觸良好，ab＝L.磁感應強度為B的勻強磁場垂直于導軌平面，設金屬棒與兩導軌間夾角為60°，以速度v水平向右勻速運動，不計導軌和棒的電阻，則流過金屬棒的電流為(　　) A．I＝ B．I＝ C．I＝ D．I＝ B　[導體棒切割磁感線的有效長度為：L·sin 60°＝L，故感應電動勢E＝Bv，由閉合電路歐姆定律得I＝，故選項B正確．] - 10 -