－魯科版選修32 1.2 感應電動勢與電磁感應定律 學案.docx

1.2感應電動勢與電磁感應定律 學案學習目標：1.知道感應電動勢的概念和感應電動勢的作用.2.理解法拉第電磁感應定律的內(nèi)容和數(shù)學表達式.3.知道公式e=blv的推導過程及其與e=nt的區(qū)別和聯(lián)系,并能應用它們解決問題.基礎知識1.感應電動勢(1)電動勢是描述電本領的物理量.(2)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時,閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流,這說明電路中一定存在一種電動勢,這種由現(xiàn)象產(chǎn)生的電動勢,叫感應電動勢,相當于電. (3)不管電路是否閉合,只要穿過電路的,電路中就有感應電動勢.如果電路是閉合的,就有感應電流,如果電路是斷開的就沒有感應電流,但仍然存在.2.法拉第電磁感應定律(1)設在一定的時間t之內(nèi)穿過電路磁通量的變化為,則叫做磁通量的變化率,它能說明磁通量變化的.(2)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,這就是法拉第電磁感應定律.(3)法拉第電磁感應定律表達式對單匝線圈,e=;對n匝線圈,e=3.導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小(1)導體垂直切割磁感線時,感應電勢勢大小e=blv,其中l(wèi)是,v是導體運動的速度,且l與v.(2)當導體運動速度v的方向與磁場b有一夾角時,產(chǎn)生的感應電動勢為.學習交流：主題1感應電動勢情景我們知道要使閉合電路中有電流,電路中必須有電.電的作用是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能.產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象時,閉合電路中有感應電流,此電路中也一定存在電動勢,即感應電動勢.問題(1)在教材第一節(jié)探究1、探究2、探究3中各發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化?電路中哪一部分導體相當于電?(2)當磁通量發(fā)生變化時,若電路不閉合,電流表是否會偏轉(zhuǎn)?教材第1節(jié)探究1中導線ab和探究2、3中線圈存在感應電動勢嗎?主題2法拉第電磁感應定律問題(1)重做教材第1節(jié)探究1、探究2和探究3實驗,并比較在下列情況下感應電流的大小有什么不同探究1中觀察ab切割磁感線的速度大小不同時;探究2中插入和拔出磁鐵的快慢不同時;探究3中移動滑動變阻器滑片的快慢不同時.實驗說明感應電動勢的大小與什么因素有關呢?問題(2)閱讀教材第11頁第4自然段回答,磁通量變化的快慢用什么表示?越大、越大,t越大嗎?根據(jù)以往學習的經(jīng)驗,能找一個類似的物理量進行比較嗎?問題(3)閱讀教材第11頁第3自然段到第12頁第1自然段,簡述法拉第電磁感應定律的內(nèi)容,寫出定律的表達式.主題3導體切割磁感線時產(chǎn)生的感應電動勢大小情景對于導體切割磁感線運動時產(chǎn)生的電動勢,除了用法拉第電磁感應定律解決外,能否再總結(jié)出一種更為簡潔的感應電動勢的表達式?問題(1)長為l的直導線垂直置于勻強磁場中,以速度v做垂直切割磁感線運動,磁感應強度為b(如圖甲所示).試用b、l、v表示ab切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢的大小.(2)如果導體運動方向與磁感線不垂直,如圖乙所示,設導體棒的速度v與磁感線的夾角為,則感應電動勢為多大?主題4公式e=nt與e=blv的區(qū)別和聯(lián)系問題從上面的分析中可以知道,e=blv是由e=nt推導出的,那么這兩個公式有什么區(qū)別和聯(lián)系呢?思考后請完成下表.e=nte=blv區(qū)別研究對象研究內(nèi)容e=nt一般計算電動勢e=blv一般計算電動勢適用情形e=nt適用于e=blv只適用于聯(lián)系e=nt和e=blv本質(zhì)上是統(tǒng)一的.對于e=nt,當t0時, e為感應電動勢;對于e=blv,若v為平均速度,則e為感應電動勢.典例：一、磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率及其區(qū)別例1 一個200匝、面積為20 cm2的線圈,放在勻強磁場中,磁場的方向與線圈平面成30角,磁感應強度在0.05 s內(nèi)由0.1 t增大到0.5 t.在此過程中,穿過線圈的磁通量的變化量是,磁通量的平均變化率是,回路中的感應電動勢是.二、法拉第電磁感應定律e=nt的應用例2如圖所示,用均勻?qū)Ь€做成的一個正方形線框的邊長為0.2 m,線框的一半放在垂直紙面向里的勻強磁場中.當磁場以每0.1 s增大1 t的規(guī)律變化時,線框中的感應電動勢是多大?變式訓練如圖甲所示,螺線管匝數(shù)n=1500,橫截面積s=20 cm2,導線的電阻r=1.5 ,r1=3.5 ,r2=25 .穿過螺線管的磁場的磁感應強度b按如圖乙所示規(guī)律變化,問(1)穿過螺線管的磁通量的變化率為多大?(2)r2的功率為多大?三、公式e=blv的應用例3如圖所示,有一夾角為的金屬角架,角架所圍區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場中,磁場的磁感應強度為b,方向與角架所在平面垂直,一段直導線ab從角頂c貼著角架以速度v向右勻速運動,求(1)t時刻角架的瞬時感應電動勢.(2)t時間內(nèi)角架的平均感應電動勢.參考答案1.(1)將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能(2)電磁感應產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體(3)磁通量發(fā)生變化感應電動勢2.(1)t快慢(2)正比(3) tnt3.(1)導體長度垂直(2)e=blvsin 1.解答(1)探究1中,導體棒ab在外力作用下做切割磁感線運動時,外力克服安培力做功,將機械能轉(zhuǎn)化為電能,ab相當于電;探究2中,磁鐵插入或拔出螺線管時,外力克服安培力做功,將機械能轉(zhuǎn)化為電能,螺線管相當于電;探究3中,螺線管a所在電路中電的電能,通過電磁感應轉(zhuǎn)變?yōu)槁菥€管b中的電能,螺線管b相當于電.(2)如果電路是斷開的就沒有感應電流,所以電流表不會偏轉(zhuǎn),但感應電動勢仍然存在.2.解答在探究1中,ab切割磁感線的速度越大,感應電流越大;在探究2中,插入和拔出磁鐵越快,感應電流越大;在探究3中,滑動變阻器的滑片移動越快,感應電流越大.這說明感應電動勢的大小與電路中磁通量變化的快慢有關,磁通量變化越快,感應電動勢越大.(2)解答磁通量變化的快慢可以用單位時間內(nèi)磁通量的變化,即磁通量的變化率表示.設在t=t2-t1時間內(nèi),磁通量的變化為=2-1,則磁通量的變化率為t.磁通量的變化率t與和無大小上的必然聯(lián)系,大,不一定大,t也不一定大;反之亦然.它們的情況類似于力學中的v、v及a=vt的關系.(3)解答內(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.表達式e=nt.單位1 v=1 wb/s.說明a.e=nt中的 n為線圈的匝數(shù).從物理情景看,相當于n個電動勢相同的電串聯(lián),e為串聯(lián)后的總電動勢.b.若s不變,b隨時間變化時,則e=nsbt;若b不變,回路面積s隨時間變化時,則e=nbst.3.解答(1)在導體棒ab向右運動,經(jīng)t時間運動到ab,則s=lvt,如圖甲所示.根據(jù)法拉第電磁感應定律e=t=bst=blvtt=blv,即e=blv.(2)如圖乙所示,此時可以把速度v分解為兩個分量垂直于磁感線的分量v1=vsin ;平行于磁感線的分量v2=vcos .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 .4.解答一個回路;磁場中運動的一段導體;平均;瞬時;一切情況;一部分導體做切割磁感線運動;瞬時;平均一、磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率及其區(qū)別例1410-4 wb810-3 wb/s1.6 v【解析】磁通量的變化量為=bssin 30=(0.5-0.1)2010-40.5 wb=410-4 wb磁通量的平均變化率為t=410-40.05 wb/s=810-3 wb/s回路中的感應電動勢e=nt=200810-3 v=1.6 v.【點撥】、t三者之間無必然聯(lián)系.大,不一定大,t也不一定大,反之亦然.當磁通量很大時,磁通量的變化量可能很小;同理,當磁通量的變化量很大時,若經(jīng)歷的時間很長,則磁通量的變化率t也可能較小. 、t的大小與匝數(shù)n均無關,但是電動勢e的大小與匝數(shù)n有關.二、法拉第電磁感應定律e=nt的應用例20.2 v【解析】依題意有,磁場的變化率為k=bt=10.1 t/s=10 t/s由法拉第電磁感應定律,有e=t=bst=btl22=0.2 v.【點撥】磁場的變化產(chǎn)生感應電動勢,是因為b的變化而引起的,即=bs,則計算電動勢e時,有e=bts.公式中的面積s應為有效面積,即實際面積沿磁場方向的投影面積.變式訓練(1)410-3 v(2)1 w【解析】(1)由乙圖有bt=2 t/s所以磁通量的變化率t=bst=410-3 v.(2)由法拉第電磁感應定律有e=nt=nbst=6 v由閉合電路歐姆定律有i=er1+r2+r=63.5+25+1.5 a=0.2 ar2的功率p2=i2r2=1 w.三、公式e=blv的應用例3(1)bv2ttan (2)12bv2ttan 【解析】(1)t時刻ab切割磁感線的有效長度l=betan =vttan 根據(jù)公式得t時刻角架的瞬時感應電動勢為e=blv=bv2ttan .(2)