人教版選修11 法拉第電磁感應(yīng)定律 第1課時 學案 (1).docx

3.2法拉第電磁感應(yīng)定律學習目標：1.理解和掌握確定感應(yīng)電動勢大小的一般規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律.2.能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大小.3.能夠運用eblv或eblvsin 計算導線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢重點：理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容、數(shù)學表達式.難點：用eblvsin和en解決問題.新課預習：一、影響感應(yīng)電動勢大小的因素1定義在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導體相當于電源這部分導體本身的電阻相當于電源內(nèi)阻，當電路斷路時，無(填“有”或“無”)感應(yīng)電流，但有(填“有”或“無”)感應(yīng)電動勢2感應(yīng)電流的強弱由感應(yīng)電動勢的大小和閉合電路的電阻決定，可以由閉合電路歐姆定律算出3實驗探究影響感應(yīng)電動勢大小的因素(1)猜想與假設(shè)感應(yīng)電動勢的大小可能與磁通量的變化量有關(guān)感應(yīng)電動勢的大小可能與磁通量變化所用的時間t有關(guān)(2)制定計劃與設(shè)計實驗方法：控制變量法先控制其中一個物理量，探究另一個物理量變化時，感應(yīng)電動勢e的大小是如何變化的(3)信息收集與歸納通過改變所用條形磁鐵的數(shù)目，改變磁通量的變化量.通過改變條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度，改變磁通量變化所用的時間t.結(jié)論：在相同時間內(nèi)，磁通量的變化量越大，感應(yīng)電動勢越大；在磁通量變化量相同時，磁通量變化所用的時間越短，感應(yīng)電動勢越大即感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)二、法拉第電磁感應(yīng)定律1法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)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)表達式：en.2對感應(yīng)電動勢的理解(1)磁通量的變化常由b的變化或s的變化引起當僅由b的變化引起時，ens.當僅由s的變化引起時，enb.(2)en計算的是t時間內(nèi)平均感應(yīng)電動勢，當t0時，en的值才等于瞬時感應(yīng)電動勢深度思考(1)感應(yīng)電動勢的大小與或的大小有沒有關(guān)系？(2)、與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？感應(yīng)電動勢e與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？答案(1)e的大小與或的大小沒有關(guān)系(2)、均與某一面積相聯(lián)系，與線圈匝數(shù)無關(guān)，n匝線圈時相當于n個單匝線圈的串聯(lián)，所以感應(yīng)電動勢e與線圈匝數(shù)有關(guān)典例分析：例1下列幾種說法中正確的是()a線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢一定越大解析感應(yīng)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(guān)，它由磁通量的變化率決定，故選d.答案d例2如圖1甲所示的螺線管，匝數(shù)n1 500匝，橫截面積s20 cm2，方向向右穿過螺線管的勻強磁場的磁感應(yīng)強度按圖乙所示規(guī)律變化，圖1(1)2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量是多少？(2)磁通量的變化率多大？(3)線圈中感應(yīng)電動勢的大小為多少？解析(1)磁通量的變化量是由磁感應(yīng)強度的變化引起的，則1b1s2b2s21所以bs(62)20104 wb8103 wb(2)磁通量的變化率為 wb/s4103 wb/s(3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢的大小en1 5004103 v6 v答案(1)8103 wb(2)4103 wb/s(3)6 v應(yīng)用en時應(yīng)注意的三個問題：(1)此公式適用于求平均感應(yīng)電動勢.(2)計算感應(yīng)電動勢大小時，取絕對值不涉及正、負.(3)s，為t圖象的斜率，為t圖象的斜率，為bt圖象的斜率三、感應(yīng)電動勢的另一種表述導體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1垂直切割：導體棒垂直于磁場運動，b、l、v兩兩垂直時，如圖2甲所示，eblv.圖22不垂直切割：導體的運動方向與導體本身垂直，但與磁感線方向夾角為時，如圖乙所示，則eblv1blvsin_.3公式eblvsin 的理解(1)該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個推論，通常用來求導體做切割磁感線運動時的感應(yīng)電動勢(2)式中l(wèi)應(yīng)理解為導體切割磁感線時的有效長度，即導體在與v垂直方向上的投影長度如圖3甲中，感應(yīng)電動勢eblv2brvbrv(半圓弧形導線做切割磁感線運動)在圖乙中，感應(yīng)電動勢eblvsin blv.圖3(3)公式中的v應(yīng)理解為導體和磁場間的相對速度，當導體不動而磁場運動時，同樣有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生深度思考導體棒的運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大嗎？答案導體棒切割磁感線時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小與垂直磁感線的速度有關(guān)，而速度大，垂直磁感線方向的速度不一定大所以，導體棒運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不一定越大例3如圖4所示，一金屬彎桿處在磁感應(yīng)強度大小為b、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，已知abbcl，當它以速度v向右平動時，a、c兩點間的電勢差為()圖4ablvbblvsin cblvcos dblv(1sin )解析導體桿切割磁感線的有效長度為lsin ，故b正確答案b在公式eblv中，l是指導體棒的有效切割長度，即導體棒在垂直于速度v方向上的投影長度.四、公式en與eblvsin 的區(qū)別1研究對象不同en研究整個閉合回路，適用于各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象；eblvsin 研究的是閉合回路的一部分，即做切割磁感線運動的導體2實際應(yīng)用不同en應(yīng)用于磁感應(yīng)強度變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢較方便；eblvsin 應(yīng)用于導體切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢較方便3e的意義不同en求的一般是平均感應(yīng)電動勢，eblvsin 一般求的是瞬時感應(yīng)電動勢例4如圖5所示，導軌om和on都在紙面內(nèi)，導體ab可在導軌上無摩擦滑動，若ab以5 m/s的速度從o點開始沿導軌勻速右滑，導體與導軌都足夠長，它們每米長度的電阻都是0.2 ，磁場的磁感應(yīng)強度為0.2 t問：圖5(1)3 s末夾在導軌間的導體長度是多少？此時導體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大？回路中的電流為多少？(2)3 s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應(yīng)電動勢為多少？解析(1)夾在導軌間的部分導體切割磁感線產(chǎn)生的電動勢才是電路中的感應(yīng)電動勢3 s末時刻，夾在導軌間導體的長度為：lvttan 3053tan 30 m5 m此時：eblv0.25 5 v5 v電路電阻為r(155 10 )0.2 8.196 所以i1.06 a(2)3 s內(nèi)回路中磁通量的變化量bs00.2155 wb wb3 s內(nèi)回路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為：e v4.33 v.答案(1)5 m5 v1.06 a(2) wb433 veblv和en)本質(zhì)上是統(tǒng)一的.前者是后者的一種特殊情況.但是，當導體做切割磁感線運動時，用eblv求e比較方便；當穿過電路的磁通量發(fā)生變化時，用en求e比較方便.課堂練習：1(對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)關(guān)于感應(yīng)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(yīng)電動勢一定最大b穿過閉合電路的磁通量為零時，其感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢一定不為零答案d解析磁通量的大小與感應(yīng)電動勢的大小不存在內(nèi)在的聯(lián)系，故a、b錯誤；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(yīng)電流產(chǎn)生，有感應(yīng)電流就一定有感應(yīng)電動勢，故c錯，d對2(公式en的應(yīng)用)(多選)如圖6甲所示，線圈的匝數(shù)n100匝，橫截面積s50 cm2，線圈總電阻r10 ，沿軸方向有勻強磁場，設(shè)圖示磁場方向為正，磁場的磁感應(yīng)強度隨時間做如圖乙所示規(guī)律變化，則在開始的0.1 s內(nèi)()圖6a磁通量的變化量為0.25 wbb磁通量的變化率為2.5102 wb/sca、b間電壓為0d在a、b間接一個理想電流表時，電流表的示數(shù)為0.25 a答案bd解析通過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，若設(shè)2b2s為正，則線圈中磁通量的變化量為b2s(b1s)，代入數(shù)據(jù)得(0.10.4)50104 wb2.5103 wb，a錯；磁通量的變化率wb/s2.5102 wb/s，b正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當a、b間斷開時，其間電壓等于線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢大小為en2.5 v且恒定，c錯；在a、b間接一個理想電流表時相當于a、b間接通而形成回路，回路總電阻即為線圈的總電阻，故感應(yīng)電流大小i a0.25 a，d項正確3(公式en的應(yīng)用)(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，穿過線圈的磁通量隨時間t的關(guān)系圖象如圖7所示，則()圖7a在t0時刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大b在t1102 s時刻，感應(yīng)電動勢最大c在t2102 s時刻，感應(yīng)電動勢為零d在02102 s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動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t0及t2102 s時刻，e0，a錯，c對；t1102 s時e最大，b對；02102 s時間內(nèi)，0，e0，d錯4(公式eblv的應(yīng)用)(多選)某地的地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量方向向下，大小為4.5105 t一靈敏電壓表連接在當?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00 m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導體)流過，設(shè)落潮時，海水自西向東流，流速為2 m/s.下列說法正確的是()a電壓表記錄的電壓為5 mvb電壓表記錄的電壓為9 mvc河南岸的電勢較高d河北岸的電勢較高答案bd解析海水在落潮時自西向東流，該過程可以理解為：自西向東運動的導體在切割豎直向下的磁感線，根據(jù)右手定則可判斷，北岸是正極，電勢高，南岸電勢低，所以c錯誤，d正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律eblv4.51051002 v9103 v，所以a錯誤，b正確.作業(yè)1(多選)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1a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若斷開開關(guān)s，電流表g均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動勢答案ab解析磁通量變化相同，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(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，磁通量的變化率大，感應(yīng)電動勢大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流大，故b正確，c錯誤；斷開開關(guān)，電流表不偏轉(zhuǎn)，知感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)電動勢不為零，故d錯誤故選a、b.2穿過某單匝閉合回路的磁通量隨時間t變化的圖象分別如圖2中的所示，下列說法正確的是()圖2a圖有感應(yīng)電動勢，且大小恒定不變b圖產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大c圖在0t1時間內(nèi)的感應(yīng)電動勢是t1t2時間內(nèi)感應(yīng)電動勢的2倍d圖產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變大再變小答案c解析感應(yīng)電動勢en，而對應(yīng)t圖象中圖線的斜率，根據(jù)圖線斜率的變化情況可得：中無感應(yīng)電動勢；中感應(yīng)電動勢恒定不變；中感應(yīng)電動勢0t1時間內(nèi)的大小是t1t2時間內(nèi)大小的2倍；中感應(yīng)電動勢先變小再變大3穿過一個單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2 wb，則()a線圈中感應(yīng)電動勢每秒增加2 vb線圈中感應(yīng)電動勢每秒減少2 vc線圈中感應(yīng)電動勢始終為2 vd線圈中感應(yīng)電動勢始終為一個確定值，但由于線圈有電阻，電動勢小于2 v答案c解析由en知：恒定，n1，所以e2 v.4一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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢大小的比值為()a. b1 c2 d4答案b解析設(shè)原磁感應(yīng)強度是b，線框面積是s.第1 s內(nèi)12bsbsbs，第2 s內(nèi)22b2bsbs.因為en，所以兩次感應(yīng)電動勢大小相等，b正確5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t時間內(nèi)，磁感應(yīng)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(yīng)電動勢為()圖3a.b.c.d.答案b解析線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ennsn，選項b正確6.如圖4所示，a、b兩單匝閉合圓形導線環(huán)用相同規(guī)格的導線制成，它們的半徑之比rarb21，在兩導線環(huán)包圍的空間內(nèi)存在一正方形邊界的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于兩導線環(huán)所在的平面在磁場的磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大的過程中，流過兩導線環(huán)的感應(yīng)電流大小之比為()圖4a.1 b.2c.d.答案d解析a、b兩導線環(huán)的半徑不同，它們所包圍的面積不同，但某一時刻穿過它們的磁通量相等，所以兩導線環(huán)上的磁通量變化率是相等的，es相同，得1，i，r(s1為導線的橫截面積)，l2r，所以，代入數(shù)值得.7如圖5所示的情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為blv的是()圖5a乙和丁b甲、乙、丁c甲、乙、丙、丁d只有乙答案b8.如圖6所示，一根導體棒ab在垂直于紙面向里的勻強磁場中自由下落，并始終保持水平方向且與磁場方向垂直則有()圖6auab0bab，uab保持不變cab，uab越來越大dab，uab越來越大答案d解析ab棒向下運動時，可由右手定則判斷，感應(yīng)電動勢方向為ab，所以ba，由uabeblv及棒自由下落時v越來越大，可知uab越來越大，故d選項正確9如圖7所示，mn、pq是間距為l的平行金屬導軌，置于磁感應(yīng)強度為b、方向垂直導軌所在平面向里的勻強磁場中，m、p間接有一阻值為r的電阻一根與導軌接觸良好、有效阻值為r的金屬導線ab垂直導軌放置，并在水平外力f的作用下以速度v向右勻速運動，則(不計導軌電阻)()圖7a通過電阻r的電流方向為prmba、b兩點間的電壓為blvca端電勢比b端高da端電勢比b端低答案c解析由右手定則可知，通過電阻r的電流方向為mrp，a端電勢比b端高，選項a、d錯誤，c正確；ab產(chǎn)生的電動勢為：eblv，則a、b兩點間的電壓為uabeblv，選項b錯誤故選c.10如圖8所示，平行導軌間距為d，其左端接一個電阻r，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為b，方向垂直于平行金屬導軌所在平面，一根金屬棒與導軌成角放置，金屬棒與導軌的電阻均不計當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在導軌上滑行時，通過電阻r的電流大小是()圖8a.b.c.d.答案d解析金屬棒mn垂直于磁場放置，運動速度v與棒垂直，且vb，即已構(gòu)成兩兩互相垂直關(guān)系，mn接入導軌間的有效長度為l，所以eblv，i，故選項d正確11在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強磁場中，b0.2 t，有一水平放置的光滑框架，寬度為l0.4 m，如圖9所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻為1 的金屬桿cd，框架電阻不計若cd桿以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開始做勻變