【學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計】2014-2015學(xué)年高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 粵教版選修3-2

1、學(xué)案4法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，并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.2.能夠運用EBLv或EBLvsin 計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢.3.知道反電動勢的定義和在生產(chǎn)中的應(yīng)用1在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化2磁通量發(fā)生變化的方式：磁感應(yīng)強度B變化、閉合電路的有效面積S變化、磁感應(yīng)強度B和閉合電路的有效面積S均變化一、影響感應(yīng)電動勢大小的因素1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2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源，而感應(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

2、定律算出3實驗表明：感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢，用表示二、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變化率成正比2表達(dá)式：En.其中n為線圈的匝數(shù)、叫磁通量的變化率三、感應(yīng)電動勢的另一種表述1如圖1所示，直導(dǎo)線做切割磁感線運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBLvsin_.為直導(dǎo)線運動方向與磁感線方向的夾角圖12當(dāng)切割磁感線的導(dǎo)線的運動方向與磁感線方向垂直時，感應(yīng)電動勢EBLv.一、法拉第電磁感應(yīng)定律問題設(shè)計1在圖2所示實驗中，以相同速度分別將一根和兩根同向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

3、什么結(jié)論？圖2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?即在保證磁通量變化所用時間相同的情況下)換用兩根同向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)角度大由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化所用時間相同時，感應(yīng)電動勢E的大小與磁通量的變化量有關(guān)，越大，E越大2在圖2所示實驗中，保證磁通量變化量相同，將兩根同向條形磁鐵快速或慢速插入螺線管，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？答案將兩根條件磁鐵快速插入螺線管時靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度大；將兩根條形磁鐵慢速插入螺線管時靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)角度小由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化量相同時，感應(yīng)

4、電動勢E的大小與磁通量的變化所用的時間t有關(guān)，t越小，E越大3結(jié)合上面2個實驗，可以得到什么結(jié)論？答案實驗表明：感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)要點提煉1(1)公式En的理解：n為線圈匝數(shù)，總?cè)〗^對值；叫磁通量的變化率(2)E決定于磁通量的變化率，與、無關(guān)很大時，可能很小，也可能很大；0時，可能不為0.(3)En適用于任何情況下感應(yīng)電動勢的計算，但一般用于求t時間內(nèi)的平均值2常見感應(yīng)電動勢的計算式有：(1)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強度B均勻變化：En·S.(為Bt圖象上某點切線的斜率)(2)磁感應(yīng)強度B不變，線圈面積S均勻變化：EnB·.3產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)

5、于電源如果電路沒有閉合，這時雖然沒有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動勢依然存在二、導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢問題設(shè)計如圖3所示，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，ab的長度為L，ab以速度v勻速切割磁感線，求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢圖3答案設(shè)在t時間內(nèi)導(dǎo)體棒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SLvt穿過閉合電路磁通量的變化量為BSBLvt根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得EBLv.要點提煉1當(dāng)導(dǎo)體平動垂直切割磁感線時，即B、L、v兩兩垂直時(如圖4所示)EBLv.圖42公式中L指有效切割長度：即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度圖5圖5甲中的有效切割長度為：Lsin ；圖

6、乙中的有效切割長度為：L；圖丙中的有效切割長度為：沿v1的方向運動時，LR；沿v2的方向運動時，LR.延伸思考如圖6所示，如果長為L的直導(dǎo)線的運動方向與直導(dǎo)線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個夾角(90°)，則此時直導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢表達(dá)式是什么？圖6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v1vsin 和平行于磁感線的分量v2vcos .后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBLv1BLvsin .一、法拉第電磁感應(yīng)定律的理解例1(單選)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

7、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本題考查對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解，關(guān)鍵是抓住感應(yīng)電動勢的大小和磁通量的變化率成正比感應(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)系，它由磁通量的變化率決定，故選D.答案D二、公式En的應(yīng)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(yīng)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_ W

8、b/s；線圈中的感應(yīng)電動勢的大小是_ V.解析磁通量的變化量為B·Ssin (0.50.1)×20×104×0.5 Wb4×104 Wb磁通量的平均變化率為 Wb/s8×103 Wb/s根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢的大小為：En200×8×103 V1.6 V.答案4×1048×1031.6例3如圖7甲所示，平行導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距d10 cm，導(dǎo)體棒ab、cd放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直每根棒在導(dǎo)軌間的電阻均為R1.0 .用長為L20 cm的絕緣絲線將兩棒系住整個裝置

9、處在勻強磁場中，t0的時刻，磁場方向豎直向下，絲線剛好處于未被拉伸的自然狀態(tài)此后，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化如圖乙所示不計感應(yīng)電流磁場的影響，整個過程絲線未被拉斷求：(1)02.0 s的時間內(nèi)，電路中感應(yīng)電流的大小與方向；(2)t1.0 s時，絲線的拉力大小圖7解析(1)由題圖乙可知0.1 T/s由法拉第電磁感應(yīng)定律有ES2.0×103 V則I1.0×103 A由楞次定律可知電流方向為順時針方向(2)導(dǎo)體棒在水平方向上受絲線拉力和安培力平衡由題圖乙可知t1.0 s時B0.1 T則FTFABId1.0×105 N.答案(1)1.0×103 A順時針(2)1

10、.0×105 N三、公式EBLv的應(yīng)用例4試寫出如圖8所示的各種情況下導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的表達(dá)式導(dǎo)線長均為l，速度為v，磁感應(yīng)強度均為B，圖(3)、(4)中導(dǎo)線垂直紙面圖8答案(1)E0(2)EBlv(3)E0(4)EBlvcos 1(對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)(單選)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.2(公式En的應(yīng)用)(雙選)單匝矩形線圈在

11、勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線圈所圍面積的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖9所示，則OD過程中()圖9A線圈中O時刻感應(yīng)電動勢最大B線圈中D時刻感應(yīng)電動勢最大C線圈中O至D時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢為0.4 VD線圈中O至E時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢為0.4 V答案AC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律En，即為t圖象對應(yīng)時刻切線的斜率，所以A正確，B錯誤；線圈中O至D時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢n1× V0.4 V所以C正確；而O至E時間內(nèi)，因0，所以0，所以D錯誤3(公式EBLv的應(yīng)用)(單選)如圖10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(shè)運動的整個過程中不

12、計空氣阻力，則金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將()圖10A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(yīng)電動勢保持不變題組一對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解1(雙選)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(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，下列表述正確的是 ()A感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時，感應(yīng)電動勢可能不為零C當(dāng)穿過線圈的磁通量變化越快時，感應(yīng)電動勢越大D感應(yīng)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(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢En，即感應(yīng)電動

13、勢與線圈匝數(shù)有關(guān)，故A錯誤；同時可知，感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率有關(guān)，故D錯誤；磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大，故C正確；當(dāng)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(yīng)電動勢不一定為零故B正確2(單選)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；當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，閉合電路的磁通量一定改

14、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3(雙選)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(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錯誤斷開電鍵，電流表不偏轉(zhuǎn)，故感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)

15、電動勢不為零，故D錯誤故選A、B.題組二公式EBLv的應(yīng)用4(單選)如圖2所示的情況中，長度為l的金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Blv的是 ()圖2A乙和丁 B甲、乙、丁C甲、乙、丙、丁 D只有乙答案B5(雙選)某地的地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量方向向下，大小為4.5×105 T一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂叮訉?00 m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導(dǎo)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

16、動的導(dǎo)體在切割豎直向下的磁感線根據(jù)右手定則，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EBLv4.5×105×100×2 V9×103 V，所以A錯誤，B正確6(單選)如圖3所示，平行金屬導(dǎo)軌的間距為d，一端跨接一阻值為R的電阻，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向里，一根長直金屬棒與導(dǎo)軌成60°角放置，且接觸良好，則當(dāng)金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導(dǎo)軌滑行時，其他電阻不計，電阻R中的電流為 ()圖3A. B.C. D.答案A解析導(dǎo)線切割磁感線的有效長度是L，感應(yīng)電動勢EBLv，R中的電流為I.聯(lián)

17、立解得I.題組三公式En的應(yīng)用7(單選)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(yīng)電動勢最大的是 ()答案D解析感應(yīng)電動勢的大小為Enn，A、B兩種情況磁通量變化量相同，C中最小，D中最大，磁鐵穿過線圈所用的時間A、C、D相同且小于B所用的時間，所以D選項正確8(單選)如圖4所示，半徑為r的n匝線圈套在邊長為L的正方形abcd之外，勻強磁場局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過正方形面積，當(dāng)磁感應(yīng)強度以的變化率均勻變化時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為 ()圖4Ar2 BL2Cnr2 DnL2答案D解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為EnnL2.9(單選)一單匝矩

18、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)電動勢的比值為()A. B1 C2 D4答案B解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E，設(shè)初始時刻磁感應(yīng)強度為B0，線框面積為S0，則第一種情況下的感應(yīng)電動勢為E1B0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動勢為E2B0S0，所以兩種情況下線框中的感應(yīng)電動勢相等，比值為1，故選項B正確10(雙選)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的變化圖象如圖5所示，則()圖5

19、A在t0時，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大B在t1×102 s時，感應(yīng)電動勢最大C在t2×102 s時，感應(yīng)電動勢為零D在02×102 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t2×102 s時刻，E0，A錯，C對t1×102 s，最大，E最大，B對.02×102 s，0，E0，D錯11如圖6甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n1000，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(yīng)強度B的變化規(guī)律如圖乙所示，線圈面積S100 cm2，則Uab_，電壓表示數(shù)為_ V.圖6答案50 V50解析由Bt圖象可知5 T