2017-2018學(xué)年同步備課套餐之物理教科版選修3-2講義：第1章電磁感應(yīng)

1、3法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小.2.能夠運(yùn)用£=81丫或E=BLvsin。計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).新知探究點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)知識(shí)探究、電磁感應(yīng)定律導(dǎo)學(xué)探究回顧"探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并回答下列問(wèn)題：(1)如圖1所示，將條形磁鐵從同一高度插入線圈的實(shí)驗(yàn)中，快速插入和緩慢插入有什么相同和不同？指針偏轉(zhuǎn)程度相同嗎？圖1(2)三個(gè)實(shí)驗(yàn)中哪些情況下指針偏轉(zhuǎn)角度會(huì)大一些？指針偏轉(zhuǎn)大小取決于什么？答案(1)磁通量變化相同，但磁通量變化的快慢不同，快速插入比緩慢插入時(shí)指針偏轉(zhuǎn)程度大.(2)導(dǎo)體

2、棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)越快,等越大，I越大，E越大，指針偏轉(zhuǎn)程度越大.將條形磁鐵插入線圈的實(shí)驗(yàn)中，條形磁鐵快速插入(或拔出)比緩慢插入(或拔出)時(shí)的號(hào)大，I大，E大，指針偏轉(zhuǎn)程度大.模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(或閉合)瞬間比開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)下移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)號(hào)大，I大，E大，指針偏轉(zhuǎn)程度大.指針偏轉(zhuǎn)大小取決于號(hào)的大小.知識(shí)梳理1.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這個(gè)電路的磁通量的變化率成正比(2)表達(dá)式：E=n曾，其中n是線圈的匝數(shù).2.對(duì)、A與蓍的理解(1)：可形象地用某時(shí)刻穿過(guò)某個(gè)面的磁感線的條數(shù)表示.二BS,S是與B垂直的投影面的面積.(2)A

3、:某段時(shí)間內(nèi)穿過(guò)某個(gè)面的磁通量的變化量，4蟲(chóng)=2一1,若只是S變化則4蟲(chóng)=3魏若只是B變化，則4蟲(chóng)=ABS.等：穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化的快慢，若只是S變化則蓍=BS,若只是B變化則等=ABS五.即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大.(X)(2)線圈中磁通量的變化量A越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大.(X)(3)線圈放在磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大.(X)(4)線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大.(，)二、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,ab

4、的長(zhǎng)度為L(zhǎng),ab以速度v勻速切割磁感線，利用法拉第電磁感應(yīng)定律求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)./XXXXXxxxx圖2答案設(shè)在At時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體ab由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到abi,如圖所示，這時(shí)閉合電路面積的變化量為ZS=LvAt穿過(guò)閉合電路磁通量的變化量為4蟲(chóng)=BAS=BLvAt根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E=彗=BLv.知識(shí)梳理導(dǎo)線切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小(1)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，B、L、v兩兩垂直時(shí)，如圖3所示，E=BLv.(2)導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直,圖3。時(shí)，如圖4所示，E = BLvsin a即學(xué)即用如圖5所示的情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為BLv的是乙隊(duì)案忤題型探究聿點(diǎn)難點(diǎn)個(gè)個(gè)

5、擊破一、法拉第電磁感應(yīng)定律的理解1,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由穿過(guò)電路的磁通量的變化率譬和線圈白匝數(shù)n共同決定，而與磁通量、磁通量的變化量A的大小沒(méi)有必然聯(lián)系，和電路的電阻R無(wú)關(guān).A一2.在一t圖像中，磁通量的變化率不是圖像上某點(diǎn)切線的斜率.【例1關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，下列說(shuō)法中正確的是()A.穿過(guò)線圈的磁通量最大時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就一定最大B.穿過(guò)線圈的磁通量的變化量A增大時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也增大C.穿過(guò)線圈的磁通量等于0,所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就一定為0D.穿過(guò)線圈的磁通量的變化率當(dāng)越大，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大答案D解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率當(dāng)成正比，與

6、磁通量及磁通量的變化量A沒(méi)有必然聯(lián)系.當(dāng)磁通量很大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能很小，甚至為0.當(dāng)磁通量等于0時(shí)，其變化率可能很大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)很大，而A增大時(shí)，呼可能減小.如圖所示，ti時(shí)刻，最大，但E=0;0ti時(shí)間內(nèi)A增大，但管減小，E減??；t2時(shí)刻，=0,但最大，E最大.故D正確.A，E=n一”的應(yīng)用1 .E=nW一般用來(lái)求At時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值，其中n為線圈匝數(shù)，A取絕對(duì)值.2 .常見(jiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式有：ABAB、.線圈面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻變化：E=nS.(不為Bt圖像上某點(diǎn)切線的斜率)、一一AS(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，線圈面積S均勻變化：E=nB.|2ll(3)磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度B、垂直于磁場(chǎng)的回路面積S均發(fā)生變化：E=n困.【例2如圖6甲所示的螺線管，匝數(shù)n=1500匝，橫截面積S=20cm2,方向向右穿過(guò)螺線管的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化.(1)2s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量是多少?圖6(2)磁通量的變化率多大？(3)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為多少？答案(1)8X103Wb(2)4X103Wb/s(3)6V解析(1)磁通量的變化量是由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的，則1=B1S,2=B2S,=2一1,所以4蟲(chóng)=ABS=(62)X20X104Wb=8X103Wb(2)磁通量的變化率為_(kāi)3A8X103-=-2Wb/s=4X10Wb/s(3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得

8、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=n¥=1500X4X103V=6V.困針對(duì)訓(xùn)練(多選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t的關(guān)系圖像如圖7所示，則()A.在t=0時(shí)刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大,-2，、八、”.B.在t=1X10s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.2C.在t=2X10s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,2.一.一、“._D.在0-2X10s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為零答案BC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知E0cf,故t=0及t=2X10-2s時(shí)刻，E=0,A錯(cuò)，C對(duì)；t=1x102s時(shí)E最大，B對(duì)；02X10-2s時(shí)間內(nèi)，AW0,EW0,D錯(cuò).三、E=BL

9、v的應(yīng)用【例3如圖8所示，PQRS為一正方形導(dǎo)線框，它以恒定速度向右進(jìn)入以MN為邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直線框平面，MN與線框的邊成45°角，E、F分別為PS和PQ的中點(diǎn).關(guān)于線框中的感應(yīng)電流()XXXQ R N圖8A.當(dāng)E點(diǎn)經(jīng)過(guò)邊界MN時(shí)，感應(yīng)電流最大B.當(dāng)P點(diǎn)經(jīng)過(guò)邊界MN時(shí)，感應(yīng)電流最大C.當(dāng)F點(diǎn)經(jīng)過(guò)邊界MN時(shí)，感應(yīng)電流最大D.當(dāng)Q點(diǎn)經(jīng)過(guò)邊界MN時(shí)，感應(yīng)電流最大答案B解析當(dāng)P點(diǎn)經(jīng)過(guò)邊界MN時(shí)，有效切割長(zhǎng)度最長(zhǎng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，所以感應(yīng)電流最大.L總結(jié)提升-導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv,公式中L指有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)線在與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度.甲圖9(1)圖9甲中

10、的有效切割長(zhǎng)度為：沿(2)圖乙中的有效切割長(zhǎng)度為：沿(3)圖丙中的有效切割長(zhǎng)度為：沿vi方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=cdsin0;y&V2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=cd.vi方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=2R;?V2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=0.vi方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=42r；沿V2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，L=R.達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè)鞏固反饋1.穿過(guò)一個(gè)單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2Wb,則()A.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒增加2VB.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒減少2VC.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為2VD.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為一個(gè)確定值，但由于線圈有電阻，電動(dòng)勢(shì)小于2V答案C解析由E=n：知：一丁恒定，n=1,所以E=2V.AtAt2.如圖10所示，空間

11、有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E,將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且相互垂直的折線，置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相互垂直的平面內(nèi)，當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E'.則EE-等于（）1A.C.1解析設(shè)折彎前金屬棒切割磁感線的長(zhǎng)度為L(zhǎng), E=BLv;折彎后，金屬棒切割磁感線的有效答案B當(dāng)E,所以EE長(zhǎng)度為l=+'I2=%,故產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E'=Blv=B3.如圖11所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以水平初速度vo拋出，設(shè)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中不

12、計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小將A.越來(lái)越大C.保持不變答案 C圖11B.越來(lái)越小D.無(wú)法確定解析金屬棒做平拋運(yùn)動(dòng)，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(dòng)勢(shì)保持不變.4 .有一匝數(shù)為100匝的線圈, 場(chǎng)均勻變化，其變化規(guī)律如圖單匝線圈的面積為100cm2.線圈的總電阻為0.1Q,線圈中磁電動(dòng)勢(shì)多大?S/T圖12答案 0.1 V解析 取線圈為研究對(duì)象，在12 s內(nèi)，其磁通量的變化量為21 = （B2 B1）S,磁通量的變化率為A膽2- b及t2-t11 S 、一上，由公式 E=nA"aT4(0.2 0.1 X 100X 10得 E= 1

13、00X11 V = 0.12112所示，且磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面向里，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)V.40分鐘課時(shí)作業(yè)強(qiáng)化訓(xùn)煉拓展提升一、選擇題（16題為單選題，78題為多選題）1.將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，下列表述正確的是（）A.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)B.當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零C.當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量變化越快時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化量成正比答案C解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n詈，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈匝數(shù)有關(guān)，故A錯(cuò)誤；同時(shí)可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率有關(guān)，故D錯(cuò)誤

14、；穿過(guò)線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，故C正確；當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí)，磁通量的變化率不一定為零，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零.故B錯(cuò)誤.2.如圖1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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向里，一根長(zhǎng)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(shí)，其他電阻不計(jì)，電阻R中的電流為（）BdvA.Rsin 60 °Bdvsin 60C. R答案 ABdvB. RD.Bdvcos 60R解析金屬棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度是焉，。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，R中的電流為I4聯(lián)立解得BdvRsi

15、n 60 .3.如圖2所示，半徑為r的n匝線圈套在邊長(zhǎng)為 L的正方形abcd之外，勻強(qiáng)磁場(chǎng)局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過(guò)正方形平面, 一AB當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以至的變化率均勻變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為（）2 ABA. <飛2 AB C. n < 答案 D圖22 ABB- L2 飛2AB» nL公解析 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(dòng)勢(shì)的大小為l A 2 ABE= n7 nL 石.4.如圖3所示，一正方形線圈的匝數(shù)為 n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，且一半處在磁場(chǎng)中.在 At時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生

16、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為（）圖3答案nBa2 八 nBa2 2nBa2B.2"aT c."aT d- rA幣AR2BBa2nRa2解析線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n-=門(mén)一*喘，選項(xiàng)B正確.5.如圖4甲所示，閉合電路由電阻R和阻值為r的環(huán)形導(dǎo)體構(gòu)成，其余電阻不計(jì).環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為S環(huán)形導(dǎo)體位于一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示.。to時(shí)間內(nèi)，通過(guò) R的電流大小為（）甲A BiSA. R+r toC Bi+B2s2 R+ r toB.B2s(R+r 卜答案解析I=-EAAtABB2 BiAt-StoS (B2Bi)SR+rR+rR+rR+r(R+r

17、Jo6.如圖5所示，邊長(zhǎng)為a的導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bo的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，BC邊與磁場(chǎng)v勻速向右運(yùn)動(dòng);右邊界重合，現(xiàn)發(fā)生以下兩個(gè)過(guò)程：一是僅讓線框以垂直于邊界的速度是僅使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化.若導(dǎo)線框在上述兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等,則磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為（2BovA.aBovB.一aBov4Bov4式答案解析圖5第一種情況根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律，可得:I=智；同樣當(dāng)磁R ABa2感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí)，可得：1=-聯(lián)立得:AtRABBovAt正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤.7.如圖6所示，閉合開(kāi)關(guān)S,將條形磁鐵插入閉合線圈,第一次用時(shí)0.2 s第二次用時(shí)0.

18、4 s,并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同，則（）A.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(kāi)開(kāi)關(guān)S,電流表G均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案ABA正確；感應(yīng)解析磁通量變化相同，第一次時(shí)間短，則第一次線圈中磁通量變化較快，故電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比，磁通量的變化率越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大，電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角越大，故B正確，C錯(cuò)誤；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流表不偏轉(zhuǎn),知感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為零，故D錯(cuò)誤.故選A、B.8.單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)，若線圈所圍面積的磁通量隨時(shí)間變

19、化的規(guī)律如圖7所示，則。D過(guò)程中（）f中MkH尸Wb）OAfiDn.OLfifs圖7A.線圈中O時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C.線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D.線圈中。至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4V答案ABD.一.A一A一一.一解析由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n,得一屋即為一t圖像對(duì)應(yīng)時(shí)刻切線的斜率，所以A、A2XI?！?。B正確，C錯(cuò)誤；線圈中。至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n-rr=1x一應(yīng)京V=0.4At0.005V.所以D正確.二、非選擇題9.在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B=0.2T,有一水平放置的光滑框架，寬度為l=0.4m,如圖8所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1的金屬桿cd,框架電阻不計(jì).若cd桿以恒定加速度a=2m/s2由靜止開(kāi)始做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則：圖8(1