第3章 3．1　法拉第的探索 3．2　一條來之不易的規(guī)律——法拉第電磁感應(yīng)定律

1、.31法拉第的探究32一條來之不易的規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律13分如下圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電流I和安培力F之間的方向關(guān)系錯(cuò)誤的選項(xiàng)是【解析】由左手定那么不難斷定ABC均正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤，導(dǎo)線所受安培力方向應(yīng)向左故答案為D.【答案】D23分多項(xiàng)選擇如圖3­1­1所示，一導(dǎo)體棒放置在處于勻強(qiáng)磁場中的兩條平行金屬導(dǎo)軌上，并與金屬導(dǎo)軌組成閉合回路當(dāng)回路中通有電流時(shí)，導(dǎo)體棒受到安培力作用，要使安培力增大，可采用的方法有圖3­1­1A增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小磁感應(yīng)強(qiáng)度C增大電流D減小電流【解析】此題考察安培力的計(jì)算，由FBIL可知A、C正確【答案】AC34分多項(xiàng)選擇在真空環(huán)

2、境中，原來做勻速直線運(yùn)動(dòng)的電子進(jìn)入到與它運(yùn)動(dòng)方向垂直的勻強(qiáng)磁場中，在洛倫茲力的作用下，形成圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡，下面的說法中正確的選項(xiàng)是 A電子所受的洛倫茲力是恒力B進(jìn)入磁場后電子動(dòng)能不變C進(jìn)入磁場后電子的速度不變D電子所受洛倫茲力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直【解析】電子所受的洛倫茲力方向總與速度方向垂直，洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，對(duì)電子總不做功，故B、D正確，A、C錯(cuò)【答案】BD課標(biāo)導(dǎo)思1.理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的歷史過程，體會(huì)科學(xué)家探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法2通過實(shí)驗(yàn)，知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件重點(diǎn)3知道法拉第電磁感應(yīng)定律會(huì)用電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的大小難點(diǎn)一、法拉第的探

3、究1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，它提醒了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)絡(luò)奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁的現(xiàn)象之后，激發(fā)人們?nèi)ヌ骄俊按派姷姆椒?，比較著名的物理學(xué)家有：安培、科拉頓等，都沒有成功或半途而廢英國科學(xué)家法拉第始終堅(jiān)信自然界各種不同現(xiàn)象之間有著聯(lián)絡(luò)一直堅(jiān)持探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象前后歷時(shí)數(shù)十年的探究，終于悟出了磁生電的根本原理磁生電是一種瞬間效應(yīng)，磁作用對(duì)電流的感應(yīng)是一種動(dòng)態(tài)過程二、電磁感應(yīng)定律1產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種典型情況：正在變化的電流；正在變化著的磁場；運(yùn)動(dòng)的恒定電流；運(yùn)動(dòng)的磁鐵；在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體2法拉第實(shí)驗(yàn)1閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路中電流表的指針偏轉(zhuǎn)如圖3&#

4、173;1­2所示圖3­1­2圖3­1­32磁鐵與螺線管有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)也能產(chǎn)生電流：在條形磁鐵插入或撥出螺線管的瞬間，電流表的指針偏轉(zhuǎn)條形磁鐵在螺線管中保持不動(dòng)時(shí)，電流表的指針不偏轉(zhuǎn)如圖3­1­3所示3如圖3­1­4，接通或斷開開關(guān)S，或接通S后挪動(dòng)變阻器的滑片，改變?cè)€圈A中的電流大小，副線圈B中電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)圖3­1­43從現(xiàn)象到本質(zhì)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流4從定性到定量法拉第電磁感應(yīng)定律1內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大

5、小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比2公式En，n為線圈的匝數(shù)，E、t的單位分別為V、Wb、s.一、對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的理解1感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：一是電路本身必須閉合，二是穿過回路本身的磁通量發(fā)生變化，主要表達(dá)在“變化上，回路中穿過的磁通量大小，是否為零不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，假如穿過回路的磁通量很大但無變化，那么無論多么大，都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流【特別提醒】產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件與磁通量的變化有關(guān)，與磁通量的大小無關(guān).2產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法1閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)如圖3­1­5所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中

6、無電流產(chǎn)生圖3­1­52磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)如圖3­1­6所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，線圈中有電流產(chǎn)生，但磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí)，線路中無電流產(chǎn)生圖3­1­63改變螺線管AB中的電流如圖3­1­7所示，將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動(dòng)，當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時(shí)，電流表中有電流通過；假設(shè)開關(guān)S一直接通，當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，電流表中也有電流通過圖3­1­7二、如何區(qū)分磁通量、磁通量的變化量，磁通量的變化率物理量單位物理意義磁通量Wb表示某時(shí)刻或某位置時(shí)穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少磁通量的變化

7、量Wb表示在某一過程中穿過某一面積磁通量變化的多少磁通量的變化率Wb/s表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢1.是狀態(tài)量，是閉合回路在某時(shí)刻某位置穿過回路的磁感線的條數(shù)，當(dāng)磁場與回路平面垂直時(shí)，BS.2是過程量，是表示閉合回路從某一時(shí)刻變化到另一時(shí)刻的磁通量的增減，即2­1.常見磁通量變化方式有：B不變，S變；S不變，B變；B和S都變，回路在磁場中相對(duì)位置改變?nèi)甾D(zhuǎn)動(dòng)等總之，只要影響磁通量的因素發(fā)生變化，磁通量就會(huì)變化3.表示磁通量的變化快慢，即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化，又稱為磁通量的變化率【特別提醒】、的大小沒有直接關(guān)系，這一點(diǎn)可與運(yùn)動(dòng)學(xué)中v、v、三者類比.值得指出的是：很大，可能很?。?/p>

8、很小，可能很大；0，可能不為零(如線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)).當(dāng)按正弦規(guī)律變化時(shí)，最大時(shí)，0，反之，當(dāng)為零時(shí)，最大.三、對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解1感應(yīng)電動(dòng)勢的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率，與的大小、的大小沒有必然的聯(lián)絡(luò)，與電路的電阻R也無關(guān)，而感應(yīng)電流的大小與E和R有關(guān)2公式En適用于回路中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算，回路可以閉合，也可以不閉合感應(yīng)電動(dòng)勢是整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢，不是電路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢3公式只表示感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，不涉及方向；切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向用右手定那么來判斷【深化探究】產(chǎn)生感應(yīng)電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的條件一樣嗎？提示：不管電路是否閉合，

9、只要穿過回路的磁通量發(fā)生變化，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，而產(chǎn)生感應(yīng)電流，還需要電路是閉合的一、對(duì)磁通量變化的認(rèn)識(shí)磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量如圖3­1­8所示，通過恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量的變化量分別為1和2，那么圖3­1­8A1>2B12C1<2 D無法確定【解析】設(shè)線框在位置1時(shí)的磁通量為1，在位置2時(shí)的磁通量為2，直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強(qiáng)，假設(shè)平移線框，那么112；假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)線框，磁感線是從線框的正反兩面穿過的，一正一負(fù)，因此2

10、12.根據(jù)分析知1<2，選項(xiàng)C正確【答案】C磁通量變化的判斷1磁通量不是矢量，而是一個(gè)雙向標(biāo)量，其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向一樣或相反2確定磁通量變化時(shí)要注意考慮始末位置磁通量的符號(hào)1.有一根由金屬絲繞制成的閉合環(huán)套在條形磁鐵上，如圖3­1­9所示，當(dāng)閉合環(huán)收縮導(dǎo)致它所圍的面積減小時(shí)：圖3­1­91穿過它的磁通量是否有變化？如有變化，怎樣變？2閉合環(huán)中是否存在感應(yīng)電流，為什么？【解析】條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向由S極到N極，外部從N極到S極；條形磁鐵外部向下穿過閉合環(huán)的磁通量抵消了一部分內(nèi)部向上穿過的磁通量，當(dāng)環(huán)收縮時(shí)被抵消的部分減少，所以穿過閉合環(huán)的磁

11、通量增加，由于穿過環(huán)的磁通量有變化，所以在環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流【答案】1變化；增加2有；因?yàn)榇┻^閉合環(huán)的磁通量有變化二、感應(yīng)電流有無的判斷多項(xiàng)選擇如圖3­1­10所示，豎直放置的長直導(dǎo)線通過恒定電流，有一矩形框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在以下情況中線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是圖3­1­10A導(dǎo)線中電流變大B線框向右平動(dòng)C線框向下平動(dòng)D線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)E線框以直導(dǎo)線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)【導(dǎo)析】根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件來判斷【解析】分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，關(guān)鍵就是分析穿過閉合線框的磁通量是否變化，而分析磁通量是否有變化，就是搞清楚磁感線的分布，亦即搞清楚磁感線的疏密變化和磁感線方向的變化

12、對(duì)A選項(xiàng)，因I增大而引起導(dǎo)線周圍的磁場增強(qiáng)，使穿過線框的磁通量增大，故A正確對(duì)B選項(xiàng)，因分開直導(dǎo)線方向越遠(yuǎn)，磁感線分布越疏，因此線框向右平動(dòng)時(shí)，穿過線框的磁通量變小，故B正確對(duì)C選項(xiàng)，由以下圖甲可知線框向下平動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量不變，故C錯(cuò)對(duì)D選項(xiàng)，可用一些特殊位置來分析，當(dāng)線框在圖甲圖示的位置時(shí)，穿過線框的磁通量最大，當(dāng)線框轉(zhuǎn)過90°時(shí)，通過線框的磁通量為零，因此可以斷定線框以ab軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁通量一定變化，故D正確對(duì)E選項(xiàng)，先畫出俯視圖如以下圖乙所示，由圖可看出線框繞直導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在任何一個(gè)位置穿過線框的磁感線條數(shù)均不變，因此無感應(yīng)電流，故E錯(cuò)【答案】ABD分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，關(guān)鍵

13、是分析穿過閉合線圈的磁通量是否變化，分析磁通量是否變化，可通過分析穿過線圈的磁感線條數(shù)是否變化.2如圖3­1­11所示，兩個(gè)線圈分別繞在一個(gè)鐵環(huán)上，線圈A接直流電源，線圈B接靈敏電流表，以下哪種情況不可能使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：17592037】圖3­1­11A將開關(guān)S接通或斷開的瞬間B開關(guān)S接通一段時(shí)間之后C開關(guān)S接通后，改變變阻器滑片的位置時(shí)D拿走鐵環(huán)，再做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，開關(guān)S接通或斷開的瞬間【解析】根據(jù)法拉第對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的五類概括知，A、C、D選項(xiàng)符合變化的磁場變化的電流產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象而開關(guān)S接通一段時(shí)間之后，線圈A中是恒定電流，故不能

14、使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流【答案】B三、法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用一個(gè)共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為10 ，置于程度面上假設(shè)穿過線框的磁通量在0.02 s內(nèi)，由垂直紙面向里，從6.4×102 Wb均勻減小到零，再反向均勻增加到9.6×102 Wb.那么在此時(shí)間內(nèi)，線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電流大小為_A.【導(dǎo)析】1.求出磁通量的變化量；2用公式En求出感應(yīng)電動(dòng)勢的大??；3用公式I求出感應(yīng)電流的大小【解析】設(shè)垂直紙面向外為正方向，在0.02 s內(nèi)，磁通量的變化21219.6×102 Wb6.4×102 Wb0.16 Wb根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：En10×

15、V80 V根據(jù)閉合電路歐姆定律I A8.0 A.【答案】8.0計(jì)算時(shí)注意的問題磁通量的變化21.在0.02 s內(nèi)磁場的方向發(fā)生了一次反向設(shè)垂直紙面向外為正方向，那么2121.3有一正方形單匝線圈abcd處于勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，在t0.5 s的時(shí)間內(nèi)，磁通量由13 Wb均勻增加到26 Wb.求：1在t內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢2要使線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢更大，可采取什么措施？【解析】1由法拉第電磁感應(yīng)定律得En V6 V.2由法拉第電磁感應(yīng)定律知，要想增大感應(yīng)電動(dòng)勢可增加線圈匝數(shù)n或增大磁通量的變化率【答案】16 V2增加線圈匝數(shù)增大磁通量的變化率1以下現(xiàn)象中涉及電磁感應(yīng)的是【解析

16、】A，D是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，C是磁場對(duì)電流的作用，B是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象【答案】B2如圖3­1­12所示，將一個(gè)矩形線圈放入勻強(qiáng)磁場中，假設(shè)線圈平面平行于磁感線，那么以下運(yùn)動(dòng)中，哪些在線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流圖3­1­12A矩形線圈做平行于磁感線的平移運(yùn)動(dòng)B矩形線圈做垂直于磁感線的平移運(yùn)動(dòng)C矩形線圈繞AB邊轉(zhuǎn)動(dòng)D矩形線圈繞BC邊轉(zhuǎn)動(dòng)【解析】A、B、D三個(gè)選項(xiàng)中在發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化時(shí)，沒有引起磁通量的變化，故都沒有發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所以沒有感應(yīng)電流的產(chǎn)生C選項(xiàng)中，線圈的磁通量發(fā)生了改變，故線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流【答案】C3假設(shè)某處的地磁場為勻強(qiáng)磁場，一同學(xué)在該

17、處手拿矩形線圈面向南方，如圖3­1­13所示，那么可以使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的操作是圖3­1­13A上下挪動(dòng)線圈B南北挪動(dòng)線圈C東西挪動(dòng)線圈D將線圈轉(zhuǎn)到程度【解析】根據(jù)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，只要讓通過線圈中的磁通量發(fā)生變化，回路中就能產(chǎn)生感應(yīng)電流根據(jù)該處地磁場分布，無論線圈是上下、南北、還是東西挪動(dòng)，通過線圈的磁通量均不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流而D項(xiàng)操作，線圈中的磁通量發(fā)生變化，能產(chǎn)生感應(yīng)電流【答案】D4一個(gè)20匝、面積為200 cm2的圓形線圈放在勻強(qiáng)磁場中，磁場的方向與線圈平面垂直，假設(shè)該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中，穿過線圈的磁通量變化量為_，磁通量的平均變化率為_，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為_【解析】磁通量變化量為21B2SB1S0.5×0.02 Wb0.1×0.02 Wb0.008 Wb， Wb/s0.16 Wb/s，En20×0.16 V3.2 V.【答案】0.008 Wb0.16 Wb/s3.2 V5.如圖3­1­14所示，程度放置的平行金屬導(dǎo)軌，相距l(xiāng)0.50 m，左端接一電阻R0.20 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0