高中物理 1.4 法拉第電磁感應(yīng)定律 粵教選修32

第四節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律.課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解感應(yīng)電動勢的概念．2.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．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．3.能夠運用E＝BLv或E＝BLvsinθ計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢．.重點難點：.課前自主學(xué)案一、感應(yīng)電動勢在___________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(dǎo)體就相當(dāng)于_______．電磁感應(yīng)電源.思考感悟1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有感應(yīng)電動勢，就一定有感應(yīng)電流，這句話對嗎？為什么？提示：不對，不管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．有感應(yīng)電動勢不一定存在感應(yīng)電流(要看電路是否閉合)，有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動勢．.二、影響感應(yīng)電動勢大小的因素1．實驗探究(1)猜想與假設(shè)：由于感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁通量的變化有關(guān)，因此猜想感應(yīng)電動勢可能與______________有關(guān)，同時還可能與完成磁通量變化所用________有關(guān)．磁通量的變化時間圖1－4－1.(2)方案設(shè)計：由于感應(yīng)電動勢可能與多個因素有關(guān)，因此應(yīng)利用____________法分別改變磁通量的大小和磁通量變化所用的時間．控制變量.(3)實驗探究：保證磁通量變化所用時間相同，分別將一根條形磁鐵和兩根條形磁鐵快速插入螺線管或拔出螺線管，比較靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)的角度．保證磁通量的變化相同，將一根條形磁鐵快速或慢速插入螺線管，比較靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)的角度．.(4)實驗現(xiàn)象：用兩根條形磁鐵快速插入螺線管或拔出螺線管，比用一根時靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)的角度_____；將條形磁鐵快速插入螺線管比慢速插入螺線管，靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)的角度_______．(5)實驗結(jié)論：感應(yīng)電動勢的大小與磁通量變化的_______

(磁通量的變化率)有關(guān)．大大快慢.2．磁通量的變化率(1)定義：磁通量的_________跟產(chǎn)生這個變化所用時間的比值．(2)表達(dá)式：磁通量的變化率表示為________，單位：_________.(3)物理意義：表示磁通量變化______的物理量．變化量Wb/s快慢..三、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________成正比．2．表達(dá)式：(1)在國際單位制中，感應(yīng)電動勢E的單位是伏特(V)，Φ的單位是韋伯(Wb)，t的單位是秒(s)，公式為E＝_______.變化率.(2)若閉合電路有n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都________，由于n匝線圈可以看做是由n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此，整個線圈中的感應(yīng)電動勢是單匝線圈的n倍，即E＝________.相同.思考感悟3．閉合電路置于磁場中，電路所在平面與磁場方向垂直，那么，當(dāng)磁感應(yīng)強度很大時，感應(yīng)電動勢可能為零嗎？當(dāng)磁感應(yīng)強度為零時，感應(yīng)電動勢可能很大嗎？提示：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大?。裕陨蟽煞N情況均有可能．.四、感應(yīng)電動勢的另一種表述1．磁場方向、導(dǎo)體棒與導(dǎo)體棒運動方向三者兩兩垂直時，如圖1－4－2所示，E＝________.BLv圖1－4－2.2．導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒運動方向與導(dǎo)體本身垂直，但與磁場方向夾角為θ時，如圖1－4－3所示，E＝____________.BLvsinθ圖1－4－3.核心要點突破一、Φ、ΔΦ、的比較....即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)1．(單選)下列說法正確的是(

)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．線圈處在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大D．線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.....圖1－4－4..即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2.如圖1－4－5所示，半徑為r的金屬圓環(huán)，其電阻為R，繞通過某直徑的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場方向重合時開始計時，求金屬圓環(huán)由圖示位置分別轉(zhuǎn)過30°角和由30°角轉(zhuǎn)到330°角的過程中，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別是多大？圖1－4－5...三、公式E＝n與E＝BLvsinθ的對比理解E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別求的是瞬時感應(yīng)電動勢，E與某個時刻或某個位置相對應(yīng)求的是Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，E與某段時間或某個過程相對應(yīng)求的是整個回路的感應(yīng)電動勢．整個回路的感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零求的是回路中一部分導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別由于是整個回路的感應(yīng)電動勢，因此電源部分不容易確定由于是一部分導(dǎo)體切割磁感線的運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，該部分就相當(dāng)于電源聯(lián)系公式E＝n和E＝BLvsinθ是統(tǒng)一的，當(dāng)Δt→0時，E為瞬時感應(yīng)電動勢，只是由于高中數(shù)學(xué)知識所限，現(xiàn)在還不能這樣求瞬時感應(yīng)電動勢，而公式E＝BLvsinθ中的v若代入，則求出的E為平均感應(yīng)電動勢.即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)3.(單選)如圖1－4－6所示，空間內(nèi)存在一豎直向上的勻強磁場，一金屬棒ab垂直于磁場方向水平拋出，有關(guān)其感應(yīng)電動勢的大小和兩端電勢的高低，以下說法中正確的是(

)圖1－4－6.A．運動過程中感應(yīng)電動勢的大小不變，φa>φbB．運動過程中感應(yīng)電動勢的大小不變，φa<φbC．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動勢變大，φa>φbD．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動勢變大，φa<φb解析：選A.因為水平方向的速度沒有改變，豎直方向的速度雖然在增大，但只有水平方向的速度能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故運動過程中感應(yīng)電動勢的大小不變，又由右手定則可判斷a端電勢高，故A正確．.四、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題1．分析思路在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．若回路閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流引起熱效應(yīng)等，所以電磁感應(yīng)問題常與電路知識綜合考查．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法是：.(1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或電路就是電源，其他部分是外電路．(2)用法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的大小，用楞次定律確定感應(yīng)電動勢的方向．(3)畫等效電路圖．分清內(nèi)外電路，畫出等效電路圖是解決此類問題的關(guān)鍵．(4)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解．..特別提醒：(1)求解電路問題首先要找出電源，確定內(nèi)電路和外電路，解題時不能忽略內(nèi)阻．(2)求解電路中通過的電荷量，一定要用平均電動勢和平均電流計算．.即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)4．如圖1－4－7甲所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路．線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示．圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導(dǎo)線的電阻不計．求0至t1時間內(nèi)(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．.圖1－4－7...課堂互動講練類型一法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用(單選)如圖1－4－8所示，圓環(huán)a和b的半徑之比R1∶R2＝2∶1，且粗細(xì)相同，由同樣材料的導(dǎo)線構(gòu)成，連接兩環(huán)的導(dǎo)線電阻不計，勻強磁場的磁感應(yīng)強度始終以恒定的變化率變化，那么，當(dāng)只有a環(huán)置于磁場中與只有b環(huán)置于磁場中兩種情況下，A、B兩點的電勢差之比為(

)例1.A．1∶1

B．2∶1C．3∶1D．4∶1【思路點撥】

解決本題應(yīng)確定圓環(huán)a和b誰在磁場中，誰產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢而作為電源，分清內(nèi)外電路，以便利用閉合電路歐姆定律解決問題．圖1－4－8.【精講精析】要求A、B兩點的電勢差之比，實際是求題述兩種情況下外電路電壓之比，即：設(shè)b環(huán)的面積為S，由題可知a環(huán)的面積為4S，若b環(huán)的電阻為R，則a環(huán)的電阻為2R.當(dāng)a環(huán)置于磁場中時，a環(huán)等效為內(nèi)電路，b環(huán)等效為外電路，A、B兩端的電壓為路端電壓，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律.【答案】

B.【方法總結(jié)】

(1)感應(yīng)電動勢的方向：在內(nèi)電路中，電動勢的方向是由電源的負(fù)極指向電源的正極，跟內(nèi)電路的電流方向一致．產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路就是電源，用右手定則或楞次定律所判定的感應(yīng)電流方向，就是電源內(nèi)部的電流方向，所以此電流方向就是感應(yīng)電動勢的方向．判斷出感應(yīng)電動勢方向后，進(jìn)而可判定電路中各點電勢的高低．.(2)感應(yīng)電流的大小與E和回路總電阻(R＋r)有關(guān)．對于這一部分內(nèi)容，要善于把它們和前面“恒定電流”的知識聯(lián)系起來，找出相當(dāng)于電源的內(nèi)電路，畫出含有內(nèi)電路、外電路的等效電路圖，把電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為電路問題．.類型二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

如圖1－4－9所示，有一半徑為R的圓形勻強磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強度為B，一條足夠長的直導(dǎo)線以速度v進(jìn)入磁場，則從直導(dǎo)線進(jìn)入磁場至離開磁場區(qū)域的過程中，求(1)感應(yīng)電動勢的最大值為多少？(2)在這一過程中感應(yīng)電動勢隨時間變化的規(guī)律如何？(3)從開始運動至經(jīng)過圓心的過程中導(dǎo)線中的平均感應(yīng)電動勢為多少？例2.圖1－4－9【精講精析】

(1)由E＝Blv可知，當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線的有效長度l最大時，E最大，又l最大為2R，所以感應(yīng)電動勢的最大值E＝2BRv...類型三電磁感應(yīng)中的電路問題把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，如圖1－4－10所示．一長度為2a、電阻等于R、粗細(xì)均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸，當(dāng)棒以恒定速度v向右移動，經(jīng)過圓心O時，求：金屬棒上電流的大小及棒兩端的電壓．例3.圖1－4－10【思路點撥】首先要明確其等效電路，可知棒兩端的電壓為閉合回路的外電壓．求出感應(yīng)電動勢后，由閉合電路歐姆定律即可求棒上的電流和棒兩端的電壓．..變式訓(xùn)練(單選)粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖1－4－11所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差絕對值最大的是(

)圖1－4－11...9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如