[推荐学习]2017_2018学年高中物理第一章电磁感应第4节法拉第电磁感应定律学案粤教版选修3_2

第四节法拉第电磁感应定律[先填空]1．感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于电源．在产生感应电流的电路中，即使电路不闭合，没有感应电流，感应电动势依然存在．2．探究影响感应电动势大小的因素(1)猜想依据感应电流的产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(2)猜想与假设①可能与磁通量的变化有关；②可能与完成一定的磁通量变化所用的时间有关．(3)制订计划与设计实验①方法：控制变量法．②程序：先控制时间不变，探究穿过回路的磁通量变化时，感应电动势的大小如何变化；再控制…，探究…③器材：灵敏电流计、螺线管、条形磁铁(2根)、导线若干．(4)信息收集与归纳①实验条件控制通过改变所用条形磁铁的个数，改变螺线管中磁通量的变化量ΔΦ.通过改变条形磁铁插入或拔出螺线管的快慢，改变螺线管中磁通量变化所用的时间Δt .②影响感应电动势的因素实验表明：感应电动势的大小跟磁通量变化的快慢有关，即磁通量的变化率，用ΔΦΔt 表示．[再判断]1．决定闭合电路中感应电动势大小的因素是磁通量的变化量．(×) 2．闭合电路中感应电动势的大小由磁通量的变化率决定．(√) [后思考]产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件有什么不同？【提示】 产生感应电流的条件是闭合电路磁通量发生变化．产生感应电动势不管电路是否闭合．[合作探讨]如图1­4­1所示，一有缺口的圆形线圈在有界匀强磁场中运动．图1­4­1探讨1：回路中有感应电动势吗？ 【提示】 有．探讨2：回路中有感应电流吗？ 【提示】 没有．[核心点击]感应电动势与感应电流的比较1．(多选)下列关于感应电动势的说法中，正确的是( )A．只要回路内磁通量发生变化，就会有感应电动势产生B．只要回路内磁通量发生变化，就会有感应电流产生C．导体棒无论沿哪个方向切割磁感线都会有感应电动势产生D．导体棒必须垂直于磁场方向运动才会有感应电动势产生【解析】只要回路内磁通量变化，就可以产生感应电动势；而只有在闭合回路中，磁通量发生变化，才产生感应电流，故A正确，B错误；无论导体棒沿什么方向切割磁感线，磁场在垂直于导体棒方向都有分量，所以都会有感应电动势产生，故C正确，D错误．【答案】AC2．(多选)关于感应电流和感应电动势的关系，下列叙述中正确的是( )【导学号：97192014】A．电路中有感应电流，一定有感应电动势B．电路中有感应电动势，不一定有感应电流C．两个不同电路中，感应电动势大的其感应电流也大D．两个不同电路中，感应电流大的其感应电动势也大【解析】有感应电流则磁通量一定变化，因此一定有感应电动势，选项A正确；电路中有感应电动势，若电路不闭合，则无感应电流，故B项正确；两个不同电路，总阻值不一定相等，由I＝ER＋r，当E大时，若总阻值R＋r很大，则电流可能较小，故C、D两项均错．【答案】AB感应电动势和感应电流产生条件的比较(1)导体棒只要切割磁感线，就产生感应电动势，与电路是否闭合无关．(2)感应电流产生必须具备两个条件：①闭合回路；②磁通量发生变化．[先填空]1．内容电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比． 2．公式E ＝nΔΦΔt，n 为线圈匝数，ΔΦ是磁通量的变化量． 3．单位ΔΦ的单位是韦伯，Δt 的单位是秒，E 的单位是伏特． 4．电磁感应现象的本质在电磁感应现象里，一定产生感应电动势，不一定产生感应电流，是否产生感应电动势才是电磁感应现象的本质．[再判断]1．穿过闭合回路的磁通量越大，感应电动势越大．(×)2．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大．(√) 3．穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零．(×) [后思考]ΔΦ与线圈匝数有关吗？E 感与线圈匝数有关吗？ 【提示】 无关，有关[合作探讨]如图1­4­2所示，将一条形磁铁插入线圈中时，电流表的指针要发生偏转．图1­4­2探讨1：若将磁铁分别快速和缓慢插入线圈中时，磁通量的变化量及变化率是否相同． 【提示】 两种情况下磁通量的变化量ΔΦ相同，磁通量的变化率ΔΦΔt 不同，所用时间Δt 越少，变化率越大，反之变化率越小．探讨2：将磁铁快速和缓慢插入线圈中时，电流表的指针偏转角度是否相同？为什么？ 【提示】 两种情况下电流表的指针偏转角度不同，快速插入时电流表指针偏转角度大，缓慢插入时电流表指针偏转角度小．电路中电流的大小I ＝E R ，又E ＝n ΔΦΔt ，即I ∝1Δt，所以快速插入时电路中的电流大．[核心点击]1．感应电动势的相关因素(1)感应电动势E 的大小取决于穿过电路的磁通量变化率ΔΦΔt 和匝数n ，而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的关系．(2)感应电动势E 的大小与电路的电阻R 也无关，但感应电流的大小与E 及回路总电阻R 都有关．2．磁通量的变化率ΔΦΔt 在Φ­t 图象上是某点切线的斜率．3．感应电动势E ＝n ΔΦΔt的两种基本形式(1)当垂直于磁场方向的线圈面积S 不变，磁感应强度B 发生变化时，ΔΦ＝ΔBS ，则E ＝nΔB Δt S ，其中ΔBΔt叫磁感应强度B 的变化率． (2)当磁感应强度B 不变，垂直于磁场方向的线圈面积S 发生变化时，ΔΦ＝B ΔS ，则E ＝nBΔSΔt. 4．E ＝n ΔΦΔt求出的是Δt 时间内的平均感应电动势．3．穿过一个内阻为1 Ω的10匝闭合线圈的磁通量每秒均匀减少2 Wb ，则线圈中 A ．感应电动势每秒增加2 V B ．感应电动势每秒减少2 V C ．磁通量的变化率为2 Wb/s D ．感应电流为2 A 【解析】 磁通量的变化率ΔΦΔt ＝2 Wb/s ，C 正确；由E ＝n ΔΦΔt得E ＝10×2 V＝20 V ，感应电动势不变，A 、B 错误；由I ＝E R 得I ＝201A ＝20 A ，D 错误．【答案】 C4．(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化图象如图1­4­3所示，则( ) 【导学号：97192202】图1­4­3A ．在t ＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B ．在t ＝1×10－2s 时，感应电动势最大 C ．在t ＝2×10－2 s 时，感应电动势为零D ．在0～2×10－2s 时间内，线圈中感应电动势的平均值为零【解析】 由法拉第电磁感应定律知E ∝ΔΦΔt ，故t ＝0及t ＝2×10－2s 时刻，E ＝0，A错，C 对．t ＝1×10－2s ，E 最大，B 对.0～2×10－2s ，ΔΦ≠0，E ≠0，D 错．【答案】 BC5．一个200匝、面积为20 cm 2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s 内由0.1 T 增加到0.5 T ，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是____________Wb ；磁通量的平均变化率是________Wb/s ；线圈中的感应电动势的大小是__________ V.【解析】 磁通量的变化量为ΔΦ＝ΔB ·S sin θ ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5 Wb ＝4×10－4Wb磁通量的平均变化率为ΔΦΔt ＝4×10－40.05Wb/s ＝8×10－3Wb/s 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小为：E ＝nΔΦΔt＝200×8×10－3V ＝1.6 V. 【答案】 4×10－48×10－31.6Φ、ΔΦ与ΔΦΔt的比较[先填空]1．磁场方向、导体棒与导体棒的运动方向三者两两相互垂直时，E＝BLv.2．如图1­4­4所示，导体棒与磁场方向垂直，导体棒的运动方向与导体棒本身垂直，但与磁场方向夹角为θ时，E＝BLv sin_θ.图1­4­43．单位关系1 V＝1 T·1m·1m/s.[再判断]1．对于E＝BLv中的B、L、v三者必须相互垂直．(√)2．导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势一定越大．(×)3．当B、L、v三者大小、方向均不变时，在Δt时间内的平均感应电动势和它在任意时刻产生的瞬时感应电动势相同．(√)[后思考]如图1­4­5所示，一边长为L的正方形导线框abcd垂直于磁感线，以速度v在匀强磁场中向右运动，甲同学说：由法拉第电磁感应定律可知，这时穿过线框的磁通量的变化率为零，所以线框中感应电动势应该为零．乙同学说线框中ad和bc边均以速度v做切割磁感线运动，由E＝BLv可知，这两条边都应该产生电动势且E ad＝E bc＝BLv.他们各执一词，到底谁说的对呢？图1­4­5【提示】这两个同学说的并不矛盾，虽然ad边与bc边都产生感应电动势，但由于方向相反，相当于两个电源并联没有对外供电，所以整个回路的电动势为零．可见，用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势，而用E ＝BLv 求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势．[合作探讨]如图1­4­6所示，一个半径为r 的半圆形导体，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中．图1­4­6探讨1：当导体沿OP 方向以速度v 做匀速运动时，其感应电动势的大小是多少？ 【提示】 导线的有效长度l ＝2r ，则感应电动势E ＝BLv ＝2Brv .探讨2：当导体沿MN 方向以速度v 做匀速运动时，其感应电动势的大小是多少？ 【提示】 此时导线的有效长度L ＝r ，则感应电动势E ＝BLv ＝Brv . [核心点击]1．对公式E ＝BLv sin θ的理解(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个特例，通常用来求导体运动速度为v 时的瞬时电动势，若v 为平均速度，则E 为平均电动势．(2)当B 、L 、v 三个量方向相互垂直时，E ＝BLv ；当有任意两个量的方向平行时，E ＝0. (3)式中的L 应理解为导体切割磁感线时的有效长度．如图1­4­7所示，导体切割磁感线的情况应取与B 和v 垂直的等效直线长度，即ab 两点间的距离．图1­4­7(4)公式中的v 应理解为导体和磁场的相对速度，当导体不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生．2．E ＝n ΔΦΔt与E ＝BLv sin θ的区别和联系6．如图1­4­8所示的几种情况中，金属导体中产生的感应电动势为BLv 的是( )图1­4­8A ．只有乙和丁B ．甲、乙、丁C ．甲、乙、丙、丁D ．只有乙【解析】题图甲中v 、L 、B 两两垂直，则金属导体产生的感应电动势E 甲＝BLv .题图乙中金属导体的有效长度为L ，产生的感应电动势E 乙＝BLv .题图丙中金属导体有效长度为L sin θ，产生的感应电动势E 丙＝BLv sin θ.题图丁中金属导体的有效长度为L ，产生的感应电动势E 丁＝BLv .【答案】 B7．如图1­4­9所示，在磁感应强度为0.2 T 的匀强磁场中，有一长为0.5 m 、电阻为1.0 Ω的导体AB 在金属框架上以10 m/s 的速度向右滑动，R 1＝R 2＝2.0 Ω，其他电阻不计，求流过R 1的电流I 1. 【导学号：97192017】图1­4­9【解析】 AB 切割磁感线相当于电源，其等效电路如图所示，E ＝Blv ＝0.2×0.5×10 V＝1 V由闭合电路欧姆定律得I ＝ER ＋rR 1、R 2并联，由并联电路电阻关系得1R ＝1R 1＋1R 2解得R ＝R 1R 2R 1＋R 2＝1.0 Ω，I AB ＝I ＝0.5 A 因为R 1＝R 2，所以流过R 1的电流为I 1＝I2＝0.25 A.【答案】 0.25 A处理电磁感应中电路问题的基本思路1．确定产生感应电动势的“导体”——电源． 2．明确电路结构，分清内、外电路．3．画出等效电路图，结合闭合电路欧姆定律列出相应的方程式．。