2018-2019学年高中物理教科版选修3-2学案：第1章 习题课2 电磁感应的综合应用 Word版含答案

第2节 感应电动势与电磁感应定律

学习目标 核心提炼

1.知道感应电动势的概念。 1个概念——感应电动势

2个公式——E＝nΔΦΔt和E＝Blvsin θ

2个应用——会用E＝nΔΦΔt和E＝Blvsin θ解决问题 2.掌握法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式，会用法拉第电磁感应定律解答有关问题。

3.掌握导体切割磁感线产生的电动势E＝Blvsin θ的推导及意义，能够用此关系式解答有关问题。

一、感应电动势

阅读教材第9～10页，明确感应电动势的概念及特点。

1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势，叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。

2.感应电动势和感应电流的关系

(1)产生电磁感应现象时，闭合电路中有感应电流，有感应电动势；电路断开时，没有感应电流，有感应电动势。

(2)感应电动势的产生与电路是否闭合、电路如何组成无关(填“有关”或“无关”)，感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。

二、电磁感应定律

阅读教材第10～12页，了解法拉第电磁感应定律的内容及公式，会从E＝nΔΦΔt推导出E＝Blv。

1.探究影响感应电动势大小的因素

如图1所示，用不同速度移动滑动变阻器的滑片，快速移动滑片时，电流表指针摆动幅度大，缓慢移动滑片时电流表指针摆动幅度小(填“大”或“小”)。

图1

快速地移动滑动变阻器的滑片时，穿过线圈B的磁通量变化快，缓慢地移动滑片时，穿过B的磁通量变化慢(填“快”或“慢”)。

这说明电路中感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关。

2.内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。

3.公式：E＝nΔΦΔt

n为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量，ΔΦΔt是磁通量的变化率。

4.单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是伏特(V)。

5.导体切割磁感线时的感应电动势

如图2所示电路中，闭合电路的一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab切割磁感线的有效长度为l，以速度v匀速切割磁感线。

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3 学案7 电磁感应中的能量转化与守恒

[学习目标定位] 1.进一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一条规律，楞次定律的实质就是能量守恒在电磁感应现象中的具体表现.2.通过具体实例理解电磁感应现象中的能量转化.3.掌握电磁感应中动力学问题的分析．

1．垂直于匀强磁场放置、长为L的直导线通过电流为I时，它所受的安培力F＝BIL，安培力方向的判断用左手定则．

2．牛顿第二定律：F＝ma，它揭示了力与运动的关系．

当加速度a与速度v方向相同时，速度增大，反之速度减小．当加速度a为零时，物体做匀速直线运动．

3．做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生了转化，功是能量转化的量度．

几种常见的功能关系

(1)合外力所做的功等于物体动能的变化．

(2)重力做的功等于重力势能的变化．

(3)弹簧弹力做的功等于弹性势能的变化．

(4)除了重力和系统内弹力之外的其他力做的功等于机械能的变化．

4．电流通过导体时产生的热量

焦耳定律：Q＝I2Rt.

在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的，而这些电能又通过感应电流做功，转化为其他形式的能量.

一、电磁感应中的动力学问题

1．电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：

(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．

(2)求回路中的电流强度的大小和方向．

(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)．

(4)列动力学方程或平衡方程求解． 2

3 2．电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析；

周而复始地循环，加速度等于零时，导体达到稳定运动状态．

3．两种状态处理

导体匀速运动，应根据平衡条件列式分析；导体做匀速直线运动之前，往往做变加速运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析．

第4讲 习题课 电磁感应定律的应用

[目标定位] 1.进一步理解公式E＝nΔΦΔt与E＝Blv的区别与联系，能够应用两个公式求解感应电动势.2.利用法拉第电磁感应定律解决转动问题和电荷量问题．

1．法拉第电磁感应定律

(1)内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比．

(2)公式：E＝nΔΦΔt，E的大小与Φ、ΔΦ无关(填“有关”或“无关”)

2．导体切割磁感线时的感应电动势

(1)导体的运动方向与导体本身垂直，且与磁感线夹角为α时，E＝Blvsin_α.

(2)磁感应强度B、导线l、速度v三者两两垂直时，E＝Blv.

其中l指切割磁感线的有效长度．

3．在磁通量发生变化时，若电路闭合有感应电流，若电路不闭合无感应电流，但有感应电动势(填“有”或“无”)．产生感应电动势的导体相当于电源．

一、公式E＝nΔΦΔt与E＝Blv的区别与联系

E＝nΔΦΔt E＝Blv

区别 一般求平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应 一般求瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应 研究对象为整个回路 研究对象为切割磁感线的导体

计算由于B、S变化引起的感应电动势较方便 计算导体切割磁感线所产生的感应电动势较方便

联系 两公式是统一的，当Δt―→0时，E为瞬时感应电动势，而公式E＝Blv中的速度如果是平均速度，则求出的感应电动势为平均感应电动势

例1 如图1所示，空间存在方向竖直向下的磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L＝0.2m．额定电压为2V的小灯泡接在导轨一端，ab是跨接在导轨上内阻不计的导体棒，开始时ab与NQ的距离为0.2m.

图1

(1)若导体棒固定不动，要使小灯泡正常发光，磁感应强度随时间的变化率是多大？

(2)若磁感应强度保持B＝2T不变，ab匀速向左运动，要使小灯泡正常发光，ab切割磁感线的速度是多大？

答案 (1)50T/s (2)5 m/s

解析 由于ab电阻不计，所以小灯泡两端的电压即为电动势，E＝UL＝2V.

第1节 电磁感应的发现

第2节 感应电流产生的条件

学习目标 核心提炼

1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神。 1个条件——感应电流产生的条件

3个概念——磁通量、电磁感应、感应电流

3个实验——法拉第实验、两个探究产生感应电流条件的实验 2.通过实验，探究和理解感应电流的产生条件。

3.掌握磁通量的概念及其计算。

4.能够运用感应电流产生的条件判断能否产生感应电流。

一、电磁感应的发现

1.奥斯特的“电生磁”

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。

电流的磁效应说明电流能在其周围产生磁场。

2.法拉第的“磁生电”

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“由磁生电”的现象，产生的电流叫感应电流。

法拉第把引起电流的原因概括为五类：(1)变化的电流；(2)变化的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(5)运动中的导线。把这些现象定名为电磁感应，由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。

思维拓展

电流的磁效应与电磁感应有什么区别？

答案 电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”。电磁感应现象是利用磁场产生感应电流，即“磁生电”。“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象，要正确区分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键。

二、探究感应电流产生的条件

1.导体在磁场中做切割磁感线运动，如图1所示。

图1

实验操作 实验现象(指针是否摆动)

分析论证

导体棒静止 不摆动

当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中有感应电流产生 导体棒平行

磁感线运动 不摆动

导体棒切割

磁感线运动 摆动

2.通过闭合回路的磁场发生变化，如图2所示。

图2

观察

操作 电流计指针的摆动情况

螺线管B匝数少 螺线管B匝数多 螺线管A、B相互垂直

开关接通瞬间 轻微摆动 较大摆动 不摆动

电流稳定 不摆动 不摆动 不摆动