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.docx

第四节法拉第电磁感应定律学 习 目 标知 识 脉 络1.理解感应电动势，知道感应电动势与感应电流的区别与联系2理解电磁感应定律的内容和数学表达式(重点)3理解导体垂直切割磁感线时感应电动势的数学表达式及其与一般表达式的区别4会用电磁感应定律解决有关问题(重点、难点)影 响 感 应 电 动 势 大 小 的 因 素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)猜想与假设可能与磁通量的变化有关；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方法：控制变量法程序：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.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t.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，用表示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()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】没有感应电动势与感应电流的比较比较项目感应电动势E感应电流I定义在电磁感应现象中产生的电动势在电磁感应现象中产生的电流产生条件磁通量发生变化，与电路是否闭合无关电路闭合，磁通量发生变化大小决定因素闭合电路内磁通量变化的快慢，与外电路无关感应电动势与电路的具体组成因果关系感应电动势是原因和本质，感应电流是结果和现象数学关系遵循闭合电路欧姆定律，即IE/R1(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，当E大时，若总阻值Rr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：闭合回路；磁通量发生变化法 拉 第 电 磁 感 应 定 律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En，n为线圈匝数，是磁通量的变化量3单位的单位是韦伯，t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()与线圈匝数有关吗？E感与线圈匝数有关吗？【提示】无关，有关如图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相同，磁通量的变化率不同，所用时间t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，又En，即I，所以快速插入时电路中的电流大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和匝数n，而与的大小、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磁通量的变化率在t图象上是某点切线的斜率3感应电动势En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，BS，则EnS，其中叫磁感应强度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，BS，则EnB.4En求出的是t时间内的平均感应电动势3穿过一个内阻为1 的10匝闭合线圈的磁通量每秒均匀减少2 Wb，则线圈中() 【导学号：97192015】A感应电动势每秒增加2 VB感应电动势每秒减少2 VC磁通量的变化率为2 Wb/sD感应电流为2 A【解析】磁通量的变化率2 Wb/s，C正确；由En得E102 V20 V，感应电动势不变，A、B错误；由I得I A20 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，穿过线圈的磁通量随时间t的变化图象如图143所示，则() 【导学号：97192202】图143A在t0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B在t1102 s时，感应电动势最大C在t2102 s时，感应电动势为零D在02102s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，故t0及t2102s时刻，E0，A错，C对t1102s，E最大，B对.02102s，0，E0，D错【答案】BC5一个200匝、面积为20 cm2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BSsin (0.50.1)201040.5 Wb4104Wb磁通量的平均变化率为Wb/s8103Wb/s根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小为：En2008103V1.6 V.【答案】410481031.6、与的比较物理量单位物理意义计算公式磁通量Wb表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少BS磁通量的变化量Wb表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少|21|磁通量的变化率Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢导 体 棒 切 割 磁 感 线 时 的 感 应 电 动 势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，EBLv.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时，EBLvsin_.图1443单位关系1 V1 T1m1m/s.1对于EBLv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t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()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EBLv可知，这两条边都应该产生电动势且EadEbcBLv.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EBLv求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势如图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l2r，则感应电动势EBLv2Brv.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Lr，则感应电动势EBLvBrv.1对公式EBLvsin 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，EBLv；当有任意两个量的方向平行时，E0.(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2En与EBLvsin 的区别和联系EnEBLvsin 区别(1)求的是t时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应(1)求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应(2)求的是整个回路的感应电动势，整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零(2)求的是回路中一部分导体切割磁感线时产生的感应电动势(3)由于是整个回路的感应电动势，因此电源部分不容易确定(3)由于是一部分导体切割磁感线的运动产生的，该部分就相当于电源联系公式En和EBLvsin 是统一的，当t0时，E为瞬时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，现在还不能这样求瞬时感应电动势，而公式EBLvsin 中的v若代入，则求出的E为平均感应电动势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Lsin ，产生的感应电动势E丙BLvsin .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 的导体AB在金属框架上以10 m/s的速度向右滑动，R1R22.0