山东省菏泽一中高中物理 电磁感应导学案 新人教版选修32.doc

山东省菏泽一中高二物理选修3-2导学案：电磁感应知识网络 现象：利用磁场变化产生电流的现象 条件 1.闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动 2.闭合电路的磁通量发生变化（本质） 感应电流方向 1.右手定则:适用于导体切割磁感线的情况 2.楞次定律:几种不同的表达方式,适用面更宽 1.导线切割磁感线: 感应电动势大小 2.法拉第电磁感定律: 3.感应电动势方向的判断:同感应电流方向的判断 1.力学问题:安培力,左手定则 2.能量问题:安培力做功过程中的能量转化 综合问题 3.电路问题:产生感应电动势的那部分导体相当于电源 4.图像问题:，图像讨论 1.自感现象本质:导体电流的变化引起磁通量的变化而产生电磁感应 自感 2.自感系数和自感电动势 3通电自感和断电自感基础知识一、磁通量1，定义：垂直于匀强磁场的面积s与磁感应强度b的乘积叫做穿过这个面的磁通量2公式：bs，此式的适用条件是匀强磁场，且线圈与磁场垂直3单位：韦伯（wb），1wb1tm2=1vs4磁通量是标量，但有正负磁通量的正负不代表大小只表示磁感线是怎样穿过平面的.即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负.5磁通的物理意义是穿过某一面积的磁感线条数.6.要注意磁通量公式的应用条件公式可以计算磁通量的大小，在具体操作时必须注意：（1）磁场必须是匀强磁场；（2）磁感线与线圈平面垂直，不垂直须取投影面积.abc例1：如图所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？二、电磁感应现象1电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象电磁感应现象的实质是产生感应电动势2 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化 三、楞次定律：1楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化2右手定则：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电流的方向3. 应注意的几个问题（1）由楞次定律判断出的感应电流的方向就是感应电动势的方向在电路不闭合的情况下，导体中无感应电流，但有感应电动势，此时可先假设电路闭合，然后再由楞次定律来判断（当然，导体切割磁感线也可直接用右手定则）（2）存在感应电动势的那部分导体相当于电源，电源内部的电流方向与电动势方向相同，由低电势到高电势在解决实际问题时，要能正确区分电源的内外部例2.一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空（ ）a由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下b由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下c沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势方向一定由下向上d沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势四、楞次定律与右手定则的区别和联系右手定则适用于一段直导线在磁场中切割磁感线运动的情况，具体应用时一般要求导线上各点磁感应强度相同和速度相同。楞次定律适用一般的电磁感应现象，对象是一闭合回路，无论是部分导体切割磁感线运动引起的通过回路磁通量变化，还是磁感应强度或面积的变化引起回路的磁通量变化，都可以用楞次定律判定回路中中感应电动势的方向，楞次定律是判定感应电动势方向的普遍适用的规律，右手定则是楞次定律的特例，它只适用于导线切割磁感线运动。例3：如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒pq、mn。当pq在外力作用下运动时，mn在磁场作用下向右运动，则pq所做的运动可能是（ ）a、向右匀加速运动 b、向左匀加速运动c、向右匀减速运动 d、向左匀减速运动五、法拉第电磁感应定律1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法拉第电磁感应定律的内容是：电磁感应中线圈里的感应电动势跟穿过线圈的磁通量变化率成正比数学表达式为或其中式中的n为线圈的匝数，又叫磁通量的变化率，e的单位是伏特3.理解：（1）、/t的区别磁通量为状态量，指“线圈在某位置(某一时刻)的磁通量”；磁通变化量为过程量，指 “线圈从某一位置到另一位置过程中(某段时间内)的磁通变化量”； 磁通量的变化量一般有三种情况：当回路面积s不变的时候， ；当磁感应强度b不变的时候，；当回路面积s和磁感应强度b都不变，而他们的相对位置发生变化（如转动）的时候，（s1是回路面积s在与b垂直方向上的投影的变化量）/t磁通变化率也是状态量，它是描写磁通量变化快慢的物理量，等于磁通变化量与完成这一变化所用时间的比值。磁通量通常为时间的函数，这一函数如果存在最大值和最小值，则磁通量最大的时刻，磁通的变化率一定为零。不能决定e的大小，/t才能决定e的大小，而/t与之间无大小上的必然联系。（2）它是定量描述电磁感应现象的普遍规律，不管用什么方式产生的电磁感应现象，其感应电动势的大小均可由它计算式中若t 取一段时间,则e为t这段时间内的平均值，要注意的是当磁能量的变化率不是均匀变化时，平均电动势一般不等于初态与末态电动势的算术平均值。若t趋近于零，则e为瞬时值。但中学阶段一般只用来计算平均感应电动势，如果是恒定的，那么e是稳恒的.(3).若回路与磁场垂直的面积s不变，电磁感应仅是由b的变化引起的，那么上式可表示为：是磁感应强度的变化率；若磁感应强度不变，电磁感应是由于s的变化引起的，则，在有些问题中，选用这两种表达方式解题会更简单六、导线切割磁感线的感应电动势导体切割磁感线时产生感应电动势的数学表达式为e= blv1适用条件：除了磁场必须是匀强磁场外，磁感强度b、切割速度v、导体棒长度l三者中任意两个都应垂直的，即这三个关系必须是同时成立的。如有不垂直的情况，应通过正交分解取其垂直分量代入。2公式中l的意义公式e = mblv中l的意义应理解为导体的有效切割长度。所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和b的方向上的投影的长度。3公式中v的意义对于公式e = blv中的v，首先应理解为导体与磁场间相对速度，所以即使导体不动而磁场运动，也能使导体切割磁感线而产生感应电动势；其次，还应注意到v应该是垂直切割速度；4. “旋转切割”问题：还应注意到在“旋转切割”这类问题中，导体棒上各部分的切割速度不同，此时的v则应理解为导体棒上各部分切割速度的平均值，在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度。（1）长为l的导体棒在磁感应强度为b的匀强磁场中以匀速转动，导体棒产生的感应电动势：以端点为轴时，e=（平均速度取中点位置线速度）5.矩形线圈旋转问题面积为s的单匝矩形线圈在匀强磁场b中以角速度绕垂直于磁场线圈平面内的任意轴匀速转动，产生的感应电动势：线圈平面与磁感线平行时，e=bs；线圈平面与磁感线垂直时，e=0线圈平面与磁感线夹角为 时， 七、公式e = blv与公式e =的比较1对象不同：e=n的研究对象是一个回路，e=blv研究对象是磁场中运动的一段导体。2物理意义不同：e=n求得是t时间内的平均感应电动势，当t0时，则e为瞬时感应电动势；而e=blv，如果v是某时刻的瞬时速度，则e也是该时刻的瞬时感应电动势；若v为平均速度，则e为平均感应电动势。3e=n求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。4e=blv和e=n本质上是统一的。前者是后者的一种特殊情况。但是，当导体做切割磁感线运动时，用eblv求e较好；当穿过电路的磁通量发生变化，用e=求e较好。例4：如图所示，在磁感强度为0.1t的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框abcd，框电阻不计，上面接一个长0.1m的可滑动的金属丝ab，已知金属丝质量为0.2g，电阻r0.2，不计阻力，求金属丝ab匀速下落时的速度。八、如何求电磁感应中的电量设某一回路的总电阻为r，在时间内产生的感应电动势为e= ，所以平均感应电流为i=，根据i=，故通过电阻的电量为。此式表明，电量只与线圈的匝数、回路磁通量的改变和总电阻有关，与导体运动的速度及所经历的时间无关九：自感1. 自感现象:由于导体本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象 2自感电动势：自感现象中产生的电动势叫做自感电动势3自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势的方向与原来电流方向相同另外，“阻碍”不是“阻止”，电流仍在变化4自感电动势大小：自感电动势大小与电流的变化率和自感系数有关，与二者皆成正比关系自感电动势与电流i、电流的变化量i无关