高中物理 第四章第四节 法拉第电磁感应定律课件 新人教版选修32.ppt

教学教法分析 课前自主导学 当堂双基达标 课后知能检测 教学方案设计 课堂互动探究 4法拉第电磁感应定律 课标要求1 举例说明电磁感应在生活和生产中的应用 2 理解法拉第电磁感应定律 课标解读1 知道什么叫感应电动势 6 感悟从不同物理现象中抽象出个性与共性问题的方法 培养学生对不同事物进行分析 找出共性与个性的辩证唯物主义思想 教学地位本节知识是高中物理的重点知识 也是高考的重点 既有单独考查 又有与其它知识的综合考查 是电学知识的基础 学习时应引起足够的重视 新课导入建议如图教4 4 1所示是某同学设计的用来测定风速的简易装置 根据你所学的知识感觉这个装置能否用来测量风速 其基本原理是什么 通过这节课的学习 就可以解决这些问题 教学流程设计 1 基本知识 1 感应电动势 在 现象中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 电磁感应 电源 2 法拉第电磁感应定律 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的 成正比 磁通量的变化率 2 思考判断 1 穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大 产生的感应电动势也越大 2 感应电动势的方向可用右手定则或楞次定律判断 3 穿过闭合回路的磁通量最大时 其感应电动势一定最大 3 探究交流产生感应电动势的条件是什么 提示 不管电路是否闭合 只要穿过电路的磁通量发生变化 电路中就会产生感应电动势 1 基本知识 1 磁场方向 导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时 e 2 如图4 4 1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 e blv blvsin 2 思考判断 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 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 3 探究交流如图4 4 2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ead ebc blv 他们各执一词 到底谁说的对呢 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 1 基本知识 1 定义 电动机转动时 由于切割磁感线 线圈中产生的 电源电动势作用的电动势 2 作用 线圈的转动 削弱 阻碍 2 思考判断 1 电动机通电转动 电动机中出现的感应电动势为反电动势 反电动势会阻碍线圈的运动 2 电动机正常工作时 反电动势会加快线圈的运动 3 电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动 就没有了反电动势 线圈中的电流会很大 很容易烧毁电动机 3 探究交流电动机工作时 加在电动机上的电压u和流经电动机的电流i及电动机线圈电阻r三者之间是否满足 问题导思 1 面积为s的平面垂直于磁场放置 将此面翻转180 穿过此面的磁通量是否发生变化 有一个100匝的线圈 其横截面是边长为l 0 20m的正方形 放在磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 线圈平面与磁场垂直 若将这个线圈横截面的形状在5s内由正方形改变成圆形 横截面的周长不变 在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少 磁通量的变化率是多少 线圈的感应电动势是多少 审题指导 解答本题时应注意以下几点 1 周长相同的所有形状中 圆形的面积最大 2 磁通量的变化率并不等同于电动势 解析 线圈横截面是正方形时的面积s1 l2 0 20 2m2 4 0 10 2m2 穿过线圈的磁通量 1 bs1 0 50 4 0 10 2wb 2 0 10 2wb 所以 磁通量的变化量 2 1 2 55 2 0 10 2wb 5 5 10 3wb 答案 5 5 10 3wb1 1 10 3wb s0 11v 磁通量 磁通量的变化量和磁通量的变化率 三者均与线圈的匝数无关 对n匝线圈 穿过每一匝线圈的磁通量的变化率都相同 每一匝线圈的电动势都相等 相当于n个电动势相同的电源串联 即感应电动势的大小与匝数n有关 1 多选 2013 四川高考 如图4 4 3所示 边长为l 不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域 其磁感应强度b随时间t的变化关系为b kt 常量k 0 回路中滑动变阻器r的最大阻值为r0 滑动片p位于滑动变阻器中央 定值电阻r1 r0 r2 闭合开关s 电压表的示数为u 不考虑虚线mn右侧导体的感应电动势 则 a r2两端的电压为b 电容器的a极板带正电c 滑动变阻器r的热功率为电阻r2的5倍d 正方形导线框中的感应电动势为kl2 解析 本题是电磁感应与电路问题 利用法拉第电磁感应定律 楞次定律 串联和并联电路特点及欧姆定律和电功率的计算公式解决问题 根据楞决定律知回路中的电流为逆时针方向 即流过r2的电流方向向左 所以电容器b极板带正电 选项b错误 问题导思 1 公式e blv能否用来求解平均感应电动势 2 导体棒绕一端垂直于匀强磁场做匀速圆周运动时 如何求感应电动势 3 若导线是弯曲的 如何求其切割磁感线的有效长度 1 该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论 一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同的情况 当v为瞬时速度时 e为瞬时电动势 若v是平均速度 则e为平均感应电动势 如果导体各部分切割磁感线的速度不相等 可取其平均速度求电动势 例如如图4 4 4 导体棒在磁场中绕a点在纸面内以角速度 匀速转动 磁感应强度为b 则ac在切割磁感线时产生的感应电动势为 e blv bl l bl2 2 公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度 当导线不动而磁场运动时 也有电磁感应现象产生 3 公式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度 如果导线不和磁场垂直 l应是导线在垂直磁场方向投影的长度 如果切割磁感线的导线是弯曲的 l应取导线两端点的连线在与b和v都垂直的直线上的投影长度 例如 如图4 4 5所示的三幅图中切割磁感线的导线是弯曲的 则切割磁感线的有效长度应取与b和v垂直的等效直线长度 即ab的长 2013 课标全国卷 如图4 4 6 在水平面 纸面 内有三根相同的均匀金属棒ab ac和mn 其中ab ac在a点接触 构成 v 字型导轨 空间存在垂直于纸面的均匀磁场 用力使mn向右匀速运动 从图示位置开始计时 运动中mn始终与 bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触 下列关于回路中电流i与时间t的关系图线 可能正确的是 审题指导 1 导体切割磁感线的有效长度与时间的关系 2 闭合回路的总电阻与导轨长度的关系 3 感应电流由闭合电路欧姆定律求出 解析 设图示位置时a距棒的距离为l0 导体棒匀速切割磁感线的速度为v 单位长度金属棒的电阻为r0 导轨夹角为 运动时间t时 切割磁感线的导体棒长度l 2 l0 vt tan 有效电路中导体棒长度l总 l 答案 a 1 明确电路结构 分清内 外电路 2 根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小 如果是磁场变化 由e n计算 如果是导体切割磁感线 由e blv计算 且注意b l和v随时间的变化关系 3 根据楞次定律判断感应电流的方向 4 根据闭合电路欧姆定律列出相应的方程式 2 2014 青岛二中高二检测 如图4 4 7所示 平行金属导轨间距为d 一端跨接电阻r 匀强磁场磁感应强度为b 方向垂直于导轨平面 一根长金属棒与导轨成 角放置 棒与导轨电阻不计 当棒沿垂直于棒的方向以恒定速率v在导轨上滑行时 通过电阻的电流是 问题导思 1 一般情况下 计算感应电动势的平均值和瞬时值时分别用哪个公式 2 两个公式的适用条件是什么 能用e blvsin 计算平均感应电动势吗 多选 2014 苏州中学高二检测 如图4 4 8所示 一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 a 感应电流方向不变b cd段始终不受安培力c 感应电动势最大值e bavd 感应电动势平均值e bav 审题指导 1 感应电流的方向可由楞次定律或右手定则判定 2 安培力的方向可由左手定则判定 3 感应电动势的瞬时值可由e blv求解 解析 在闭合电路进入磁场的过程中 通过闭合电路的磁通量逐渐增大 根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变 a正确 根据左手定则可以判断 cd段受安培力向下 b不正确 当半圆闭合回路进入磁场一半时 等效长度最大为a 这时感应电动势最大为e bav c正确 3 如图4 4 9所示 一单匝线圈从左侧进入磁场 1 在此过程中 线圈的磁通量是增加还是减少 2 若上述过程所经历的时间为0 1s 线圈中的磁通量变化了0 02wb 则线圈中产生的感应电动势是多少 3 如果上述线圈是由100匝构成 则线圈中产生的感应电动势是多少 2014 杭州二中高二检测 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环 水平固定在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 如图4 4 10所示 一长度为2a 电阻等于r 粗细均匀的金属棒mn放在圆环上 它与圆环始终保持良好的接触 当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心o时 求 1 棒上电流的大小和方向及棒两端的电压umn 2 圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率 审题指导 金属棒mn切割磁感线产生感应电动势 把金属棒看成一个具有内阻为r 电源电动势为e的电源 两个半圆环看成两个电阻r并联的外电路 等效电路如图所示 规范解答 1 金属棒mn切割磁感线产生的感应电动势为e blv 2bav 电磁感应中的电路问题 实际上是电磁感应和恒定电流问题的综合题 感应电动势大小的计算 方向的判定以及电路的等效转化 是解决此类问题的关键 1 2013 荆州中学高二检测 由法拉第电磁感应定律知 设回路的总电阻一定 a 穿过闭合电路的磁通量达到最大时 回路中的感应电流达最大b 穿过闭合电路的磁通量为零时 回路中的感应电流一定为零c 穿过闭合电路的磁通量变化量越大 回路中的感应电流越大 d 穿过闭合电路的磁通量变化越快 回路中的感应电流越大 解析 本题考查对法拉第电磁感应定律的理解 关键是抓住感应电动势的大小和磁通量的变化率成正比 感应电动势大小和磁通量大小 磁通量变化量的大小无关 它由磁通量变化率决定 故选d 答案 d 2 关于反电动势 下列说法中正确的是 a 只要线圈在磁场中运动就能产生反电动势b 只要穿过线圈的磁通量变化 就产生反电动势c 电动机在转动时线圈内产生反电动势d 反电动势就是发电机产生的电动势 解析 反电动势是与电源电动势相反的电动势 其作用是削弱电源的电动势 产生反电动势的前提是必须有电源存在 故正确答案为c 答案 c 3 2013 浙江高考 磁卡的磁条中有用于存储信息的磁极方向不同的磁化区 刷卡器中有检测线圈 当以速度v0刷卡时 在线圈中产生感应电动势 其e t关系如图4 4 11所示 如果只将刷卡速度改为 线圈中的e t关系图可能是 解析 由公式e blv可知 当刷卡速度减半时 线圈中的感应电动势最大值减半 且刷卡所用时间加倍 故本题正确选项为d 答案 d 4 穿过单匝闭合线圈的磁通量每秒钟均匀连续地增大2wb 则 a 线圈中的感应电动势将均匀增大b 线圈中的感应电流将均匀增大c 线圈中的感应电动势将保持2v不变d 线圈中的感应电流将保持2a不变 5 2014 天津河西区检测 如图4 4 12所示 足够长的水平导体框架的宽度l 0 5m 电阻忽略不计 定值电阻r 2 磁感应强度b 0 8t的匀强磁场方向垂直于导体框平面 一根质量为m 0 2kg 有效电阻r 2 的导体棒mn垂直跨放在框架上 该导体棒与框架间的动摩擦因数 0 5 导体棒在水平恒力f 1 2n的作用下由静止开始沿框架运动到刚开始匀速运动时 通过导体棒截面的电量共为q 2c 求 1 导体棒做匀速运动时的速度 2 导体棒从开始运动到刚开始匀速运动这一过程中 导体棒产生的电热 g取10m s2 解析 1 当物体开始做匀速运动时 有 f mg f安 0又 f安 bil i e blv解得v 5m s 答案 1 5m s 2 0 75j 备选习题 1 多选 无线电力传输目前取得重大突破 在日本展出了一种非接触式电源供应系统 这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力 两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置 原理示意图如图教4 4 2所示 下列说法中正确的是 a 若a线圈中输入电流 b线圈中就会产生感应电动势b 只有a线圈中输入变化的电流 b线圈中才会产生感应电动势 c a中电流越大 b中感应电动势越大d a中电流变化越快 b中感应电动势越大 解析 根据产生感应电动势的条件 只有处于变化的磁场中 b线圈中才能产