－鲁科版选修32 1.2 感应电动势与电磁感应定律 学案.docx

1.2感应电动势与电磁感应定律 学案学习目标：1.知道感应电动势的概念和感应电动势的作用.2.理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式.3.知道公式e=blv的推导过程及其与e=nt的区别和联系,并能应用它们解决问题.基础知识1.感应电动势(1)电动势是描述电本领的物理量.(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中就会产生感应电流,这说明电路中一定存在一种电动势,这种由现象产生的电动势,叫感应电动势,相当于电. (3)不管电路是否闭合,只要穿过电路的,电路中就有感应电动势.如果电路是闭合的,就有感应电流,如果电路是断开的就没有感应电流,但仍然存在.2.法拉第电磁感应定律(1)设在一定的时间t之内穿过电路磁通量的变化为,则叫做磁通量的变化率,它能说明磁通量变化的.(2)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,这就是法拉第电磁感应定律.(3)法拉第电磁感应定律表达式对单匝线圈,e=;对n匝线圈,e=3.导体切割磁感线产生的感应电动势大小(1)导体垂直切割磁感线时,感应电势势大小e=blv,其中l是,v是导体运动的速度,且l与v.(2)当导体运动速度v的方向与磁场b有一夹角时,产生的感应电动势为.学习交流：主题1感应电动势情景我们知道要使闭合电路中有电流,电路中必须有电.电的作用是将其他形式的能量转化成电能.产生电磁感应现象时,闭合电路中有感应电流,此电路中也一定存在电动势,即感应电动势.问题(1)在教材第一节探究1、探究2、探究3中各发生了怎样的能量转化?电路中哪一部分导体相当于电?(2)当磁通量发生变化时,若电路不闭合,电流表是否会偏转?教材第1节探究1中导线ab和探究2、3中线圈存在感应电动势吗?主题2法拉第电磁感应定律问题(1)重做教材第1节探究1、探究2和探究3实验,并比较在下列情况下感应电流的大小有什么不同探究1中观察ab切割磁感线的速度大小不同时;探究2中插入和拔出磁铁的快慢不同时;探究3中移动滑动变阻器滑片的快慢不同时.实验说明感应电动势的大小与什么因素有关呢?问题(2)阅读教材第11页第4自然段回答,磁通量变化的快慢用什么表示?越大、越大,t越大吗?根据以往学习的经验,能找一个类似的物理量进行比较吗?问题(3)阅读教材第11页第3自然段到第12页第1自然段,简述法拉第电磁感应定律的内容,写出定律的表达式.主题3导体切割磁感线时产生的感应电动势大小情景对于导体切割磁感线运动时产生的电动势,除了用法拉第电磁感应定律解决外,能否再总结出一种更为简洁的感应电动势的表达式?问题(1)长为l的直导线垂直置于匀强磁场中,以速度v做垂直切割磁感线运动,磁感应强度为b(如图甲所示).试用b、l、v表示ab切割磁感线产生的感应电动势的大小.(2)如果导体运动方向与磁感线不垂直,如图乙所示,设导体棒的速度v与磁感线的夹角为,则感应电动势为多大?主题4公式e=nt与e=blv的区别和联系问题从上面的分析中可以知道,e=blv是由e=nt推导出的,那么这两个公式有什么区别和联系呢?思考后请完成下表.e=nte=blv区别研究对象研究内容e=nt一般计算电动势e=blv一般计算电动势适用情形e=nt适用于e=blv只适用于联系e=nt和e=blv本质上是统一的.对于e=nt,当t0时, e为感应电动势;对于e=blv,若v为平均速度,则e为感应电动势.典例：一、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率及其区别例1 一个200匝、面积为20 cm2的线圈,放在匀强磁场中,磁场的方向与线圈平面成30角,磁感应强度在0.05 s内由0.1 t增大到0.5 t.在此过程中,穿过线圈的磁通量的变化量是,磁通量的平均变化率是,回路中的感应电动势是.二、法拉第电磁感应定律e=nt的应用例2如图所示,用均匀导线做成的一个正方形线框的边长为0.2 m,线框的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中.当磁场以每0.1 s增大1 t的规律变化时,线框中的感应电动势是多大?变式训练如图甲所示,螺线管匝数n=1500,横截面积s=20 cm2,导线的电阻r=1.5 ,r1=3.5 ,r2=25 .穿过螺线管的磁场的磁感应强度b按如图乙所示规律变化,问(1)穿过螺线管的磁通量的变化率为多大?(2)r2的功率为多大?三、公式e=blv的应用例3如图所示,有一夹角为的金属角架,角架所围区域内存在匀强磁场中,磁场的磁感应强度为b,方向与角架所在平面垂直,一段直导线ab从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动,求(1)t时刻角架的瞬时感应电动势.(2)t时间内角架的平均感应电动势.参考答案1.(1)将其他形式的能量转化为电能(2)电磁感应产生感应电动势的那部分导体(3)磁通量发生变化感应电动势2.(1)t快慢(2)正比(3) tnt3.(1)导体长度垂直(2)e=blvsin 1.解答(1)探究1中,导体棒ab在外力作用下做切割磁感线运动时,外力克服安培力做功,将机械能转化为电能,ab相当于电;探究2中,磁铁插入或拔出螺线管时,外力克服安培力做功,将机械能转化为电能,螺线管相当于电;探究3中,螺线管a所在电路中电的电能,通过电磁感应转变为螺线管b中的电能,螺线管b相当于电.(2)如果电路是断开的就没有感应电流,所以电流表不会偏转,但感应电动势仍然存在.2.解答在探究1中,ab切割磁感线的速度越大,感应电流越大;在探究2中,插入和拔出磁铁越快,感应电流越大;在探究3中,滑动变阻器的滑片移动越快,感应电流越大.这说明感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关,磁通量变化越快,感应电动势越大.(2)解答磁通量变化的快慢可以用单位时间内磁通量的变化,即磁通量的变化率表示.设在t=t2-t1时间内,磁通量的变化为=2-1,则磁通量的变化率为t.磁通量的变化率t与和无大小上的必然联系,大,不一定大,t也不一定大;反之亦然.它们的情况类似于力学中的v、v及a=vt的关系.(3)解答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.表达式e=nt.单位1 v=1 wb/s.说明a.e=nt中的 n为线圈的匝数.从物理情景看,相当于n个电动势相同的电串联,e为串联后的总电动势.b.若s不变,b随时间变化时,则e=nsbt;若b不变,回路面积s随时间变化时,则e=nbst.3.解答(1)在导体棒ab向右运动,经t时间运动到ab,则s=lvt,如图甲所示.根据法拉第电磁感应定律e=t=bst=blvtt=blv,即e=blv.(2)如图乙所示,此时可以把速度v分解为两个分量垂直于磁感线的分量v1=vsin ;平行于磁感线的分量v2=vcos .后者不切割磁感线,不产生感应电动势.前者切割磁感线,产生的感应电动势为e=blv1=blvsin .4.解答一个回路;磁场中运动的一段导体;平均;瞬时;一切情况;一部分导体做切割磁感线运动;瞬时;平均一、磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率及其区别例1410-4 wb810-3 wb/s1.6 v【解析】磁通量的变化量为=bssin 30=(0.5-0.1)2010-40.5 wb=410-4 wb磁通量的平均变化率为t=410-40.05 wb/s=810-3 wb/s回路中的感应电动势e=nt=200810-3 v=1.6 v.【点拨】、t三者之间无必然联系.大,不一定大,t也不一定大,反之亦然.当磁通量很大时,磁通量的变化量可能很小;同理,当磁通量的变化量很大时,若经历的时间很长,则磁通量的变化率t也可能较小. 、t的大小与匝数n均无关,但是电动势e的大小与匝数n有关.二、法拉第电磁感应定律e=nt的应用例20.2 v【解析】依题意有,磁场的变化率为k=bt=10.1 t/s=10 t/s由法拉第电磁感应定律,有e=t=bst=btl22=0.2 v.【点拨】磁场的变化产生感应电动势,是因为b的变化而引起的,即=bs,则计算电动势e时,有e=bts.公式中的面积s应为有效面积,即实际面积沿磁场方向的投影面积.变式训练(1)410-3 v(2)1 w【解析】(1)由乙图有bt=2 t/s所以磁通量的变化率t=bst=410-3 v.(2)由法拉第电磁感应定律有e=nt=nbst=6 v由闭合电路欧姆定律有i=er1+r2+r=63.5+25+1.5 a=0.2 ar2的功率p2=i2r2=1 w.三、公式e=blv的应用例3(1)bv2ttan (2)12bv2ttan 【解析】(1)t时刻ab切割磁感线的有效长度l=betan =vttan 根据公式得t时刻角架的瞬时感应电动势为e=blv=bv2ttan .(2)