高中物理 1.4 法拉第電磁感應定律 粵教選修32

第四節(jié)法拉第電磁感應定律.課標定位學習目標：1.理解感應電動勢的概念．2.理解和掌握確定感應電動勢大小的一般規(guī)律——法拉第電磁感應定律．并能夠運用法拉第電磁感應定律定量計算感應電動勢的大小．3.能夠運用E＝BLv或E＝BLvsinθ計算導體切割磁感線時的感應電動勢．.重點難點：.課前自主學案一、感應電動勢在___________現(xiàn)象中產生的電動勢叫做感應電動勢、產生感應電動勢的那部分導體就相當于_______．電磁感應電源.思考感悟1．在電磁感應現(xiàn)象中，有感應電動勢，就一定有感應電流，這句話對嗎？為什么？提示：不對，不管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會產生感應電動勢．有感應電動勢不一定存在感應電流(要看電路是否閉合)，有感應電流一定存在感應電動勢．.二、影響感應電動勢大小的因素1．實驗探究(1)猜想與假設：由于感應電流的產生與磁通量的變化有關，因此猜想感應電動勢可能與______________有關，同時還可能與完成磁通量變化所用________有關．磁通量的變化時間圖1－4－1.(2)方案設計：由于感應電動勢可能與多個因素有關，因此應利用____________法分別改變磁通量的大小和磁通量變化所用的時間．控制變量.(3)實驗探究：保證磁通量變化所用時間相同，分別將一根條形磁鐵和兩根條形磁鐵快速插入螺線管或拔出螺線管，比較靈敏電流計的指針偏轉的角度．保證磁通量的變化相同，將一根條形磁鐵快速或慢速插入螺線管，比較靈敏電流計的指針偏轉的角度．.(4)實驗現(xiàn)象：用兩根條形磁鐵快速插入螺線管或拔出螺線管，比用一根時靈敏電流計的指針偏轉的角度_____；將條形磁鐵快速插入螺線管比慢速插入螺線管，靈敏電流計的指針偏轉的角度_______．(5)實驗結論：感應電動勢的大小與磁通量變化的_______

(磁通量的變化率)有關．大大快慢.2．磁通量的變化率(1)定義：磁通量的_________跟產生這個變化所用時間的比值．(2)表達式：磁通量的變化率表示為________，單位：_________.(3)物理意義：表示磁通量變化______的物理量．變化量Wb/s快慢..三、法拉第電磁感應定律1．內容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的________成正比．2．表達式：(1)在國際單位制中，感應電動勢E的單位是伏特(V)，Φ的單位是韋伯(Wb)，t的單位是秒(s)，公式為E＝_______.變化率.(2)若閉合電路有n匝線圈，且穿過每匝線圈的磁通量變化率都________，由于n匝線圈可以看做是由n個單匝線圈串聯(lián)而成，因此，整個線圈中的感應電動勢是單匝線圈的n倍，即E＝________.相同.思考感悟3．閉合電路置于磁場中，電路所在平面與磁場方向垂直，那么，當磁感應強度很大時，感應電動勢可能為零嗎？當磁感應強度為零時，感應電動勢可能很大嗎？提示：根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大小．所以，以上兩種情況均有可能．.四、感應電動勢的另一種表述1．磁場方向、導體棒與導體棒運動方向三者兩兩垂直時，如圖1－4－2所示，E＝________.BLv圖1－4－2.2．導體棒與磁場方向垂直，導體棒運動方向與導體本身垂直，但與磁場方向夾角為θ時，如圖1－4－3所示，E＝____________.BLvsinθ圖1－4－3.核心要點突破一、Φ、ΔΦ、的比較....即時應用(即時突破，小試牛刀)1．(單選)下列說法正確的是(

)A．線圈中磁通量變化越大，線圈中產生的感應電動勢一定越大B．線圈中磁通量越大，線圈中產生的感應電動勢一定越大C．線圈處在磁場越強的位置，線圈中產生的感應電動勢一定越大D．線圈中磁通量變化得越快，線圈中產生的感應電動勢越大.....圖1－4－4..即時應用(即時突破，小試牛刀)2.如圖1－4－5所示，半徑為r的金屬圓環(huán)，其電阻為R，繞通過某直徑的軸OO′以角速度ω勻速轉動，勻強磁場的磁感應強度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場方向重合時開始計時，求金屬圓環(huán)由圖示位置分別轉過30°角和由30°角轉到330°角的過程中，金屬圓環(huán)中產生的感應電動勢分別是多大？圖1－4－5...三、公式E＝n與E＝BLvsinθ的對比理解E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別求的是瞬時感應電動勢，E與某個時刻或某個位置相對應求的是Δt時間內的平均感應電動勢，E與某段時間或某個過程相對應求的是整個回路的感應電動勢．整個回路的感應電動勢為零時，其回路中某段導體的感應電動勢不一定為零求的是回路中一部分導體切割磁感線時產生的感應電動勢.E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別由于是整個回路的感應電動勢，因此電源部分不容易確定由于是一部分導體切割磁感線的運動產生的感應電動勢，該部分就相當于電源聯(lián)系公式E＝n和E＝BLvsinθ是統(tǒng)一的，當Δt→0時，E為瞬時感應電動勢，只是由于高中數(shù)學知識所限，現(xiàn)在還不能這樣求瞬時感應電動勢，而公式E＝BLvsinθ中的v若代入，則求出的E為平均感應電動勢.即時應用(即時突破，小試牛刀)3.(單選)如圖1－4－6所示，空間內存在一豎直向上的勻強磁場，一金屬棒ab垂直于磁場方向水平拋出，有關其感應電動勢的大小和兩端電勢的高低，以下說法中正確的是(

)圖1－4－6.A．運動過程中感應電動勢的大小不變，φa>φbB．運動過程中感應電動勢的大小不變，φa<φbC．由于速率不斷增大，所以感應電動勢變大，φa>φbD．由于速率不斷增大，所以感應電動勢變大，φa<φb解析：選A.因為水平方向的速度沒有改變，豎直方向的速度雖然在增大，但只有水平方向的速度能產生感應電動勢，故運動過程中感應電動勢的大小不變，又由右手定則可判斷a端電勢高，故A正確．.四、電磁感應現(xiàn)象中的電路問題1．分析思路在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢．若回路閉合，則產生感應電流，感應電流引起熱效應等，所以電磁感應問題常與電路知識綜合考查．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法是：.(1)明確哪部分導體或電路產生感應電動勢，該導體或電路就是電源，其他部分是外電路．(2)用法拉第電磁感應定律確定感應電動勢的大小，用楞次定律確定感應電動勢的方向．(3)畫等效電路圖．分清內外電路，畫出等效電路圖是解決此類問題的關鍵．(4)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解．..特別提醒：(1)求解電路問題首先要找出電源，確定內電路和外電路，解題時不能忽略內阻．(2)求解電路中通過的電荷量，一定要用平均電動勢和平均電流計算．.即時應用(即時突破，小試牛刀)4．如圖1－4－7甲所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路．線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示．圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計．求0至t1時間內(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產生的熱量．.圖1－4－7...課堂互動講練類型一法拉第電磁感應定律的應用(單選)如圖1－4－8所示，圓環(huán)a和b的半徑之比R1∶R2＝2∶1，且粗細相同，由同樣材料的導線構成，連接兩環(huán)的導線電阻不計，勻強磁場的磁感應強度始終以恒定的變化率變化，那么，當只有a環(huán)置于磁場中與只有b環(huán)置于磁場中兩種情況下，A、B兩點的電勢差之比為(

)例1.A．1∶1

B．2∶1C．3∶1D．4∶1【思路點撥】

解決本題應確定圓環(huán)a和b誰在磁場中，誰產生了感應電動勢而作為電源，分清內外電路，以便利用閉合電路歐姆定律解決問題．圖1－4－8.【精講精析】要求A、B兩點的電勢差之比，實際是求題述兩種情況下外電路電壓之比，即：設b環(huán)的面積為S，由題可知a環(huán)的面積為4S，若b環(huán)的電阻為R，則a環(huán)的電阻為2R.當a環(huán)置于磁場中時，a環(huán)等效為內電路，b環(huán)等效為外電路，A、B兩端的電壓為路端電壓，根據(jù)法拉第電磁感應定律.【答案】

B.【方法總結】

(1)感應電動勢的方向：在內電路中，電動勢的方向是由電源的負極指向電源的正極，跟內電路的電流方向一致．產生感應電動勢的那部分電路就是電源，用右手定則或楞次定律所判定的感應電流方向，就是電源內部的電流方向，所以此電流方向就是感應電動勢的方向．判斷出感應電動勢方向后，進而可判定電路中各點電勢的高低．.(2)感應電流的大小與E和回路總電阻(R＋r)有關．對于這一部分內容，要善于把它們和前面“恒定電流”的知識聯(lián)系起來，找出相當于電源的內電路，畫出含有內電路、外電路的等效電路圖，把電磁感應問題轉化為電路問題．.類型二導體切割磁感線產生的感應電動勢

如圖1－4－9所示，有一半徑為R的圓形勻強磁場區(qū)域，磁感應強度為B，一條足夠長的直導線以速度v進入磁場，則從直導線進入磁場至離開磁場區(qū)域的過程中，求(1)感應電動勢的最大值為多少？(2)在這一過程中感應電動勢隨時間變化的規(guī)律如何？(3)從開始運動至經過圓心的過程中導線中的平均感應電動勢為多少？例2.圖1－4－9【精講精析】

(1)由E＝Blv可知，當導體切割磁感線的有效長度l最大時，E最大，又l最大為2R，所以感應電動勢的最大值E＝2BRv...類型三電磁感應中的電路問題把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場中，如圖1－4－10所示．一長度為2a、電阻等于R、粗細均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸，當棒以恒定速度v向右移動，經過圓心O時，求：金屬棒上電流的大小及棒兩端的電壓．例3.圖1－4－10【思路點撥】首先要明確其等效電路，可知棒兩端的電壓為閉合回路的外電壓．求出感應電動勢后，由閉合電路歐姆定律即可求棒上的電流和棒兩端的電壓．..變式訓練(單選)粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖1－4－11所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差絕對值最大的是(

)圖1－4－11...9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如