人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案4：2 2 法拉第電磁感應(yīng)定律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE12.2法拉第電磁感應(yīng)定律〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.理解并掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大小。2.能夠運用E＝Blv或E＝Blvsinθ計算導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。3.了解動生電動勢的概念，知道導(dǎo)線切割磁感線通過克服安培力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?！贾R梳理〗一、電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動勢(1)定義:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源,閉合導(dǎo)體回路中有感應(yīng)電動勢就有感應(yīng)電流,若導(dǎo)體回路不閉合,則沒有感應(yīng)電流,但仍有感應(yīng)電動勢。2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。(2)公式:E=ΔΦΔt。若閉合電路是一個n匝線圈,公式E=nΔΦ二、導(dǎo)體棒切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1.導(dǎo)線垂直于磁場運動,B、l、v兩兩垂直時,如圖所示,E=Blv。2.導(dǎo)線的運動方向與導(dǎo)線本身垂直,但與磁感線方向夾角為θ時,如圖所示,E=Blvsinθ。

〖要點剖析〗一、電磁感應(yīng)定律1．Φ、ΔΦ與eq\f(ΔΦ,Δt)的比較及感應(yīng)電動勢的大小磁通量Φ磁通量的變化量ΔΦ磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)物理意義某時刻穿過磁場中某個面的磁感線條數(shù)在某一過程中穿過某個面的磁通量的變化量穿過某個面的磁通量變化的快慢大小計算Φ＝BS⊥ΔΦ＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Φ2－Φ1,B·ΔSS·ΔB))eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(|Φ2－Φ1|,Δt),B·\f(ΔS,Δt),\f(ΔB,Δt)·S))注意若穿過某個面有方向相反的磁場，則不能直接用Φ＝BS計算。應(yīng)考慮相反方向的磁通量或抵消以后所剩余的磁通量開始和轉(zhuǎn)過180°時平面都與磁場垂直,則穿過平面的磁通量是不同的,一正一負(fù),ΔΦ＝2BS,而不是0既不表示磁通量的大小,也不表示變化的多少。在Φ-t圖像中,可用圖線的斜率表示特別提醒：（1）Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小沒有直接關(guān)系，這一點可與運動學(xué)中v，△v（2）Φ、ΔΦ、ΔΦΔt2．磁通量發(fā)生變化有三種方式（1）B不變，S變化，則eq\f(ΔΦ,Δt)＝B·eq\f(ΔS,Δt)；（2）B改變，S不變，則eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·S；（3）B、S變化，則eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(|Φ1－Φ2|,Δt)。3．平均感應(yīng)電動勢由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)可求得平均感應(yīng)電動勢，通過閉合電路歐姆定律可求得電路中的平均電流I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(nΔΦ,Δt·(R＋r))，通過電路中導(dǎo)體橫截面的電荷量Q＝IΔt＝neq\f(ΔΦ,R＋r)。

二、導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢如圖：勻強磁場磁感應(yīng)強度為B，金屬軌道寬度為L，金屬棒垂直切割速度為v。Δt時間內(nèi)軌道與金屬棒所圍面積內(nèi)磁通量的變化量為：ΔΦ=BΔs=BvΔtLE=ΔΦ/Δt=BvΔtL/Δt=BLv即：公式：E=BLv(適用于勻強磁場，B⊥v)若B與v有夾角θ如圖。BBv2v1v11 分解v，或分解B與B平行的分量v2=vcosθ，沒有切割磁感線，不產(chǎn)生電動勢與B垂直的分量v1=vsinθ，切割磁感線產(chǎn)生電動勢E=BLvsinθ結(jié)論：導(dǎo)體切割磁感線時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，跟磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)線長度L、運動速度v以及運動方向和磁感應(yīng)強度方向的夾角θ的正弦sinθ成正比。公式：E=BLvsinθ注意：①這是法拉第電磁感應(yīng)定律的第一個推論。②公式中v為導(dǎo)體棒和磁場的相對運動速度。③公式中的單位分別是：V，T，m。m/s1V＝lT×1m×1m/s一段導(dǎo)線在做切割磁感線的運動時相當(dāng)于一個電源，通過上面的分析可以看到，這時的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)。在圖中，由于導(dǎo)體棒運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電路中有電流通過，導(dǎo)體棒在運動過程中會受到安培力的作用?？梢耘袛啵才嗔Φ姆较蚺c推動導(dǎo)體棒運動的力的方向是相反的。這時即使導(dǎo)體棒做勻速運動，推力也做功。如果沒有推力的作用，導(dǎo)體棒將克服安培力做功而消耗本身的機械能。如果感應(yīng)電動勢是由于導(dǎo)體運動而產(chǎn)生的，它也叫作動生電動勢。感應(yīng)電動勢的三個表達式對比：表達式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)E＝BlvE＝eq\f(1,2)Bl2ω情景圖研究對象回路(不一定閉合)一段直導(dǎo)線(或等效成直導(dǎo)線)繞一端轉(zhuǎn)動的導(dǎo)體棒意義一般求平均感應(yīng)電動勢，當(dāng)Δt→0時求的是瞬時感應(yīng)電動勢一般求瞬時感應(yīng)電動勢，當(dāng)v為平均速度時求的是平均感應(yīng)電動勢用平均值法求瞬時感應(yīng)電動勢適用條件所有磁場勻強磁場勻強磁場〖典例精析〗例1(多選)如圖甲所示線圈的匝數(shù)n=100,橫截面積S=50cm2,線圈總電阻r=10Ω,沿軸向有勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示規(guī)律變化,則在開始的0.1s內(nèi)()A.磁通量變化量的大小為0.25WbB.磁通量的變化率為2.5×10-2Wb/sC.a、b間電壓為零D.在a、b間接一個理想電流表時,電流表的示數(shù)為0.25A例2如圖所示,MN、PQ為兩條平行放置的金屬導(dǎo)軌,左端接有定值電阻R,金屬棒ab斜放在兩導(dǎo)軌之間,與導(dǎo)軌接觸良好,磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面,設(shè)金屬棒與兩導(dǎo)軌接觸點之間的距離為l,金屬棒與導(dǎo)軌間夾角為60°,以速度v水平向右勻速運動,不計導(dǎo)軌和棒的電阻,則流過金屬棒中的電流為()A.I=BlvR B.I=3Blv2R C.I=Blv2例3長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示,磁感應(yīng)強度為B。求:(1)ab棒的平均速率。(2)ab兩端的電勢差。(3)經(jīng)時間Δt金屬棒ab所掃過面積中磁通量為多少?此過程中平均感應(yīng)電動勢多大?

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁例1〖答案〗BD〖解析〗通過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān),若設(shè)Φ2=B2S為正,則線圈中磁通量的變化量為ΔΦ=B2S-(-B1S),代入數(shù)據(jù)即ΔΦ=(0.1+0.4)×50×10-4Wb=2.5×10-3Wb,A錯誤;磁通量的變化率ΔΦΔt=2.5×10-30.1Wb/s=2.5×10-2Wb/s,B正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)a、b間斷開時,其間電壓等于線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電動勢大小為E=nΔΦΔt=2.5V且恒定,C錯誤;在a、b例2〖答案〗B〖解析〗B與l、B與v是相互垂直的,但l與v不垂直,故l垂直于v的長度lsinθ即為有效切割長度,所以E=Blvsin60°=32Blv,由歐姆定律I=ER得I=3Blv2例3〖答