【學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)】2014-2015學(xué)年高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 粵教版選修3-2

1、學(xué)案4法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，并能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小.2.能夠運(yùn)用EBLv或EBLvsin 計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).3.知道反電動(dòng)勢(shì)的定義和在生產(chǎn)中的應(yīng)用1在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化2磁通量發(fā)生變化的方式：磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化、閉合電路的有效面積S變化、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和閉合電路的有效面積S均變化一、影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素1在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源，而感應(yīng)電流的強(qiáng)弱由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和閉合電路的電阻決定，可以由閉合電路歐姆

2、定律算出3實(shí)驗(yàn)表明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢，用表示二、法拉第電磁感應(yīng)定律1內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比2表達(dá)式：En.其中n為線圈的匝數(shù)、叫磁通量的變化率三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的另一種表述1如圖1所示，直導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLvsin_.為直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向的夾角圖12當(dāng)切割磁感線的導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向垂直時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv.一、法拉第電磁感應(yīng)定律問(wèn)題設(shè)計(jì)1在圖2所示實(shí)驗(yàn)中，以相同速度分別將一根和兩根同向條形磁鐵快速插入或拔出螺線管，靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度有什么不同？可以得出

3、什么結(jié)論？圖2答案將一根條形磁鐵快速插入或拔出螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度??；而以相同速度(即在保證磁通量變化所用時(shí)間相同的情況下)換用兩根同向條形磁鐵快速插入或拔出螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度大由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化所用時(shí)間相同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小與磁通量的變化量有關(guān)，越大，E越大2在圖2所示實(shí)驗(yàn)中，保證磁通量變化量相同，將兩根同向條形磁鐵快速或慢速插入螺線管，靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度有什么不同？可以得出什么結(jié)論？答案將兩根條件磁鐵快速插入螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度大；將兩根條形磁鐵慢速插入螺線管時(shí)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度小由此可以得出結(jié)論：在磁通量變化量相同時(shí)，感應(yīng)

4、電動(dòng)勢(shì)E的大小與磁通量的變化所用的時(shí)間t有關(guān)，t越小，E越大3結(jié)合上面2個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以得到什么結(jié)論？答案實(shí)驗(yàn)表明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)要點(diǎn)提煉1(1)公式En的理解：n為線圈匝數(shù)，總?cè)〗^對(duì)值；叫磁通量的變化率(2)E決定于磁通量的變化率，與、無(wú)關(guān)很大時(shí)，可能很小，也可能很大；0時(shí)，可能不為0.(3)En適用于任何情況下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，但一般用于求t時(shí)間內(nèi)的平均值2常見(jiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式有：(1)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻變化：En·S.(為Bt圖象上某點(diǎn)切線的斜率)(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，線圈面積S均勻變化：EnB·.3產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)

5、于電源如果電路沒(méi)有閉合，這時(shí)雖然沒(méi)有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在二、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖3所示，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，ab以速度v勻速切割磁感線，求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖3答案設(shè)在t時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來(lái)的位置運(yùn)動(dòng)到a1b1，如圖所示，這時(shí)線框面積的變化量為SLvt穿過(guò)閉合電路磁通量的變化量為BSBLvt根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得EBLv.要點(diǎn)提煉1當(dāng)導(dǎo)體平動(dòng)垂直切割磁感線時(shí)，即B、L、v兩兩垂直時(shí)(如圖4所示)EBLv.圖42公式中L指有效切割長(zhǎng)度：即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度圖5圖5甲中的有效切割長(zhǎng)度為：Lsin ；圖

6、乙中的有效切割長(zhǎng)度為：L；圖丙中的有效切割長(zhǎng)度為：沿v1的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，LR；沿v2的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，LR.延伸思考如圖6所示，如果長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與直導(dǎo)線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個(gè)夾角(90°)，則此時(shí)直導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式是什么？圖6答案如圖所示，可以把速度v分解為兩個(gè)分量：垂直于磁感線的分量v1vsin 和平行于磁感線的分量v2vcos .后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EBLv1BLvsin .一、法拉第電磁感應(yīng)定律的理解例1(單選)下列幾種說(shuō)法中正確的是 ()A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大B線圈

7、中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大C線圈放在磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大D線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大解析本題考查對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解，關(guān)鍵是抓住感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通量的變化率成正比感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場(chǎng)的強(qiáng)弱均無(wú)關(guān)系，它由磁通量的變化率決定，故選D.答案D二、公式En的應(yīng)用例2一個(gè)200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與線圈平面成30°角，若磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的變化量是_ Wb；磁通量的平均變化率是_ W

8、b/s；線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是_ V.解析磁通量的變化量為B·Ssin (0.50.1)×20×104×0.5 Wb4×104 Wb磁通量的平均變化率為 Wb/s8×103 Wb/s根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：En200×8×103 V1.6 V.答案4×1048×1031.6例3如圖7甲所示，平行導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌間距d10 cm，導(dǎo)體棒ab、cd放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直每根棒在導(dǎo)軌間的電阻均為R1.0 .用長(zhǎng)為L(zhǎng)20 cm的絕緣絲線將兩棒系住整個(gè)裝置

9、處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，t0的時(shí)刻，磁場(chǎng)方向豎直向下，絲線剛好處于未被拉伸的自然狀態(tài)此后，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化如圖乙所示不計(jì)感應(yīng)電流磁場(chǎng)的影響，整個(gè)過(guò)程絲線未被拉斷求：(1)02.0 s的時(shí)間內(nèi)，電路中感應(yīng)電流的大小與方向；(2)t1.0 s時(shí)，絲線的拉力大小圖7解析(1)由題圖乙可知0.1 T/s由法拉第電磁感應(yīng)定律有ES2.0×103 V則I1.0×103 A由楞次定律可知電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?2)導(dǎo)體棒在水平方向上受絲線拉力和安培力平衡由題圖乙可知t1.0 s時(shí)B0.1 T則FTFABId1.0×105 N.答案(1)1.0×103 A順時(shí)針(2)1

10、.0×105 N三、公式EBLv的應(yīng)用例4試寫出如圖8所示的各種情況下導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式導(dǎo)線長(zhǎng)均為l，速度為v，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，圖(3)、(4)中導(dǎo)線垂直紙面圖8答案(1)E0(2)EBlv(3)E0(4)EBlvcos 1(對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)(單選)穿過(guò)一個(gè)單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2 Wb，則()A線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒增加2 VB線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒減少2 VC線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為2 VD線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為一個(gè)確定值，但由于線圈有電阻，電動(dòng)勢(shì)小于2 V答案C解析由En知：恒定，n1，所以E2 V.2(公式En的應(yīng)用)(雙選)單匝矩形線圈在

11、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)，若線圈所圍面積的磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖9所示，則OD過(guò)程中()圖9A線圈中O時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C線圈中O至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4 VD線圈中O至E時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4 V答案AC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律En，即為t圖象對(duì)應(yīng)時(shí)刻切線的斜率，所以A正確，B錯(cuò)誤；線圈中O至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)n1× V0.4 V所以C正確；而O至E時(shí)間內(nèi)，因0，所以0，所以D錯(cuò)誤3(公式EBLv的應(yīng)用)(單選)如圖10所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中不

12、計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小將()圖10A越來(lái)越大 B越來(lái)越小C保持不變 D無(wú)法確定答案C解析金屬棒做平拋運(yùn)動(dòng)，水平速度不變，且水平速度即為金屬棒垂直切割磁感線的速度，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變題組一對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解1(雙選)將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，下列表述正確的是 ()A感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)B當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能不為零C當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量變化越快時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化量成正比答案BC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)En，即感應(yīng)電動(dòng)

13、勢(shì)與線圈匝數(shù)有關(guān)，故A錯(cuò)誤；同時(shí)可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率有關(guān)，故D錯(cuò)誤；磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，故C正確；當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí)，磁通量的變化率不一定為零，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零故B正確2(單選)關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，下列說(shuō)法正確的是 ()A穿過(guò)閉合電路的磁通量最大時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定最大B穿過(guò)閉合電路的磁通量為零時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零C穿過(guò)閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零D穿過(guò)閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定不為零答案D解析磁通量的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不存在內(nèi)在的聯(lián)系，故A、B錯(cuò)；當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，閉合電路的磁通量一定改

14、變，一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生，有感應(yīng)電流就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故C錯(cuò)，D對(duì)3(雙選)如圖1所示，閉合開(kāi)關(guān)S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用時(shí)0.2 s，第二次用時(shí)0.4 s，并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同，則 ()圖1A第一次線圈中的磁通量變化較快B第一次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大C第二次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大D若斷開(kāi)S，電流表G均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案AB解析兩次磁通量變化相同，第一次時(shí)間短，則第一次線圈中磁通量變化較快，故A正確感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比，磁通量的變化率大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流大故B正確，C錯(cuò)誤斷開(kāi)電鍵，電流表不偏轉(zhuǎn)，故感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)

15、電動(dòng)勢(shì)不為零，故D錯(cuò)誤故選A、B.題組二公式EBLv的應(yīng)用4(單選)如圖2所示的情況中，長(zhǎng)度為l的金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Blv的是 ()圖2A乙和丁 B甲、乙、丁C甲、乙、丙、丁 D只有乙答案B5(雙選)某地的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下，大小為4.5×105 T一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂叮訉?00 m，該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過(guò)設(shè)落潮時(shí)，海水自西向東流，流速為2 m/s.下列說(shuō)法正確的是()A電壓表記錄的電壓為5 mVB電壓表記錄的電壓為9 mVC河南岸的電勢(shì)較高D河北岸的電勢(shì)較高答案BD解析海水在落潮時(shí)自西向東流，該過(guò)程可以理解為：自西向東運(yùn)

16、動(dòng)的導(dǎo)體在切割豎直向下的磁感線根據(jù)右手定則，北岸是正極，電勢(shì)高，南岸電勢(shì)低，所以C錯(cuò)誤，D正確根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律EBLv4.5×105×100×2 V9×103 V，所以A錯(cuò)誤，B正確6(單選)如圖3所示，平行金屬導(dǎo)軌的間距為d，一端跨接一阻值為R的電阻，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向里，一根長(zhǎng)直金屬棒與導(dǎo)軌成60°角放置，且接觸良好，則當(dāng)金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導(dǎo)軌滑行時(shí)，其他電阻不計(jì)，電阻R中的電流為 ()圖3A. B.C. D.答案A解析導(dǎo)線切割磁感線的有效長(zhǎng)度是L，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv，R中的電流為I.聯(lián)

17、立解得I.題組三公式En的應(yīng)用7(單選)下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過(guò)相同的線圈時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大的是 ()答案D解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為Enn，A、B兩種情況磁通量變化量相同，C中最小，D中最大，磁鐵穿過(guò)線圈所用的時(shí)間A、C、D相同且小于B所用的時(shí)間，所以D選項(xiàng)正確8(單選)如圖4所示，半徑為r的n匝線圈套在邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形abcd之外，勻強(qiáng)磁場(chǎng)局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過(guò)正方形面積，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以的變化率均勻變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 ()圖4Ar2 BL2Cnr2 DnL2答案D解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為EnnL2.9(單選)一單匝矩

18、形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)方向垂直先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，在1 s時(shí)間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半先后兩個(gè)過(guò)程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為()A. B1 C2 D4答案B解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E，設(shè)初始時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，線框面積為S0，則第一種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1B0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2B0S0，所以兩種情況下線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，比值為1，故選項(xiàng)B正確10(雙選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t的變化圖象如圖5所示，則()圖5

19、A在t0時(shí)，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大B在t1×102 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C在t2×102 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零D在02×102 s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為零答案BC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知E，故t0及t2×102 s時(shí)刻，E0，A錯(cuò)，C對(duì)t1×102 s，最大，E最大，B對(duì).02×102 s，0，E0，D錯(cuò)11如圖6甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n1000，它的兩個(gè)端點(diǎn)a和b間接有一理想電壓表，線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律如圖乙所示，線圈面積S100 cm2，則Uab_，電壓表示數(shù)為_(kāi) V.圖6答案50 V50解析由Bt圖象可知5 T