《法拉第電磁感應(yīng)定律》導(dǎo)學(xué)案

1、課時(shí)4.3法拉第電磁感應(yīng)定律1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念,進(jìn)一步理解磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量。2.理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式,會(huì)應(yīng)用它解答有關(guān)問(wèn)題。3.知道公式E=Blvsin 的推導(dǎo)方法,及其與E=nt的區(qū)別,會(huì)應(yīng)用其解決有關(guān)問(wèn)題。1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于閉合電路中的電源。即便電路不閉合,沒(méi)有感應(yīng)電流,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在。2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式為E=(單匝線圈)。(2)對(duì)于匝數(shù)為n的線圈,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=。3.導(dǎo)線垂直切

2、割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)如圖甲所示,當(dāng)長(zhǎng)度為l的直導(dǎo)線垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)線垂直磁感線做速度為v的平動(dòng),切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv。甲乙(2)導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)方向垂直,導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體棒本身垂直,但與磁場(chǎng)方向夾角為時(shí),如圖乙所示,E=Blvsin 。4.反電動(dòng)勢(shì)電路中的電動(dòng)機(jī)在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)又產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而且它總是阻礙(填“促進(jìn)”或“阻礙”)通過(guò)其中的電流,削弱(填“增強(qiáng)”或“削弱”)電源電動(dòng)勢(shì)的作用,故稱之為反電動(dòng)勢(shì)。主題1:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)概念的建立如圖所示,開(kāi)關(guān)K均閉合,甲圖中的電流表指針偏轉(zhuǎn);乙圖中的條形磁鐵插入線圈時(shí)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn),表

3、明回路中有電流。甲圖中產(chǎn)生的是恒定電流,乙圖中產(chǎn)生的是感應(yīng)電流。由恒定電流的知識(shí)可知,閉合電路中有電流,電路中必有電源。對(duì)比甲、乙兩圖,乙圖的電源在哪里?畫(huà)出乙圖的等效電路。主題2:探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素(重點(diǎn)探究)(1)利用如圖所示的裝置,將條形磁鐵插入線圈中,注意觀察電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況。同一條形磁鐵從同一位置以不同的速度先后兩次插入線圈中,兩次插入過(guò)程穿過(guò)線圈的磁通量變化是否相同?所用時(shí)間是否相同?電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度是否相同?偏轉(zhuǎn)角度的大小說(shuō)明什么?若用兩個(gè)磁性強(qiáng)弱不同的條形磁鐵分別從同一位置以相同的速度插入線圈中,上述情況又如何?(2)按如圖所示裝置連接電路,注意觀察電流計(jì)指針的

4、偏轉(zhuǎn)情況,回答下列問(wèn)題。將滑動(dòng)變阻器的滑片以大小不同的速度從一側(cè)滑至另一側(cè),滑片在兩次滑動(dòng)過(guò)程中,穿過(guò)線圈B的磁通量變化是否相同?所用時(shí)間是否相同?電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度是否相同?偏轉(zhuǎn)角度的大小說(shuō)明什么?滑動(dòng)變阻器的滑片處于右端時(shí)將開(kāi)關(guān)斷開(kāi),電流計(jì)指針會(huì)偏轉(zhuǎn);滑動(dòng)變阻器的滑片從右端快速移動(dòng)到左端,電流計(jì)指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)。兩次電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度大小情況如何?請(qǐng)說(shuō)明其中的原因。(3)根據(jù)以上兩組實(shí)驗(yàn),分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)。主題3:導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,矩形線框abcd由圖示位置(虛線)在外力作用下移到abcd位置。在外力作用下讓線框兩次從同一位置

5、分別以不同的速度運(yùn)動(dòng)到abcd位置,兩次電流計(jì)指針偏角是否相同?偏角大小說(shuō)明什么?主題4:反電動(dòng)勢(shì)閱讀教材中“反電動(dòng)勢(shì)”內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)反電動(dòng)勢(shì)的作用是什么?(2)在含電動(dòng)機(jī)的直流電路中,如圖所示,為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)(可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng))和電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)其電流有什么不同?1.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),下列說(shuō)法正確的是()。A.穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也一定為零B.穿過(guò)線圈的磁通量不為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也一定不為零C.穿過(guò)線圈的磁通量變化得越快,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D.穿過(guò)線圈的磁通量變化得越多,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大2.如圖所示,一金屬?gòu)潡U處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻

6、強(qiáng)磁場(chǎng)中,已知ab=bc=L,當(dāng)它以速度v向右平動(dòng)時(shí),a、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為()。A.BLvB.BLvsin C.BLvcos D.BLv(1+sin )3.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)接有電容器的導(dǎo)線回路,如圖所示,已知電容C=30 F,回路中的長(zhǎng)和寬分別為l1=5 cm、l2=8 cm,磁場(chǎng)以510-2 T/s的速度均勻增強(qiáng),則()。A.電容器上極板帶正電,帶電荷量為210-9 CB.電容器上極板帶負(fù)電,帶電荷量為 410-9 CC.電容器上極板帶正電,帶電荷量為610-9 CD.電容器上極板帶負(fù)電,帶電荷量為810-9 C4.如圖所示,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)

7、局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過(guò)正方形區(qū)域。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以Bt的變化率均勻變化時(shí),線圈中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的大小為。拓展一、對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律E=nt的應(yīng)用1.如圖甲所示的螺線管,匝數(shù)n=1500,橫截面積S=20 cm2,電阻r=1.5 ,與螺線管串聯(lián)的外電阻R1=3.5 ,R2=2.5 。方向向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)螺線管,其磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化。求:(1)螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。(2)通過(guò)螺線管的電流大小和方向。(3)螺線管兩端的電壓大小,并判斷M、P兩端電勢(shì)的高低。拓展二、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題2.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的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻

8、強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖所示,一長(zhǎng)度為2a、電阻等于R、粗細(xì)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(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí),求:(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN。(2)圓環(huán)消耗的熱功率和在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率。參考答案課時(shí)4.3法拉第電磁感應(yīng)定律知識(shí)體系梳理感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電源感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化率tntBlvBlvsin 阻礙削弱重點(diǎn)難點(diǎn)探究主題1:由于線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),所以乙圖中的線圈相當(dāng)于電源。乙圖的等效電路如丙圖所示。主題2:(1)兩次插入過(guò)程穿過(guò)線圈的磁通量變化相同,所用時(shí)間不同,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度不同。將條形磁鐵快速插入線圈過(guò)程中指針偏轉(zhuǎn)角度較大

9、,這說(shuō)明磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大。磁通量變化量不相同,所用時(shí)間相同,電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度不同。磁性強(qiáng)的條形磁鐵插入線圈中,指針偏轉(zhuǎn)角度較大,這說(shuō)明磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大。(2)由于初末狀態(tài)線圈A中電流相同,所以穿過(guò)線圈B的磁通量變化相同;所用時(shí)間不同,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度不同?？焖僖苿?dòng)滑片過(guò)程中指針偏轉(zhuǎn)角度較大,這說(shuō)明磁通量變化越快,產(chǎn)生的電流越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)程,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度較大,因?yàn)檫@種情況下線圈B中的磁通量變化很大,而所用時(shí)間更短,磁通量變化就更快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)更大。(3)通過(guò)主題2中的兩組

10、實(shí)驗(yàn)可知,當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量變化量與時(shí)間之比越大,即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化越多,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。主題3:兩次電流計(jì)指針偏角不相同,線框快速由abcd運(yùn)動(dòng)到abcd時(shí)偏角大;偏角大小說(shuō)明ab切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與速度有關(guān)。主題4:(1)反電動(dòng)勢(shì)有總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用。(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí),由于電動(dòng)機(jī)還沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng),故其電流大小I=Ur;當(dāng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí),由于反電動(dòng)勢(shì)的存在,其電流大小IUr?；A(chǔ)智能檢測(cè)1.C2.B3.C4.nL2Bt全新視角拓展1.(1)6 V(2)0.8 AMacbPM(3)4.8 VM端電勢(shì)高【解析】(1)由B-t圖象知,磁感

11、應(yīng)強(qiáng)度的變化率k=Bt= 6-22 T/s=2 T/s由E=nt=nSBt得螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=15002010-42 V=6 V。(2)由楞次定律判斷,當(dāng)B隨時(shí)間增大時(shí),穿過(guò)螺線管的磁通量增加,因此感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向左。再由安培定則知,感應(yīng)電流方向?yàn)镸acbPM根據(jù)I=ER+r,得I=Er+R1+R2=61.5+3.5+2.5 A=0.8 A。(3)由電流方向知,M端電勢(shì)高,螺線管兩端的電壓即是電源的路端電壓,也是電阻R1、R2兩端的電壓之和,所以UMP=I(R1+R2)=0.8(3.5+2.5) V=4.8 V。2.(1)4Bav3R,方向從N流向M23Bav(2)8B2a2v29R8B2a2v23R【解析】(1)把切割磁感線的金屬棒看成一個(gè)內(nèi)阻為R、電源電動(dòng)勢(shì)為E的電源,兩個(gè)半圓環(huán)看成兩個(gè)并聯(lián)電阻,畫(huà)出等