高中物理 1.4 法拉第電磁感應(yīng)定律 粵教選修32

第四節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律.課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的概念．2.理解和掌握確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的一般規(guī)律——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?。?.能夠運(yùn)用E＝BLv或E＝BLvsinθ計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．.重點(diǎn)難點(diǎn)：.課前自主學(xué)案一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在___________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于_______．電磁感應(yīng)電源.思考感悟1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，就一定有感應(yīng)電流，這句話對(duì)嗎？為什么？提示：不對(duì)，不管電路是否閉合，只要穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定存在感應(yīng)電流(要看電路是否閉合)，有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．.二、影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素1．實(shí)驗(yàn)探究(1)猜想與假設(shè)：由于感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁通量的變化有關(guān)，因此猜想感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能與______________有關(guān)，同時(shí)還可能與完成磁通量變化所用________有關(guān)．磁通量的變化時(shí)間圖1－4－1.(2)方案設(shè)計(jì)：由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能與多個(gè)因素有關(guān)，因此應(yīng)利用____________法分別改變磁通量的大小和磁通量變化所用的時(shí)間．控制變量.(3)實(shí)驗(yàn)探究：保證磁通量變化所用時(shí)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(jì)的指針偏轉(zhuǎn)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(jì)的指針偏轉(zhuǎn)的角度．.(4)實(shí)驗(yàn)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(shí)靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)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(jì)的指針偏轉(zhuǎn)的角度_______．(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化的_______

(磁通量的變化率)有關(guān)．大大快慢.2．磁通量的變化率(1)定義：磁通量的_________跟產(chǎn)生這個(gè)變化所用時(shí)間的比值．(2)表達(dá)式：磁通量的變化率表示為_(kāi)_______，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(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)這一電路的磁通量的________成正比．2．表達(dá)式：(1)在國(guó)際單位制中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(gè)單匝線圈串聯(lián)而成，因此，整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)中，電路所在平面與磁場(chǎng)方向垂直，那么，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度很大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能為零嗎？當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能很大嗎？提示：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的另一種表述1．磁場(chǎng)方向、導(dǎo)體棒與導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向三者兩兩垂直時(shí)，如圖1－4－2所示，E＝________.BLv圖1－4－2.2．導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)方向垂直，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體本身垂直，但與磁場(chǎng)方向夾角為θ時(shí)，如圖1－4－3所示，E＝____________.BLvsinθ圖1－4－3.核心要點(diǎn)突破一、Φ、ΔΦ、的比較....即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．(單選)下列說(shuō)法正確的是(

)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．線圈處在磁場(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．線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大.....圖1－4－4..即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)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(guò)某直徑的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場(chǎng)方向重合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，求金屬圓環(huán)由圖示位置分別轉(zhuǎn)過(guò)30°角和由30°角轉(zhuǎn)到330°角的過(guò)程中，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是多大？圖1－4－5...三、公式E＝n與E＝BLvsinθ的對(duì)比理解E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E與某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置相對(duì)應(yīng)求的是Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E與某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程相對(duì)應(yīng)求的是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零求的是回路中一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).E＝nE＝BLvsinθ區(qū)別由于是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此電源部分不容易確定由于是一部分導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該部分就相當(dāng)于電源聯(lián)系公式E＝n和E＝BLvsinθ是統(tǒng)一的，當(dāng)Δt→0時(shí)，E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，只是由于高中數(shù)學(xué)知識(shí)所限，現(xiàn)在還不能這樣求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而公式E＝BLvsinθ中的v若代入，則求出的E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)3.(單選)如圖1－4－6所示，空間內(nèi)存在一豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一金屬棒ab垂直于磁場(chǎng)方向水平拋出，有關(guān)其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和兩端電勢(shì)的高低，以下說(shuō)法中正確的是(

)圖1－4－6.A．運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不變，φa>φbB．運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不變，φa<φbC．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大，φa>φbD．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大，φa<φb解析：選A.因?yàn)樗椒较虻乃俣葲](méi)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(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不變，又由右手定則可判斷a端電勢(shì)高，故A正確．.四、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問(wèn)題1．分析思路在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．若回路閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流引起熱效應(yīng)等，所以電磁感應(yīng)問(wèn)題常與電路知識(shí)綜合考查．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法是：.(1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)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(yīng)定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，用楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向．(3)畫(huà)等效電路圖．分清內(nèi)外電路，畫(huà)出等效電路圖是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵．(4)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解．..特別提醒：(1)求解電路問(wèn)題首先要找出電源，確定內(nèi)電路和外電路，解題時(shí)不能忽略?xún)?nèi)阻．(2)求解電路中通過(guò)的電荷量，一定要用平均電動(dòng)勢(shì)和平均電流計(jì)算．.即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)4．如圖1－4－7甲所示，一個(gè)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(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示．圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導(dǎo)線的電阻不計(jì)．求0至t1時(shí)間內(nèi)(1)通過(guò)電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過(guò)電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．.圖1－4－7...課堂互動(dòng)講練類(lèi)型一法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)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(xì)相同，由同樣材料的導(dǎo)線構(gòu)成，連接兩環(huán)的導(dǎo)線電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終以恒定的變化率變化，那么，當(dāng)只有a環(huán)置于磁場(chǎng)中與只有b環(huán)置于磁場(chǎng)中兩種情況下，A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差之比為(

)例1.A．1∶1

B．2∶1C．3∶1D．4∶1【思路點(diǎn)撥】

解決本題應(yīng)確定圓環(huán)a和b誰(shuí)在磁場(chǎng)中，誰(shuí)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而作為電源，分清內(nèi)外電路，以便利用閉合電路歐姆定律解決問(wèn)題．圖1－4－8.【精講精析】要求A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差之比，實(shí)際是求題述兩種情況下外電路電壓之比，即：設(shè)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(dāng)a環(huán)置于磁場(chǎng)中時(shí)，a環(huán)等效為內(nèi)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(yīng)定律.【答案】

B.【方法總結(jié)】

(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向：在內(nèi)電路中，電動(dòng)勢(shì)的方向是由電源的負(fù)極指向電源的正極，跟內(nèi)電路的電流方向一致．產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電流方向，就是電源內(nèi)部的電流方向，所以此電流方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向．判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向后，進(jìn)而可判定電路中各點(diǎn)電勢(shì)的高低．.(2)感應(yīng)電流的大小與E和回路總電阻(R＋r)有關(guān)．對(duì)于這一部分內(nèi)容，要善于把它們和前面“恒定電流”的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，找出相當(dāng)于電源的內(nèi)電路，畫(huà)出含有內(nèi)電路、外電路的等效電路圖，把電磁感應(yīng)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為電路問(wèn)題．.類(lèi)型二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

如圖1－4－9所示，有一半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一條足夠長(zhǎng)的直導(dǎo)線以速度v進(jìn)入磁場(chǎng)，則從直導(dǎo)線進(jìn)入磁場(chǎng)至離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，求(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為多少？(2)在這一過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如何？(3)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至經(jīng)過(guò)圓心的過(guò)程中導(dǎo)線中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少？例2.圖1－4－9【精講精析】

(1)由E＝Blv可知，當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度l最大時(shí)，E最大，又l最大為2R，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E＝2BRv...類(lèi)型三電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖1－4－10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)棒以恒定速度v向右移動(dòng)，經(jīng)過(guò)圓心O時(shí)，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(diǎn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(xùn)練(單選)粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如圖1－4－11所示，則在移出過(guò)程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是(

)圖1－4－11...9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)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(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)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(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:09:28PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)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(duì)圓滿(mǎn)，留一份不足，可得無(wú)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(jiān)強(qiáng)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(mén)九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書(shū)如