新教材2025版高中物理第二章電磁感應(yīng)及其應(yīng)用2.法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)生用書教科版選擇性必修第二冊

2.法拉第電磁感應(yīng)定律課標要求1．理解并駕馭法拉第電磁感應(yīng)定律，能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的大?。?．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．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．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、感應(yīng)電動勢1．定義：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生了變更，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這說明電路中肯定存在一種由________產(chǎn)生的電動勢，這種電動勢叫作感應(yīng)電動勢．2．特點：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，若閉合導(dǎo)體回路中有感應(yīng)電流，電路就肯定有感應(yīng)電動勢；假如回路________，只要穿過回路的________發(fā)生變更，雖然沒有感應(yīng)________產(chǎn)生，但感應(yīng)________依舊存在．二、電磁感應(yīng)定律1．磁通量的變更率磁通量的變更率表示________變更的快慢，用________表示，其中ΔΦ表示磁通量的變更量，Δt表示磁通量發(fā)生變更所用的時間．2．法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的________成正比．(2)公式：E＝ΔΦΔ若閉合電路是一個匝數(shù)為n的線圈，則E＝________．(3)在國際單位制中，磁通量的單位是________，感應(yīng)電動勢的單位是________．三、導(dǎo)線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，如圖甲所示，E＝________．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α?xí)r，如圖乙所示，E＝________．[導(dǎo)學(xué)1]感應(yīng)電動勢的方向還是用楞次定律和右手定則推斷，感應(yīng)電動勢方向與電源內(nèi)部感應(yīng)電流的方向相同．[導(dǎo)學(xué)2](1)E＝nΔΦΔt可理解為n個感應(yīng)電動勢為(2)利用E＝nΔΦΔt求得的是感應(yīng)電動勢在[導(dǎo)學(xué)3]E＝BLvsinα有兩種理解：E＝BL(vsinα)＝(Bsinα)Lv，即可分解速度，也可分解磁感應(yīng)強度．關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，在將條形磁體從同一高度插入線圈的試驗中：(1)電流表指針偏轉(zhuǎn)說明回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，誰是電源呢？(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系？歸納總結(jié)1.理解公式E＝nΔΦ(1)感應(yīng)電動勢E的大小取決于穿過電路的磁通量的變更率ΔΦΔt，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必定的關(guān)系，與電路的電阻R無關(guān)；感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動勢E和回路總電阻(2)磁通量的變更率ΔΦΔt，是Φ-(3)E＝nΔΦΔt只表示感應(yīng)電動勢的大小，不涉及其正負，計算時ΔΦ(4)磁通量發(fā)生變更有三種方式①B不變，S變更，則ΔΦΔt＝B②B變更，S不變，則ΔΦΔt＝Δ③B、S變更，則ΔΦΔt＝2．由E＝nΔΦΔt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＝ER+r，通過電路中導(dǎo)體橫截面的電荷量q＝I·Δt＝3．留意：對于磁通量的變更量和磁通量的變更率來說，穿過一匝線圈和穿過n匝線圈是一樣的，而感應(yīng)電動勢則不一樣，感應(yīng)電動勢與匝數(shù)成正比．典例示范例1(多選)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時間變更的勻強磁場，其邊界如圖(a)中虛線MN所示．一硬質(zhì)細導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心O在MN上．t＝0時磁感應(yīng)強度的方向如圖(a)所示；磁感應(yīng)強度B隨時間t的變更關(guān)系如圖(b)所示．則在t＝0到t＝t1的時間間隔內(nèi)()A．圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B．圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時針方向C．圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為BD．圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢大小為B素養(yǎng)訓(xùn)練1一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直．先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強度在1s時間內(nèi)勻稱地增大到原來的兩倍．接著保持增大后的磁感應(yīng)強度不變，在1s時間內(nèi)，再將線框的面積勻稱地減小到原來的一半．先后兩個過程中，線框中感應(yīng)電動勢的比值為()A．12素養(yǎng)訓(xùn)練2(多選)單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量Φ隨時間t變更的圖像如圖所示，圖線為正弦曲線的一部分，則()A．在t＝0時刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大B．在t＝1×10－2s時刻，感應(yīng)電動勢最大C．在t＝2×10－2s時刻，感應(yīng)電動勢為零D．在0～2×10－2s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動勢的平均值為零思維方法綜合法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，對于面積肯定的線圈，不管磁場的方向如何變更，只要磁感應(yīng)強度B隨時間t勻稱變更，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小和方向均保持不變．所以在B-t圖像中，假如圖像為一條傾斜直線，不管圖線在時間軸上方還是下方，整個過程感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為恒量．探究點二對公式E＝BLv的理解和應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究在Δt時間內(nèi)可動部分由原來的位置ab移到a1b1，這時線框的面積變更量ΔS＝LvΔt，穿過閉合電路的磁通量的變更量ΔΦ＝BΔS＝BLvΔt，代入公式E＝ΔΦΔt中，得到E＝歸納總結(jié)1.對公式E＝Blv的理解(1)當(dāng)B、l、v三個量方向相互垂直時，E＝Blv；當(dāng)有隨意兩個量的方向平行時，E＝0.(2)式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時的有效長度．若切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的，則應(yīng)取其與B和v方向都垂直的等效線段長度來計算．如圖中線段ab的長即為導(dǎo)線切割磁感線的有效長度．(3)公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場的相對速度，當(dāng)導(dǎo)線不動而磁場運動時，也有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生．2．導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線時的感應(yīng)電動勢如圖所示，長為l的導(dǎo)體棒ab以a為圓心，以角速度ω在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，其感應(yīng)電動勢可從兩個角度推導(dǎo)．(1)棒上各點速度不同，其平均速度v＝12ωl，由E＝Blv得棒上感應(yīng)電動勢大小為E＝Bl·12ωl＝12Bl(2)若經(jīng)時間Δt，棒掃過的面積為ΔS＝πl(wèi)2ω·Δt2π＝12l2ω·Δt，磁通量的變更量ΔΦ＝B·ΔS＝12Bl2ω·Δt，由E＝ΔΦΔt得棒上感應(yīng)電動勢大小為典例示范例2如圖所示，水平放置的兩平行金屬導(dǎo)軌相距L＝0.50m，左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應(yīng)強度B＝0.40T的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面對下，導(dǎo)體棒ac垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽視不計．當(dāng)ac棒以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：(1)ac棒中感應(yīng)電動勢的大小；(2)回路中感應(yīng)電流的大小；(3)維持ac棒做勻速運動的水平外力的大?。仞B(yǎng)訓(xùn)練3如圖所示，PQRS為一正方形導(dǎo)線框，它以恒定速度向右進入以MN為邊界的勻強磁場，磁場方向垂直線框平面對里，MN與線框的QR邊成45°角，E、F分別是PS邊和PQ邊的中點．關(guān)于線框中的感應(yīng)電流，正確的說法是()A．當(dāng)E點經(jīng)過邊界MN時，線框中感應(yīng)電流最大B．當(dāng)P點經(jīng)過邊界MN時，線框中感應(yīng)電流最大C．當(dāng)F點經(jīng)過邊界MN時，線框中感應(yīng)電流最大D．當(dāng)Q點經(jīng)過邊界MN時，線框中感應(yīng)電流最大素養(yǎng)訓(xùn)練4(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示．銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸．圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中．圓回旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是()A．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定B．若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流淌C．若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變更，則電流方向可能發(fā)生變更D．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍思維方法感應(yīng)電動勢的三個表達式對比表達式E＝nΔΦE＝BlvE＝12Bl2情景圖探討對象回路(不肯定閉合)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)電動勢適用條件全部磁場勻強磁場勻強磁場隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1．閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一閉合電路的下列哪個物理量成正比()A．磁通量B．磁感應(yīng)強度C．磁通量的變更率D．磁通量的變更量2.如圖所示，條形磁鐵位于線圈的軸線上，下列過程中，能使線圈中產(chǎn)生最大感應(yīng)電動勢的是()A．條形磁鐵沿軸線緩慢插入線圈B．條形磁鐵沿軸線快速插入線圈C．條形磁鐵在線圈中保持相對靜止D．條形磁鐵沿軸線從線圈中緩慢拔出3.如圖所示，一金屬彎桿處在磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面對里的勻強磁場中，已知ab＝bc＝L.當(dāng)它以速度v向右平動時，a、c兩點間的電勢差的肯定值為()A．BLvB．BLvsinθC．BLvcosθD．BLv(1＋sinθ)4.夏天將到，在北半球，當(dāng)我們抬頭觀看教室內(nèi)的電扇時，發(fā)覺電扇正在逆時針轉(zhuǎn)動．金屬材質(zhì)的電扇示意圖如圖所示，由于地磁場的存在，下列關(guān)于A、O兩點的電勢及電勢差的說法正確的是()A．A點電勢比O點電勢高B．A點電勢比O點電勢低C．A點電勢等于O點電勢D．扇葉長度越短，轉(zhuǎn)速越快，A、O兩點間的電勢差數(shù)值越大5．如圖甲所示，在一個正方形金屬線圈區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強度B隨時間變更的勻強磁場，磁場的方向與線圈平面垂直．金屬線圈所圍的面積S＝200cm2，匝數(shù)n＝1000，線圈電阻r＝2.0Ω.線圈與電阻R構(gòu)成閉合回路，電阻的阻值R＝8.0Ω.勻強磁場的磁感應(yīng)強度隨時間變更的狀況如圖乙所示，求：(1)t1＝2.0s時線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小；(2)在t1＝2.0s時通過電阻R的感應(yīng)電流的大小和方向；(3)在t2＝5.0s時刻，線圈端點a、b間的電壓．2．法拉第電磁感應(yīng)定律必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．電磁感應(yīng)2．沒有閉合磁通量電流電動勢二、1．磁通量ΔΦ2．(1)變更率(2)nΔΦΔ三、1．BLv2．BLvsinα關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)有磁通量變更的線圈．(2)由閉合電路歐姆定律知I＝ER+r，當(dāng)電路的總電阻肯定時，E感越大，I感【典例示范】例1解析：依據(jù)楞次定律可知在0～t0時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度減小，感應(yīng)電流的方向為順時針，圓環(huán)所受安培力水平向左，在t0～t1時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度反向增大，感應(yīng)電流的方向為順時針，圓環(huán)所受安培力水平向右，A錯誤，B正確；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝ΔΦΔt＝12πr2·B0t0＝B0πr22t答案：BC素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝nΔΦΔt，設(shè)線框匝數(shù)為n，面積為S0，初始時刻磁感應(yīng)強度為B0，則第一種狀況下的感應(yīng)電動勢為E1＝n2B0-B0S01＝nB0S0；其次種狀況下的感應(yīng)電動勢為E答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝ΔΦΔt，故t＝0及t＝2×10－2s時刻，E＝0，A錯誤，C正確；t＝1×10－2s時，E最大，B正確；0～2×10－2s時間內(nèi)，ΔΦ≠0，則答案：BC探究點二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：B、L、v三個量方向必需兩兩垂直．【典例示范】例2解析：(1)ac棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為E＝BLv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)回路中感應(yīng)電流的大小為I＝ER＝0.80由右手定則知，ac棒中的感應(yīng)電流由c流向a.(3)ac棒受到的安培力大小為F安＝BIL＝0.40×4.0×0.50N＝0.80N，由左手定則知，安培力方向向左．由于導(dǎo)體棒勻速運動，水平方向受力平衡，則F外＝F安＝0.80N，方向水平向右．答案：(1)0.80V(2)4.0A(3)0.80N素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：當(dāng)P點經(jīng)過邊界MN時，切割磁感線的有效長度最大，此時感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流也最大．答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：由右手定則知，圓盤按如題圖所示的方向轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)電流沿a到b的方向流淌，選項B正確；由感應(yīng)電動勢E＝12Bl2ω知，角速度恒定時，感應(yīng)電動勢恒定，電流大小恒定，選項A正確；角速度大小變更，感應(yīng)電動勢大小變更，但感應(yīng)電流方向不變，選項C錯誤；若ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則感應(yīng)電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，感應(yīng)電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝I2R知，感應(yīng)電流在R答案：AB隨堂演練·自主檢測1．解析：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律表達式E＝nΔΦΔt知，閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變更率成正比，而與磁通量Φ、磁感應(yīng)強度B、磁通量的變更量Δ答案：C2．解析：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢與磁通量的變更率成正比，磁通量變更越快，感應(yīng)電動勢越大，條形磁鐵在線圈中保持相對靜止，無感應(yīng)電動勢，故選B.答案：B3．解析：公式E＝Blv中的l應(yīng)指導(dǎo)體切割磁感線的有效長度，也就是與磁感應(yīng)強度B和速度v都垂直的長度，因此該金屬彎桿的有效切割長度為Lsinθ，故感應(yīng)電動勢大小為BLvsinθ，B正確．答案：B4．解析：因北半球地磁場方向斜向下(有效磁場豎直向下)，電風(fēng)扇逆時針方向轉(zhuǎn)動，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，依據(jù)右手定則知，A點相當(dāng)于電源的正極，O點相當(dāng)于電源的負極，所以A點的電勢高于O點的電勢，A正確，B、C錯誤；轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E＝12Bl2ω，則知扇葉長度越短，轉(zhuǎn)速越快，感應(yīng)電動勢不肯定越大，A、O答案：A5．解析：