高中物理 第四章 電磁感應 4.4 法拉第電磁感應定律1學案新人教版選修3-2

1、4.4 法拉第電磁感應定律【學習目標】1.理解和掌握法拉第電磁感應定律，并能應用于計算感應電動勢的大小.2.能夠運用EBlv或EBlvsin 計算導體切割磁感線時的感應電動勢.3.知道反電動勢的定義和在生產(chǎn)中的應用一、法拉第電磁感應定律問題設計關于教材第2節(jié)“探究感應電流的產(chǎn)生條件”中的幾個演示實驗，思考下列問題：(1)在實驗中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么？(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)角度大小跟感應電動勢的大小有什么關系？(3)在圖1中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？圖1要點提煉1內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的 成正比2公式：En，其中n為 ，總是取

2、 一般用來求t時間內(nèi)感應電動勢的 3對法拉第電磁感應定律的理解(1)磁通量的變化率和磁通量 (填“有”或“沒有”)直接關系很大時，可能很小，也可能很大；0時，可能不為0.(2) E有兩種常見形式：線圈面積S不變，磁感應強度B均勻變化：EnS；磁感應強度B不變，線圈面積S均勻變化：EnB.(其中是t圖象上某點切線的 . 為Bt圖象上某點切線的 )(3)產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于 如果電路沒有閉合，這時雖然沒有 ，但電動勢依然存在二、導線切割磁感線時的感應電動勢問題設計如圖2所示，閉合電路一部分導體ab處于勻強磁場中，磁感應強度為B，ab的有效長度為l，ab以速度v勻速切割磁感線，求回路中產(chǎn)

3、生的感應電動勢圖2要點提煉1當導體平動 切割磁感線，即B、l、v兩兩垂直時(如圖3所示)，EBlv.圖32公式中l(wèi)指 ：即導體在與v垂直的方向上的投影長度圖4圖4甲中的有效切割長度為：lsin ；圖乙中的有效切割長度為：l；圖丙中的有效切割長度為：沿v1的方向運動時，lR；沿v2的方向運動時，l .延伸思考 如圖5所示，如果長為l的直導線的運動方向與直導線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個夾角(90)，則此時直導線上產(chǎn)生的感應電動勢表達式是什么？圖5 一、法拉第電磁感應定律的理解例1 下列幾種說法中正確的是 ( )A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大B線圈中磁通量越大，線圈中

4、產(chǎn)生的感應電動勢一定越大C線圈放在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大D線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大二、En的應用例2 一個200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面成30角，若磁感應強度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是_ Wb；磁通量的平均變化率是_ Wb/s；線圈中的感應電動勢的大小是_ V.例3 如圖6甲所示，平行導軌MN、PQ水平放置，電阻不計，兩導軌間距d10 cm，導體棒ab、cd放在導軌上，并與導軌垂直每根棒在導軌間的部分，電阻均為R1.0 .用長為L20 cm的絕緣絲線

5、將兩棒系住整個裝置處在勻強磁場中，t0的時刻，磁場方向豎直向下，絲線剛好處于未被拉伸的自然狀態(tài)此后，磁感應強度B隨時間t的變化如圖乙所示不計感應電流磁場的影響，整個過程絲線未被拉斷求：(1)02.0 s的時間內(nèi)，電路中感應電流的大小與方向；(2)t1.0 s時，絲線的拉力大小圖6三、EBlv的應用例4 試寫出如圖7所示的各種情況下導線中產(chǎn)生的感應電動勢的表達式導線長均為l，速度為v，磁感應強度均為B，圖(3)、(4)中導線垂直紙面圖71(對法拉第電磁感應定律的理解)如圖8所示，閉合金屬導線框放置在豎直向上的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度隨時間變化，下列說法正確的是( )圖8A當磁感應強度增加

6、時，線框中的感應電流可能減小B當磁感應強度增加時，線框中的感應電流一定增大C當磁感應強度減小時，線框中的感應電流一定增大D當磁感應強度減小時，線框中的感應電流可能不變2(EBlv的應用)如圖9所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設運動的整個過程中不計空氣阻力，則金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小將( )圖9A越來越大 B越來越小 C保持不變 D無法確定3(En的應用)單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線圈所圍面積的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖10所示，則OD過程中( )圖10A線圈中O時刻感應電動勢最大 B線圈中D時刻感應電動勢為零

7、C線圈中D時刻感應電動勢最大 D線圈中O至D時間內(nèi)的平均感應電動勢為0.4 V4如圖11甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n1000，它的兩個端點a和b間接有一理想電壓表，線圈內(nèi)磁感應強度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_ V.圖11題組一 對法拉第電磁感應定律的理解1將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢，下列表述正確的是 ( )A感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關B當穿過線圈的磁通量為零時，感應電動勢可能不為零C當穿過線圈的磁通量變化越快時，感應電動勢越大D感應電動勢的大小與磁通量的變化量成正比2關于感應電動勢

8、的大小，下列說法正確的是 ( )A穿過閉合電路的磁通量最大時，其感應電動勢一定最大B穿過閉合電路的磁通量為零時，其感應電動勢一定為零C穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應電動勢一定為零D穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應電動勢一定不為零3.如圖1所示，閉合開關S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用時0.2 s，第二次用時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S，電流表G均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無感應電動勢題組二 En的應用4下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過

9、相同的線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢最大的是 ( ) 5一單匝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，將磁感應強度在1 s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍接著保持增大后的磁感應強度不變，在1 s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為( )A. B1 C2 D46.單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間t的變化圖象如圖2所示，則( )圖2A在t0時，線圈中磁通量最大，感應電動勢也最大B在t1102 s時，感應電動勢最大C在t2102 s時，感應電動勢為零D在02102 s時間內(nèi)，線圈中感應電動勢的

10、平均值為零7.如圖3所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中在t時間內(nèi)，磁感應強度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢為( )圖3A. B. C. D.8如圖4甲所示，圓形線圈M的匝數(shù)為50 匝，它的兩個端點a、b與理想電壓表相連，線圈中磁場方向如圖，線圈中磁通量的變化規(guī)律如圖乙所示，則a、b兩點的電勢高低與電壓表讀數(shù)為( )圖4Aab,20 V Bab,10 V Cab,20 V DaUb，Uab保持不變CUaUb，Uab越來越大 DUaUb，Uab越來越大【概念規(guī)律練】知識點一 公式En的理解1一個200匝、面積為

11、20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面成30角，若磁感應強度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是_Wb；磁通量的平均變化率是_Wb/s；線圈中感應電動勢的大小是_V.點評 要理解好公式En，首先要區(qū)分好磁通量，磁通量的變化量，磁通量的變化率，現(xiàn)列表如下：物理量單位物理意義計算公式磁通量Wb表示某時刻或某位置時穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少BS磁通量的變化量Wb表示在某一過程中穿過某一面積的磁通量變化的多少21磁通量的變化率Wb/s表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢特別提醒 對、而言，穿過一匝線圈和穿過n匝是一樣的，而感應電動勢則不一樣

12、，感應電動勢與匝數(shù)成正比磁通量和磁通量的變化率的大小沒有直接關系，很大時，可能很小，也可能很大；0時，可能不為零2下列說法正確的是( )A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大B線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大C線圈處在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大D線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢越大知識點二 公式EBlvsin 的理解3如圖2所示，在磁感應強度為1 T的勻強磁場中，一根跟磁場垂直長20 cm的導線以2 m/s的速度運動，運動方向垂直導線與磁感線成30 角，則導線中的感應電動勢為_圖24在磁感應強度為B的勻強磁場中，長為l的金屬棒O

13、A在垂直于磁場方向的平面內(nèi)繞O點以角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖3所示，求：金屬棒OA上產(chǎn)生的感應電動勢圖3【方法技巧練】電動勢公式En和EBlvsin 的選用技巧5如圖4所示，兩根相距為l的平行直導軌abdc，bd間連有一固定電阻R，導軌電阻可忽略不計MN為放在ab和dc上的一導體桿，與ab垂直，其電阻也為R.整個裝置處于勻強磁場中，磁感應強度的大小為B，磁場方向垂直于導軌所在平面(指向圖中紙面內(nèi))現(xiàn)對MN施力使它沿導軌方向以速度v做勻速運動令U表示MN兩端電壓的大小，則( )圖4AUvBl，流過固定電阻R的感應電流由b到dBUvBl，流過固定電阻R的感應電流由d到bCUvBl，流過固定電阻R的感應電

14、流由b到dDUvBl，流過固定電阻R的感應電流由d到b6如圖5所示，A、B兩個閉合線圈用同樣的導線制成，匝數(shù)都為10匝，半徑rA2rB，圖示區(qū)域內(nèi)有磁感應強度均勻減小的勻強磁場，則A、B線圈中產(chǎn)生的感應電動勢之比為EAEB_，線圈中的感應電流之比為IAIB_.圖57如圖6所示，用一阻值為R的均勻細導線圍成的金屬環(huán)半徑為a，勻強磁場的磁感應強度為B，垂直穿過金屬環(huán)所在平面電阻為的導體桿AB，沿環(huán)表面以速度v向右滑至環(huán)中央時，桿的端電壓為( )圖6ABav B.Bav C.Bav D.Bav8如圖7所示，勻強磁場的磁感應強度為B，方向豎直向下，在磁場中有一邊長為l的正方形導線框，ab邊質(zhì)量為m，其

15、余邊質(zhì)量不計，cd邊有固定的水平軸，導線框可以繞其轉(zhuǎn)動；現(xiàn)將導線框拉至水平位置由靜止釋放，不計摩擦和空氣阻力，金屬框經(jīng)過時間t運動到豎直位置，此時ab邊的速度為v，求：圖7 (1)此過程中線框產(chǎn)生的平均感應電動勢的大??；(2)線框運動到豎直位置時線框感應電動勢的大小1閉合的金屬環(huán)處于隨時間均勻變化的勻強磁場中，磁場方向垂直于圓環(huán)平面，則( )A環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢均勻變化B環(huán)中產(chǎn)生的感應電流均勻變化C環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢保持不變D環(huán)上某一小段導體所受的安培力保持不變2單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速運動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線圈所圍面積里磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖8所示，則OD過程中( )圖8A線圈

16、中O時刻感應電動勢最大B線圈中D時刻感應電動勢為零C線圈中D時刻感應電動勢最大D線圈中O至D時間內(nèi)平均感應電動勢為0.4 V3如圖9所示，閉合開關S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用0.2 s，第二次用0.4 s，并且兩次的起始和終止位置相同，則( )圖9A第一次磁通量變化較快B第一次G的最大偏角較大C第二次G的最大偏角較大D若斷開S，G均不偏轉(zhuǎn)，故均無感應電動勢4一閉合線圈放在隨時間均勻變化的磁場中，線圈平面和磁場方向垂直若想使線圈中的感應電流增強一倍，下述方法可行的是( )A使線圈匝數(shù)增加一倍B使線圈面積增加一倍C使線圈匝數(shù)減少一半D使磁感應強度的變化率增大一倍5在圖10中，EF、GH為平

17、行的金屬導軌，其電阻不計，R為電阻，C為電容器，AB為可在EF和GH上滑動的導體橫桿有勻強磁場垂直于導軌平面若用I1和I2分別表示圖中該處導線中的電流，則當橫桿AB( )圖10A勻速滑動時，I10，I20B勻速滑動時，I10，I20C加速滑動時，I10，I20D加速滑動時，I10，I206如圖11所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線MN右側(cè)有磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列結論正確的是( )圖11A感應電流方向不變BCD段直導線始終不受安培力C感應電動勢最大值EmBavD感應電

18、動勢平均值Bav7如圖12所示，金屬三角形導軌COD上放有一根金屬棒MN.拉動MN，使它以速度v向右勻速運動，如果導軌和金屬棒都是粗細相同的均勻?qū)w，電阻率都相同，那么在MN運動的過程中，閉合回路的( )圖12A感應電動勢保持不變B感應電流保持不變C感應電動勢逐漸增大D感應電流逐漸增大8如圖13所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，當PQ在外力的作用下運動時，MN在磁場力的作用下向右運動，則PQ所做的運動可能是( )圖13A向右加速運動B向左加速運動C向右減速運動D向左減速運動9某同學在實驗室里熟悉各種儀器的使用，他將一條形磁鐵放在水平轉(zhuǎn)盤上，如圖14甲所示，磁鐵可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，另將一磁感應強度傳感器固定在轉(zhuǎn)盤旁邊當轉(zhuǎn)盤(及磁鐵)轉(zhuǎn)動時，引起磁感應強度測量值周期性地變化，該變化的周期與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動周期一致經(jīng)過操作，該同學在計算機上得到了如圖乙所示的圖象該同學猜測磁感應強度傳感器內(nèi)有一線圈，當測得磁感應強度最大時就是穿過線圈的磁