4[1]4《法拉第电磁感应定律》学案全集1(人教版选修3-2).docx

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1、4.4法拉第电磁感应定律【学习目标】一知识与技能1知道什么叫感应电动势。2知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别、。3理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。4知道E=BLvsin如何推得。5会用和E=BLvsin解决问题。二过程与方法通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。三情感、态度与价值观1从不同物理现象中抽象出个性与共性问题，培养学生对不同事物进行分析，找出共性与个性的辩证唯物主义思想。2了解法拉第探索科学的方法，学习他的执著的科学探究精神。【自主学习】想一想：在上一节的实验探究中感应电流的大小与哪些因素有关呢与磁场的强弱、

2、磁铁运动的快慢、磁通量的大小、磁通量的变化量等有关吗填一填：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那局部导体相当于电源。图1填一填：科学家经过大量的实验证明了法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，表达式：E=，假设产生感应电动势的电路是一个有n匝的线圈，由于穿过每匝线圈的磁感量的变化率都相同，此时表达式为E=n。点一点：磁通过量的变化率是磁通量的变化量与所用时间的比值，是表示磁通量变化快慢的物理量，故不能说电动势与磁通量的变化量成正比，与所用时间成反比。ab图2Lv B 填一填：如图1所示，闭合电路一局部导体ab处于磁感应强度为

3、B的匀强磁场中，其长度为L，以速度v匀速切割磁感线，由法拉第电磁感应定律可知：其感应电动势为：E=BLv。 B 图3 v v1v2议一议：公式E=BLv中的L为导体在磁场中的有效长度，如图2所示，弯曲的导体棒ab垂直切割磁感线时，ab在磁场中的有效长度为L，感应电动势为E=BLv。议一议：公式E=BLv中的v为导体切割磁感线的有效速度，如图3所示，导体不垂直切割磁感线，即v与B有一夹角，此时应将速度v进行正交分解，故导体切割的有效分速度为v1=vsin，故导体中产生的感应电动势为E=BLvsin。填一填：电动机在转动时因线圈转动切割磁感线运动产生了反电动势，它的作用效果是阻碍线圈的转动，故维持

4、线圈正常转动的过程就是电能转化为其他形式能的过程，但要注意一旦出现机械故障应立即切断电源而防止烧坏电机。想一想：电路产生感应电动势的过程是怎样的呢它的原理是怎样的呢【典例剖析】【例1】如下列图，有一弯成角的光滑金属导轨POQ，水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，有一金属棒MN与导轨的OQ边垂直放置，当金属棒从O点开始以加速度a向右匀加速运动t秒时，棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是多少 解：由于导轨的夹角为，开始运动t秒时，金属棒切割磁感线的有效长度为：L=stan=at2tan据运动学公式，这时金属棒切割磁感线的速度为v=at由题意知B、L、v三者互相垂直，有E=

5、BLv=Bat2tanat=Ba2t3tan即金属棒运动t秒时，棒与导轨所构成的回路中的感应电动势是E=Ba2t3tan.点评：在这道题目中感应电动势是在不断变化的，求解的是运动t秒时感应电动势的瞬时值，因而不能用法拉第电磁感应定律。【例2】如下列图，固定于水平面上的金属框cdef，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦滑动.此时abed构成一个边长l的正方形，棒电阻r，其余电阻不计，开始时磁感应强度为B。1假设以t=0时起，磁感应强度均匀增加，每秒增加量k，同时保持棒静止，求棒中的感应电流。2在上述情况中，棒始终保持静止，当t=t1时需加垂直于棒水平外力多大 3假设从t=0

6、时起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v向右匀速运动，可使棒中不产生I感，那么磁感应强度应怎样随时间变化 写出B与t的关系式解析：1据法拉第电磁感应定律，回路中产生的感应电动势为E=kl2回路中的感应电流为I=2当t=t1时，B=B0+kt1金属杆所受的安培力为F安=BIl=B0+kt1据平衡条件，作用于杆上的水平拉力为F=F安=B0+kt13要使棒中不产生感应电流，那么通过闭合回路的磁通量不变，即B0l2=Bll+vt解得B=【课堂训练】1.法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大小 A.跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比B.跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比C.跟穿过这一

7、闭合电路的磁通量的变化率成正比D.跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比答案：C点评：熟记法拉第电磁感应定律的内容2.将一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处，不发生变化的物理量有 A.磁通量的变化率B.感应电流的大小C.消耗的机械功率D.磁通量的变化量E.流过导体横截面的电荷量解析：插到闭合线圈中同样位置，磁通量的变化量相同，磁通量的变化率不同，由I感=可知，I感不同，消耗的机械功率也不同，流过导体的横截面的电荷量q=It=t=t=，因、R不变，所以q与磁铁插入线圈的快慢无关.答案：DE点评：插到同样位置，磁通量变化量相同，但用时不同3.恒定的匀强磁场中有一圆形闭合导线圈，线圈平面垂

8、直于磁场方向，当线圈在磁场中做以下哪种运动时，线圈中能产生感应电流 A.线圈沿自身所在平面运动B.沿磁场方向运动C.线圈绕任意一直径做匀速转动D.线圈绕任意一直径做变速转动解析：无论线圈绕哪一处直径怎样转动，都会导致磁通量的变化，从而引起感应电动势，又因是闭合导体线圈，故产生感应电流.答案：CD点评：判断磁通量是否变化4.一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速运动，当线圈处于如下列图位置时，此线圈 A.磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最小B.磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最大C.磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大D.磁通量最小，磁通量变化率最小，感应电动势最小

9、解析：这时线圈平面与磁场方向平行，磁通量为零，磁通量的变化率最大.答案：C点评：弄清磁通量、磁通量变化率的区别5一个N匝的圆线圈，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面跟磁感应强度方向成30角，磁感应强度随时间均匀变化，线圈导线规格不变.以下方法中可使线圈中感应电流增加一倍的是 A.将线圈匝数增加一倍B.将线圈面积增加一倍C.将线圈半径增加一倍D.适当改变线圈的取向解析：A、B中的E虽变大一倍，但线圈电阻也相应发生变化.答案：CD点评：感应电流的大小由感应电动势大小和电路的电阻共同决定6如下列图，在竖直向下的匀强磁场中，将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整个过程中棒的取

10、向不变且不计空气阻力，那么金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将 A.越来越大B.越来越小C.保持不变D.无法确定解析：由于导体棒在磁场中做平抛运动，导体棒在水平方向上以v0做匀速运动而v=v0是不变的，故E=BLv=BLv0也是不变的.答案：C点评：理解E=BLv中v是有效切割速度7如下列图，C是一只电容器，先用外力使金属杆ab贴着水平平行金属导轨在匀强磁场中沿垂直磁场方向运动，到有一定速度时突然撤销外力.不计摩擦，那么ab以后的运动情况可能是A.减速运动到停止B.来回往复运动C.匀速运动D.加速运动解析：当ab到达速度v时，ab中感应电动势E=BLv，此时，电容器已被充电的两板间电势差U

11、=E=BLv，外力撤销瞬间，ab速度仍为v，那么棒中感应电动势仍为E=BLv，电容器带电荷量未变时，两极板间电势差为U=BLv，那么a端与电容器上板间，b端与电容器下板间电势差均为零，回路中没有充放电电流，所以ab将以速度v做匀速运动，不发生任何能量的转化.答案：C点评：电容器两端电压不变化那么棒中无电流8横截面积S=0.2 m2、n=100匝的圆形线圈A处在如下列图的磁场内，磁感应强度变化率为0.02 T/s.开始时S未闭合，R1=4 ，R2=6，C=30 F，线圈内阻不计，求：1闭合S后，通过R2的电流的大小；2闭合S后一段时间又断开，问S断开后通过R2的电荷量是多少 解：1磁感应强度变化率的大小为=0.02 T/s，B逐渐减弱，所以E=n=1000.020.2 V=0.4 VI= A=0.04 A，方向从上向下流过R2.2R2两端的电压为U2=0.4 V=0.24 V所以Q=CU2=3010-60.04 C=7.210-6 C.点评：利用法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求解电流大小。S断开后，流过R2的电荷量就是S闭合时C上带有的电荷量