2021年高中物理难点强行突破法拉第电磁感应定律.pdf
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1、难点之七法拉第电磁感应定律一、难点形成原因1、关于表达式tnE此公式在应用时容易漏掉匝数n,实际上 n 匝线圈产生的感应电动势是串联在一起的,其次是合磁通量的变化,尤其变化过程中磁场方向改变的情况特别容易出错,并且感应电动势 E与、t的关系容易混淆不清。2、应用法拉第电磁感应定律的三种特殊情况E=Blv、221BlE、E=nBssin (或E=nBscos)解决问题时,不注意各公式应用的条件,造成公式应用混乱从而形成难点。3、公式 E=nBssin(或 E=nBscos)的记忆和推导是难点,造成推导困难的原因主要是此情况下,线圈在三维空间运动,不少同学缺乏立体思维。二、难点突破1、t同 v、v
2、、tv一样都是容易混淆的物理量,如果理不清它们之间的关系,求解感应电动势就会受到影响,要真正掌握它们的区别应从以下几个方面深入理解。磁通量磁通量变化量磁通量变化率t物理意义磁通量越大,某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数越多某段时间穿过某个面的末、初磁通量的差值表述磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量大小计算BS,S为与 B垂直的面积12,SB或BStSBt或tBSt注意若穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用BS,应考虑相反方向的磁通量相互抵消以后所剩余的磁通量开始和转过1800时平面都与磁场垂直,穿过平面的磁通量是不同的,一正一负,=2 BS,而不是零既不表示磁通量的大小,也不表示变化
3、的多少,在 t 图象中用图线的斜率表示2、明确感应电动势的三种特殊情况中各公式的具体用法与应用时须注意的问题导体切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,应用此公式时B、l、v 三个量必须是两两相互垂直,若不垂直应转化成相互垂直的有效分量进行计算,生硬地套用公式会导致错误。有的注意到三者之间的关系,发现不垂直后,在不明白角含义的情况下用E=Blvsin 求解,这也是不可取的。处理这类问题,最好画图找B、l、v 三个量的关系,如若不两两垂直|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 1 页,共 8 页则在图上画出它们两两垂直的有效分量,然后将有效分
4、量代入公式E=Blv 求解。此公式也可计算平均感应电动势,只要将v 代入平均速度即可。导体棒以端点为轴在垂直于磁感线的匀强磁场中匀速转动,计算此时产生的感应电动势须注意棒上各点的线速度不同,应用平均速度(即中点位置的线速度)来计算,所以221BlE。矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁场的任意轴匀速转动产生的感应电动势何时用E=nBssin 计算,何时用E=nBscos计算,最容易记混。其实这两个公式的区别是计时起点不同,记住两个特殊位置是关键。当线圈转至中性面(即线圈平面与磁场垂直的位置)时 E=0,当线圈转至垂直中性面的位置(即线圈平面与磁场平行)时E=nBs。这样,线圈从中性面开始计时感应电
5、动势按E=nBssin 规律变化,线圈从垂直中性面的位置开始计时感应电动势按E=nBscos规律变化。并且用这两个公式可以求某时刻线圈的磁通量变化率/t,不少同学没有这种意识。推导这两个公式时,如果能根据三维空间的立体图准确画出二维空间的平面图,问题就会迎刃而解。另外,tnE求的是整个闭合回路的平均感应电动势,t 0的极限值才等于瞬时感应电动势。当均匀变化时,平均感应电动势等于瞬时感应电动势。但三种特殊情况中的公式通常用来求感应电动势的瞬时值。4、典型例例 1:关于感应电动势,下列说法正确的是()A穿过回路的磁通量越大,回路中的感应电动势就越大B穿过回路的磁通量变化量越大,回路中的感应电动势就
6、越大C穿过回路的磁通量变化率越大,回路中的感应电动势就越大D单位时间内穿过回路的磁通量变化量越大,回路中的感应电动势就越大【审题】题目考查内容非常明确,主要考查感应电动势E与磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率t之间的关系。【解析】感应电动势E的大小与磁通量变化率t成正比,与磁通量、磁通量变化量无直接联系。A 选项中磁通量很大时,磁通量变化率t可能很小,这样感应电动势E 就会很小,故A 错。B 选项中很大时,若经历时间很长,磁通量变化率t仍然会很小,感应电动势E就很小,故B错。D选项中单位时间内穿过回路的磁通量变化量即磁通量变化率t,它越大感应电动势E就越大,故D对。答案:CD|精.|品.|可.
7、|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 2 页,共 8 页文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8
8、R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I
9、8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10
10、I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH1
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12、10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 Z
13、H10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5 ZH10I8R4N9O1文档编码:CH5M5Q10P10T1 HL2Z4D8V6I5
14、ZH10I8R4N9O1【总结】感应电动势的有无由磁通量变化量决定,0 是回路中存在感应电动势的前提,感应电动势的大小由磁通量变化率t决定,t越大,回路中的感应电动势越大,与、无关。例 2:一个面积S=410-2m2,匝数 N=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面,磁场的磁感应强度B 随时间变化规律为B/t=2T/s,则穿过线圈的磁通量变化率t为Wb/s,线圈中产生的感应电动势E=V。【审题】磁通量的变化率t与匝数 N无关,因为磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数,穿过一匝线圈和穿过N匝线圈的磁感线条数是一样的。这样,一段时间内磁通量的变化一匝线圈和N匝线圈是一样的,所以t不受匝数
15、N的影响。而感应电动势除与t有关外还与匝数N有关,因为产生感应电动势的过程中,每一匝线圈都相当于一个电源,线圈匝数越多,意味着串联的电源越多,说明E与 N 有关。【解析】根据磁通量变化率的定义得t=SB/t=4 10-22 Wb/s=8 10-2Wb/s 由 E=N /t 得 E=100810-2V=8V 答案:810-2;8【总结】计算磁通量=BScos、磁通量变化量=2-1、磁通量变化率/t时不用考虑匝数N,但在求感应电动势时必须考虑匝数N,即 E=N /t。同样,求安培力时也要考虑匝数N,即 F=NBIL,因为通电导线越多,它们在磁场中所受安培力就越大,所以安培力也与匝数N有关。例 3:
16、如图 7-1 所示,两条平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为B 的匀强磁场中,B的方向垂直导轨平面。两导轨间距为L,左端接一电阻R,其余电阻不计。长为2L 的导体棒ab 如图所示放置,开始时 ab 棒与导轨垂直,在ab 棒绕 a 点紧贴导轨滑倒的过程中,通过电阻R的电荷量是。【审题】求通过电阻R 的电荷量首先须求出通过电阻R的平均电流,由于电阻R 已知,因此根据法拉第电磁感应定律求出这一过程的平均感应电动势是解题关键。【解析】tBLtLLLBtSBtE?23421222tR2BL3REI2图 7-1|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第
17、 3 页,共 8 页文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编
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22、H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5
23、M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1文档编码:CU7T6Z3D5H7 HY10V9D8A5M5 ZU9I4T5B7P1RBLtIq232答案:RBL232【总结】用 E=N /t 求的是平均感应电动势,由平均感应电动势求闭合回路的平均电流。而电路中通过的电荷量等于平均电流与时间的乘积,即RNttRNtIq,注意这个式子在不同情况下的应用。例 4:如图 7-2
24、所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒以水平速度V0抛出,设整个过程中,棒的取向不变,不计空气阻力,则金属棒运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况应是()A越来越大 B越来越小C保持不变 D无法判断【审题】金属棒运动过程中速度越来越大,但产生感应电动势的有效切割速度仅仅是速度的水平分量V0,而在金属棒运动过程中V0是不变的。【解析】导体切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,金属棒运动过程中B、l 和 v 的有效分量均不变,所以感应电动势E不变,故选C。答案:C【总结】应用感应电动势的计算公式E=Blv 时,一定要注意B、l、v 必须两两垂直,若不垂直要取两两垂直的有效分量进行计算
25、。例 5:如图 7-3 所示,长为L 的金属棒ab,绕 b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动,磁感应强度为B,求 ab 两端的电势差。【审题】ab 两端的电势差等于金属棒切割磁感线产生的感应电动势,因此,只要求出感应电动势即可。本题是导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况,棒上各点的速率不相等,由v=r 知,棒上各点的线速度跟半径成正比,故可用棒的中点的速率作为平均切割速率代入公式E=Blv 求解。本题也可以设t 时间 ab 棒扫过的扇形面积为S,根据 E=n/t 求解。【解析】解法一:E=Blv=BLL/2=BL2/2 解法二:E=n/t=B S/t=ttLB?/212=BL2/2
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