高中物理 第一章 电磁感应 法拉第电磁感应定律学案 粤教版选修3-2.doc
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1、 学案4法拉第电磁感应定律学习目标定位 1.理解和掌握法拉第电磁感应定律,并能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小.2.能够运用EBLv或EBLvsin 计算导体切割磁感线时的感应电动势.3.知道反电动势的定义和在生产中的应用1在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化2磁通量发生变化的方式:磁感应强度B变化、闭合电路的有效面积S变化、磁感应强度B和闭合电路的有效面积S均变化一、影响感应电动势大小的因素1在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势2产生感应电动势的那部分导体就相当于电源,而感应电流的强弱由感应电动势的大小和闭合电路的电阻决定,可以由闭合电路欧
2、姆定律算出3实验表明:感应电动势的大小跟磁通量变化的快慢有关磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢,用表示二、法拉第电磁感应定律1内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比2表达式:En.其中n为线圈的匝数、叫磁通量的变化率三、感应电动势的另一种表述1如图1所示,直导线做切割磁感线运动时产生的感应电动势EBLvsin_.为直导线运动方向与磁感线方向的夹角图12当切割磁感线的导线的运动方向与磁感线方向垂直时,感应电动势EBLv.一、法拉第电磁感应定律问题设计1在图2所示实验中,以相同速度分别将一根和两根同向条形磁铁快速插入或拔出螺线管,灵敏电流计指针的偏转角度有什么不同?可以得
3、出什么结论?图2答案将一根条形磁铁快速插入或拔出螺线管时灵敏电流计指针的偏转角度小;而以相同速度(即在保证磁通量变化所用时间相同的情况下)换用两根同向条形磁铁快速插入或拔出螺线管时灵敏电流计指针的偏转角度大由此可以得出结论:在磁通量变化所用时间相同时,感应电动势E的大小与磁通量的变化量有关,越大,E越大2在图2所示实验中,保证磁通量变化量相同,将两根同向条形磁铁快速或慢速插入螺线管,灵敏电流计指针的偏转角度有什么不同?可以得出什么结论?答案将两根条件磁铁快速插入螺线管时灵敏电流计指针的偏转角度大;将两根条形磁铁慢速插入螺线管时灵敏电流计指针的偏转角度小由此可以得出结论:在磁通量变化量相同时,感
4、应电动势E的大小与磁通量的变化所用的时间t有关,t越小,E越大3结合上面2个实验,可以得到什么结论?答案实验表明:感应电动势的大小跟磁通量变化的快慢有关要点提炼1(1)公式En的理解:n为线圈匝数,总取绝对值;叫磁通量的变化率(2)E决定于磁通量的变化率,与、无关很大时,可能很小,也可能很大;0时,可能不为0.(3)En适用于任何情况下感应电动势的计算,但一般用于求t时间内的平均值2常见感应电动势的计算式有:(1)线圈面积S不变,磁感应强度B均匀变化:EnS.(为Bt图象上某点切线的斜率)(2)磁感应强度B不变,线圈面积S均匀变化:EnB.3产生感应电动势的那部分导体相当于电源如果电路没有闭合
5、,这时虽然没有感应电流,但感应电动势依然存在二、导线切割磁感线时的感应电动势问题设计如图3所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势图3答案设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,如图所示,这时线框面积的变化量为SLvt穿过闭合电路磁通量的变化量为BSBLvt根据法拉第电磁感应定律得EBLv.要点提炼1当导体平动垂直切割磁感线时,即B、L、v两两垂直时(如图4所示)EBLv.图42公式中L指有效切割长度:即导体在与v垂直的方向上的投影长度图5图5甲中的有效切割长度为:Lsin ;图乙中的有效切割长度为:
6、L;图丙中的有效切割长度为:沿v1的方向运动时,LR;沿v2的方向运动时,LR.延伸思考如图6所示,如果长为L的直导线的运动方向与直导线本身是垂直的,但与磁感线方向有一个夹角(90),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?图6答案如图所示,可以把速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1vsin 和平行于磁感线的分量v2vcos .后者不切割磁感线,不产生感应电动势;前者切割磁感线,产生的感应电动势为EBLv1BLvsin .一、法拉第电磁感应定律的理解例1(单选)下列几种说法中正确的是 ()A线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动
7、势一定越大C线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大解析本题考查对法拉第电磁感应定律的理解,关键是抓住感应电动势的大小和磁通量的变化率成正比感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关系,它由磁通量的变化率决定,故选D.答案D二、公式En的应用例2一个200匝、面积为20 cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T,在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是_ Wb;磁通量的平均变化率是_ Wb/s;线圈中的感应电动势的大小是_ V.解析
8、磁通量的变化量为BSsin (0.50.1)201040.5 Wb4104 Wb磁通量的平均变化率为 Wb/s8103 Wb/s根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小为:En2008103 V1.6 V.答案410481031.6例3如图7甲所示,平行导轨MN、PQ水平放置,电阻不计,两导轨间距d10 cm,导体棒ab、cd放在导轨上,并与导轨垂直每根棒在导轨间的电阻均为R1.0 .用长为L20 cm的绝缘丝线将两棒系住整个装置处在匀强磁场中,t0的时刻,磁场方向竖直向下,丝线刚好处于未被拉伸的自然状态此后,磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示不计感应电流磁场的影响,整个过程丝线未被拉断求:
9、(1)02.0 s的时间内,电路中感应电流的大小与方向;(2)t1.0 s时,丝线的拉力大小图7解析(1)由题图乙可知0.1 T/s由法拉第电磁感应定律有ES2.0103 V则I1.0103 A由楞次定律可知电流方向为顺时针方向(2)导体棒在水平方向上受丝线拉力和安培力平衡由题图乙可知t1.0 s时B0.1 T则FTFABId1.0105 N.答案(1)1.0103 A顺时针(2)1.0105 N三、公式EBLv的应用例4试写出如图8所示的各种情况下导线中产生的感应电动势的表达式导线长均为l,速度为v,磁感应强度均为B,图(3)、(4)中导线垂直纸面图8答案(1)E0(2)EBlv(3)E0(
10、4)EBlvcos 1(对法拉第电磁感应定律的理解)(单选)穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb,则()A线圈中感应电动势每秒增加2 VB线圈中感应电动势每秒减少2 VC线圈中感应电动势始终为2 VD线圈中感应电动势始终为一个确定值,但由于线圈有电阻,电动势小于2 V答案C解析由En知:恒定,n1,所以E2 V.2(公式En的应用)(双选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,若线圈所围面积的磁通量随时间变化的规律如图9所示,则OD过程中()图9A线圈中O时刻感应电动势最大B线圈中D时刻感应电动势最大C线圈中O至D时间内的平均感应电动势为0.4 VD线圈中O至E时
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