《2018高中物理选修3-2同课异构课件：4-4 法拉第电磁感应定律 探究导学课型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018高中物理选修3-2同课异构课件：4-4 法拉第电磁感应定律 探究导学课型（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 法拉第电磁感应定律,主题1 法拉第电磁感应定律 【研读教材自主认知】 1.感应电动势： (1)在_现象中产生的电动势。 (2)产生感应电动势的导体或线圈相当于_。,电磁感应,电源,2.法拉第电磁感应定律： (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一 电路的磁通量的_成正比。 (2)表达式：E=_(n为线圈的匝数)。,变化率,【合作探究核心归纳】 1.为了探究感应电动势大小跟什么因素有关，做了如下实验： (1)将条形磁铁迅速和缓慢地插入、拔出螺线管，观察表针的最大摆幅。 (2)迅速和缓慢地移动导体棒，观察表针的最大摆幅。,(3)迅速和缓慢地移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢地插入、拔出螺
2、线管，观察表针的最大摆幅。,请根据实验，回答下列问题： (1)在实验中，电流表指针偏转的原因是什么？ 提示：穿过电路的变化，回路中产生E感，从而产生I感。,(2)电流表指针偏转程度与感应电动势的大小有什么关 系？ 提示：由闭合电路欧姆定律知I= ，当电路中的总 电阻一定时，E感越大，I感越大，指针偏转程度越大。,(3)在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同？ 提示：磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同，指针偏转的角度不同，感应电动势的大小不同。,2.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率 大小关系如何？,提示：、 大小没有直接关系，很大， 、 可能很小，很小，、 可能很大； =0， 可能不
3、为零(如线圈平面转到与磁感线平行 时)。当按正弦规律变化时，最大时， =0，反 之，当为零时， 最大。,3.在-t图像上，磁通量的变化率 应如何求解？ 提示：磁通量的变化率 是-t图像上某点切线的 斜率。,【归纳总结】 1.、 的比较：,2.对法拉第电磁感应定律的理解： (1)由E=n 可知：感应电动势的大小与磁通量的变化 率 成正比，与磁通量、磁通量的变化量无 关。,(2)E=n 所研究的对象是一个回路，E是在t内的平 均值，适用于任何由导体构成的回路。 (3)当仅由B引起时，则E= ；当仅由S引 起时，则E= ；当由B、S的变化同时引起 时，则E=,【过关小练即时应用】 1.下列说法正确的
4、是() A.线圈的面积越大，线圈的感应电动势越大 B.线圈的匝数越多，线圈的感应电动势越大 C.某时刻线圈中的磁通量为零，线圈的感应电动势不一定为零,D.在任意情况下，导体切割磁感线的感应电动势都为E=Blv,【解析】选C。线圈的面积很大，匝数很多，但穿过线圈的磁通量不发生变化，线圈的感应电动势为零，A、B错；在穿过线圈的磁通量的变化中，某时刻磁通量为零，但感应电动势不为零，C对；只有当磁场方向、导体、导体运动方向三者两两垂直时，导体感应电动势才为E=Blv，D错。,2.(2015重庆高考)如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，面积为S。若在t1到t2时间内，匀强磁场平行于线
5、圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2，则该段时间线圈两端a和b之间的电势差a-b(),A.恒为 B.从0均匀变化到 C.恒为 D.从0均匀变化到,【解题指南】解答本题时可按以下思路进行： (1)由楞次定律判断，在磁感应强度由B1均匀增大到B2的过程中，线圈两端a、b哪一端的电势高。 (2)由法拉第电磁感应定律计算，在磁感应强度由B1均匀增大到B2的过程中，线圈中产生的感应电动势。,(3)根据a、b之间电势差的大小与线圈中感应电动势之间的关系得到a-b。,【解析】选C。由楞次定律可知，在磁感应强度由B1均 匀增大到B2的过程中，ba，所以a-b0；由法 拉第电磁感应定律可知，
6、线圈两端a、b之间电势差Uab =E= 综上可知，选项C正确，选项 A、B、D错误。,3.(2015巴中高二检测)图甲所示线圈总电阻r= 0.5，匝数n=10，其端点a、b与R=1.5的电阻相连，线圈内磁通量变化规律如图乙所示。关于a、b两点电势a、b及两点电势差Uab，正确的是(),A.ab，Uab=1.5V B.ab，Uab=0.5V,【解题指南】解答本题应注意以下两点： (1)根据法拉第电磁感应定律求出线圈中感应电动势。 (2)根据楞次定律判断感应电流的方向，结合电路知识求出a、b两点电势差。,【解析】选A。从题图中发现：线圈的磁通量是增大的，根据楞次定律，感应电流产生的磁场跟原磁场方向
7、相反，即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，根据右手定则，我们可以判断出线圈中感应电流的方向为：逆时针方向。,在回路中，线圈相当于电源，由于电流的方向是逆时针方向，所以a相当于电源的正极，b相当于电源的负极，所以a点的电势大于b点的电势。,根据法拉第电磁感应定律得： a、b两点电势差就相当于电路 中的路端电压，所以Uab=IR=1.5V，故A正确。,【补偿训练】1.穿过某闭合回路的磁通量随时间t变化的图像分别如图中所示，下列关于该回路中的感应电动势的论述，正确的是(),A.图中，回路中产生的感应电动势恒定不变 B.图中，回路中产生的感应电动势一直在变大 C.图中，回路中在0t1时间内产生的感
8、应电动势小于在t1t2时间内产生的感应电动势 D.图中，回路中产生的感应电动势先变小后变大,【解析】选D。图中磁通量不变，不能产生感应电动势，图中均匀变化的磁通量产生恒定的感应电动势，图中磁通量的变化率为图线斜率的大小，故A、B、C均错，D正确。,2.(2015潍坊高二检测)如图所示， 面积为0.2m2的100匝线圈处在匀强磁 场中，磁场方向垂直于线圈平面，已 知磁感应强度随时间变化的规律为B=(2+0.2 t)T，定值电阻R1=6，线圈电阻R2=4。求： (1)回路的感应电动势。 (2)a、b两点间的电压。,【解析】(1)由题意知，穿过线圈的磁通量变大，由楞 次定律可得：线圈产生的感应电流逆
9、时针，由法拉第 电磁感应定律：E= =1000.20.2V=4V。 (2)ab间的电压为路端电压：U= =2.4V。 答案：(1)4V(2)2.4V,【通法悟道】应用法拉第电磁感应定律解题的一般步 骤 (1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情 况。 (2)利用楞次定律确定感应电流的方向。,(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方 程求解。用公式E=nS 求感应电动势时，S为线圈在 磁场范围内的有效面积。,主题2 导体切割磁感线的感应电动势 【研读教材自主认知】 1.导体切割磁感线时的感应电动势： (1)当磁场方向、导体、导体运动方向三者_ 时，导体所产生的感应电动势E=Blv
10、。,两两垂直,(2)若导体与磁场方向垂直，导体运动方向与导体本身 垂直，但与磁场方向的夹角为时， 如图所示，则求导体所产生的感应电 动势时，应将速度v进行_，利用 速度垂直磁场的分量来进行计算， 其数值为E=_=Blv1。,分解,Blvsin,2.反电动势： (1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产 生的_电源电动势作用的电动势。 (2)作用：_线圈的转动。,削弱,阻碍,【合作探究核心归纳】 探究点1导体垂直切割磁感线的感应电动势 如图所示电路中，闭合电路的一部分 导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度 为B，ab切割磁感线的有效长度为l， 以速度v匀速切割磁感线。,(1)在t时间内导体
11、棒由原来的位置运动到a1b1，线框面积的变化量为多少？ 提示：线框面积的变化量为S=lvt。,(2)穿过闭合电路磁通量的变化量为多少？ 提示：穿过闭合电路磁通量的变化量为=BS= Blvt。,(3)感应电动势的大小是多少？ 提示：据法拉第电磁感应定律得E= =Blv。,(4)若磁场以一定的速度运动，则公式E=Blv中的“v”如何理解？ 提示：公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度。,探究点2导体的运动方向与磁感线不垂直的感应电动势 如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体以速度v匀速斜向切割磁感线，运动方向与磁感线方向的夹角为。,请思考下列问题： (1)若将速度v分解，可以分解
12、为哪两个分量？ 提示：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsin和平行于磁感线的分量v2=vcos。,(2)导体切割磁感线产生的感应电动势分别是多少？ 提示：分速度v1切割磁感线，产生感应电动势E1=Blv1 =Blvsin；分速度v2不切割磁感线，不产生感应电动势E2=0。,【归纳总结】 1.对E=Blv的理解： (1)本式只适用于导体各点以相同速度在匀强磁场中切割磁感线的情况，且l、v与B两两垂直。,(2)当l垂直B、l垂直v，而v与B成角时，导体切割磁感线产生的感应电动势大小为E=Blvsin。 (3)若导线是曲折的，或l与v不垂直时，则l应为导线的有效切割长度。,(4
13、)公式E=Blv中，若v为一段时间内的平均速度，则E 为平均感应电动势，若v为某时刻的切割速度，则E为 瞬时感应电动势。 (5)导体转动切割磁感线产生感应电动势，当导体在垂 直于磁场的平面内，绕一端以角速度匀速转动切割 磁感线产生感应电动势时，E=Blv平= Bl2。,2.公式E=Blvsin与E=n 的对比：,【过关小练即时应用】 1.(多选)(2015西安高二检测)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为L=1m，cd间、de间、cf间分别接着阻值为R=10的电阻。一阻值为R=10的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小
14、为B=0.5T，方向竖直向下的匀强磁场。下列说法中正确的是(),A.导体棒ab中电流的流向为由b到a B.cd两端的电压为1V C.de两端的电压为1V D.fe两端的电压为1V,【解析】选B、D。由左手定则可判断ab中电流方向由a 到b，A错误；由ab切割磁感线得E=BLv，I= ，Uba= IR=1V，又ba、cd、fe两端的电压相等，B、D正确；de 两端的电压为零，C错误。,2.(多选)如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止
15、，下列结论正确的是(),A.感应电流方向不变 B.CD段直线始终不受安培力 C.感应电动势最大值E=Bav D.感应电动势的平均值,【解题指南】解答本题应注意以下三点： (1)导线垂直磁场方向切割磁感线时感应电动势E= Blv，l为等效长度。 (2)感应电动势的平均值由 计算。 (3)半圆环进入磁场过程中感应电动势先变大后变小。,【解析】选C、D。在半圆形闭合回路进入磁场的过程 中磁通量不断增加，始终存在感应电流，由左手定则 可知CD边始终受到安培力作用， 故B错。有效切割长度如图所示， 所以进入过程中l先逐渐增大到a，,然后再逐渐减小为0，由E=Blv可知，最大值Emax=Bav， 最小值为
16、0，故A错、C对。平均感应电动势为 故D对。,3.(2015安徽高考)如图所示，abcd为水平放置的平 行“ ”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂 直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨 电阻不计。已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成角， 单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。 则(),A.电路中感应电动势的大小为 B.电路中感应电流的大小为 C.金属杆所受安培力的大小为 D.金属杆的热功率为,【解析】选B。由电磁感应定律可知电路中感应电动势 为E=Blv，A错误；感应电流的大小I= B正确；金属杆所受安培力的大小F= C错误；热功率P= D错误。,【补偿训练】1.如图所示，ab、cd为两根相距为l的平行直导轨，b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻可以忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆，与导轨垂直，其电阻也为R，整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为
