《2017教科版高中物理选修（3-2）第1章 第3节《法拉第电磁感应定律》word学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017教科版高中物理选修（3-2）第1章 第3节《法拉第电磁感应定律》word学案（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 2 2 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律目标定位 1.能区别磁通量，磁通量的变化 和磁通量的变化率.2.能记住法拉第 t电磁感应定律及其表达式.3.能运用En和EBLv解题 t一、法拉第电磁感应定律问题设计1在图 1 所示实验中，以相同速度分别将一根和两根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？可以得出什么结论？图 1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；而以相同速度将两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，
2、E越大2在图 1 所示实验中，保证磁通量变化相同，将两根条形磁铁快速或缓慢插入螺线管，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 将两根条形磁铁快速插入螺线管时灵敏电流计指针的偏转角度大；将两根条形磁铁缓慢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越大要点提炼1内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比2公式：En，其中n为线圈匝数，总是取绝对值 t该公式一般用来求 t时间内感应电动势的平均值3对法拉第电磁感应定律的理解(1)磁通量的变化率和磁通量没有(填“
3、有”或“没有”)直接关系很大时，可 t t能很小，也可能很大；0 时，可能不为 0. t(2)En有两种常见形式：线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化，则 tEnS；磁感应强度B不变，线圈面积S均匀变化，则EnB.(其中是tB tS t t图像上某点切线的斜率.为Bt图像上某点切线的斜率)B t(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，这时虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在二、导线切割磁感线产生的感应电动势问题设计如图 2 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的有效长度为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 2答案 设在
4、t时间内导体ab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. t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 3 所示)EBLv.图 32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 4图 4 甲中的有效切割长度为：Lsin ；cd图乙中的有效切割长度为：L；MN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.2延伸思考 如图 5 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)，则写出此时
5、直导线上产生的感应电动势表达式？图 5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、对法拉第电磁感应定律的理解例 1 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 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
6、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 t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 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/s t4 104 0.058103 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. t答案 4
7、104 8103 1.6例 3 如图 6 甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为 2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计，求 0 至t1时间内通过电阻R1上的电流大小图 6解析 由法拉第电磁感应定律得感应电动势为Ennr. t2 2B tnB0r2 2 t0由闭合电路欧姆定律有I1，联立以上各式解得通过电阻R1上的电流大小为E 2RRI1.nB0r2 2 3Rt0答案 nB0r2 2 3Rt0三、公式EBLv
8、的应用例 4 试写出如图 7 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 7答案 (1)E0 (2)EBLv (3)E0(4)EBLvcos 1(对法拉第电磁感应定律的理解)如图 8 所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度随时间变化，下列说法正确的是( )图 8A当磁感应强度增加时，线框中的感应电流可能减小B当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大C当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大D当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变答案 AD解析 由法拉第电磁感应定律可知，感应
9、电流的大小取决于磁通量的变化率，与磁感应强度的增与减无关，选项 A、D 正确2. (公式En的应用)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 t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 9AO时刻线圈中感应电动势最大BD时刻线圈中感应电动势为零CD时刻线圈中感应电动势最大DO至D时间内线圈中的平均感应电动势为 0.4 V答案 ABD解析 由法拉第电磁感应定律En，为t图像中对应时刻切线的斜率，所以 t tA、B 正确，C 错误；O至D时间内线圈中的平均感应电动势En1 t2 1030 0.005V0.4 V，所以 D 正确3. (公式En的应用)如图
10、 10 所示，一单匝矩形线圈abcd放置在水平面内，线圈面积为 tS100 cm2，线圈处在匀强磁场中，磁场方向与水平方向成 30角，求：图 10(1)若磁场的磁感应强度B0.1 T，则穿过线圈的磁通量为多少？(2)若磁场方向改为与线圈平面垂直，且大小按B0.10.2t(T)的规律变化，线圈中产生的感应电动势为多大？答案 见解析解析 (1)BSsin 300.1100104 Wb1 25104 Wb(2)根据法拉第电磁感应定律Enn10.2102 V2103 V. tBS t4. (公式EBLv的应用)如图 11 所示，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
11、运动的整个过程中不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将( )图 11A越来越大 B越来越小C保持不变 D无法确定答案 C解析 金属棒做平抛运动，水平速度不变，且水平速度即为金属棒垂直切割磁感线的速度，故感应电动势保持不变题组一 对法拉第电磁感应定律的理解1将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势，下列表述正确的是 ( )A感应电动势的大小与线圈的匝数无关B当穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势可能不为零C当穿过线圈的磁通量变化越快时，感应电动势越大D感应电动势的大小与磁通量的变化量成正比答案 BC解析 由法拉第电磁感应定律可知，
12、感应电动势En，即感应电动势与线圈匝数有关，故 tA 错误；同时可知，感应电动势与磁通量的变化率有关，故 D 错误；磁通量变化越快，感应电动势越大，故 C 正确；当穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零，因此感应电动势不一定为零，故 B 正确2关于感应电动势的大小，下列说法正确的是 ( )A穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大B穿过闭合电路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零C穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零D穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零答案 D解析 磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系，故 A、B 错；
13、当磁通量由不为零变为零时，闭合电路的磁通量一定改变，一定有感应电流产生，有感应电流就一定有感应电动势，故 C 错，D 对3. 如图 1 所示，闭合开关 S，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用时 0.2 s，第二次用时 0.4 s，并且两次磁铁的起始和终止位置相同，则 ( )图 1A第一次线圈中的磁通量变化较快B第一次电流表 G 的最大偏转角较大C第二次电流表 G 的最大偏转角较大D若断开 S，电流表 G 均不偏转，故两次线圈两端均无感应电动势答案 AB解析 两次磁通量变化相同，第一次时间短，则第一次线圈中磁通量变化较快，故 A 正确感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率大，感应电
14、动势大，产生的感应电流大，故 B 正确，C 错误断开开关，电流表不偏转，故感应电流为零，但感应电动势不为零，故 D 错误题组二 公式En的应用 t4下列各图中，相同的条形磁铁穿过相同的线圈时，线圈中产生的感应电动势最大的是 ( )答案 D解析 感应电动势的大小为Enn，A、B 两种情况磁通量变化量相同，C 中 tBS t最小，D 中 最大，磁铁穿过线圈所用的时间 A、C、D 中相同且小于 B 中所用的时间，所以D 中感应电动势最大5一单匝矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直先保持线框的面积不变，将磁感应强度在 1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍接着保持增大后的磁感应强度不变，在 1
15、 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为( )A. B1 C2 D41 2答案 B解析 根据法拉第电磁感应定律E，设初始时刻磁感应强度为B0，线框面积为S0，则第 t一种情况下的感应电动势为E1B0S0；第二种情况下的感应电动势为BS t2B0B0S0 1E2B0S0，所以两种情况下线框中的感应电动势相等，比值为 1，故BS t2B0S0S021选项 B 正确6单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t的变化图像如图 2 所示，则( )图 2A在t0 时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B在t1102 s 时，感应电动势最大C在t2102 s 时，感应电动势为零D在 02102 s 时间内，线圈中感应电动势的平均值为零答案 BC解析 由法拉第电磁感应定律知E，故t0
