《2017沪科版高中物理选修（3-2）第1章《电磁感应与现代生活》word教案4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017沪科版高中物理选修（3-2）第1章《电磁感应与现代生活》word教案4（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 4 探究感应电动势的大小探究感应电动势的大小学习目标定位 1.能区分磁通量 、磁通量的变化量 和磁通量的变化率.2.理解t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.3.能够运用 EBLv 或 EBLvsin 计算导体切割磁感线时的感应电动势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 均变化在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势一、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
2、量的变化率成正比2表达式：En，其中 n 是线圈的匝数t二、导体切割磁感线时的感应电动势当导线切割磁感线产生感应电动势时，EBLv(B、L、v 两两垂直时)，EBLvsin_(vL，但 v 与 B 夹角为 )一、法拉第电磁感应定律要点提炼1对公式 En的理解t(1)公式中的 n 为线圈的匝数； 是磁通量的变化，是磁通量的变化率t(2)E 的大小取决于，而与 、 无关t 很大时，可能很小，也可能很大；t0 时，可能不为 0.t(3)En适用于各种情况下电动势的计算，但一般用于求 t 时间内的平均值t2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
3、 图像上某点切线BtBt的斜率)(2)磁感应强度 B 不变，线圈面积 S 均匀变化：EnB.St3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，但电动势依然存在二、导体切割磁感线时的感应电动势问题设计如图 1 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 1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.t要点提炼1当导体平动垂直切割磁感
4、线时，即 B、L、v 两两垂直时(如图 2 所示)EBLv.2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 2图 3图 3 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 4 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 4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
5、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 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 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t例
6、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/s8103 Wb/st4 1040.05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 4104 8103 1.6例 3 如图 5 甲所示，平行导轨 MN、PQ 水平放置，
7、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部分，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：(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 5解析 (1)由题图乙可知0.1 T/sBt由法拉第电磁感应定律有 ES2.0103 VtBt则 I1.0103 AE2R由楞次定律可知电流方向为顺时针方向
8、(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 TFBId1.0105 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 6 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 6答案 (1)E0 (2)EBlv (3)E0(4)EBlvcos 1(对法拉第电磁感应定律的理解)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
9、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.tt2(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t线圈所围面积的磁通量随时间变化的规律如图 7 所示，则 OD 过程中( )图 7A线圈中 O 时刻感应电动势最大B线圈中 D 时刻感应电动势为零C线圈中 D 时刻感应电动势最大D线圈中 O 至 D 时间内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，即为 t 图像对应时刻切线的斜率，所tt以 A、B 正确，C 错误；线圈中 O 至 D
10、 时间内的平均感应电动势 En1tV0.4 V所以 D 正确2 10300.0053(公式 EBLv 的应用)如图 8 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 8A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4(公式 En的应用)如图 9 所示，线框由导线组成，cd、ef 两边竖直放置且相互t平行，导体棒 ab 水平放置并可沿 cd、ef 无摩擦滑动，导体棒 ab 所
11、在处为匀强磁场且B22 T，已知 ab 长为 L0.1 m，整个电路总电阻 R5 .螺线管匝数 n4，螺线管横截面积 S0.1 m2.在螺线管内有图示方向磁场 B1，若10 T/s 均匀增大时，导体棒恰好处B1t于静止状态，试求：(g10 m/s2)图 9(1)通过导体棒 ab 的电流大小？(2)导体棒 ab 的质量 m 为多少？答案 (1)0.8 A (2)0.016 kg解析 (1)螺线管产生的感应电动势：EnnS4100.1 V4 VtB1tI 0.8 AER(2)ab 所受的安培力 FB2IL20.80.1 N0.16 N导体棒静止时有 Fmg求得 m0.016 kg题组一 对法拉第电
12、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，感应电动势 En，即感应电动势与线圈匝数t有关，故 A 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
13、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必然联系，故 A、B 错；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，将条形磁铁匀速插入闭合线圈，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
14、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，感应电动势大，产生的感应电流大故 B 正确，C 错误断开电键，电流表不偏转，故感应电流为零，但感应电动势不为零，故 D 错误故选 A、B.题组二 公式 EBLv 的应用4如图 2 所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为 Blv 的是 ( )图 2A乙和丁 B甲
15、、乙、丁C甲、乙、丙、丁 D只有乙答案 B5某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为 4.5105 T一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽 100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过设落潮时，海水自西向东流，流速为 2 m/s.则落潮时，下列说法正确的是( )A电压表记录的电压为 5 mVB电压表记录的电压为 9 mVC河南岸的电势较高D河北岸的电势较高答案 BD解析 海水在落潮时自西向东流，该过程可以理解为：自西向东运动的导体在切割竖直向下的磁感线根据右手定则，北岸是正极，电势高，南岸电势低，所以 C 错误，D 正确根据法拉第电磁感应定律 EBLv4.51051002 V9103 V，所以 A 错误，B 正确6如图 3 所示，平行金属导轨的间距为 d，一端跨接一阻值为 R 的电阻，匀强磁场的磁感应强度为 B，方向垂直于导轨所在平面向里，一根长直金属棒与导轨成 60
