【创新设计】2013-2014学年高中物理(粤教版)选修3-2：1-4法拉第电磁感应定律

自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练第四节法拉第电磁感应定律自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练1．理解感应电动势的概念．2．知道确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律．3．会运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小．4．会运用E＝Blv或E＝Blvsinθ计算导体切割磁感线时的感应电动势．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练一、感应电动势感应电动势：在中产生的电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于．感应电动势和感应电流关系(1)产生电磁感应现象时，闭合电路中有，有；电路断开时，没有，有．(2)感应电动势的产生与电路是否闭合、电路如何组成，感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质．电磁感应现象电源感应电流感应电动势感应电流感应电动势无关自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练二、探究影响感应电动势大小的因素猜想依据感应电流的产生条件：穿过闭合电路的发生变化．猜想与假设(1)可能与磁通量的有关；(2)可能与完成一定的磁通量变化所用的有关．磁通量变化量时间自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练制定计划与设计实验(1)方法：控制变量法．(2)程序：先控制时间不变，探究变化时，感应电动势的大小如何变化；再控制……，探究…….(3)器材：、螺线管、条形磁铁(2根)、导线若干．信息收集与归纳(1)实验条件控制：①通过改变所用条形磁铁的，改变螺线管中磁通量的变化量ΔΦ.磁通量的变化量灵敏电流计数目自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练②通过改变条形磁铁插入或拔出螺线管的，改变螺线管中磁通量变化所用的时间Δt.(2)结论：在相同时间内，，感应电动势越大；在磁通量变化量相同时，，感应电动势越大．即：感应电动势的大小跟磁通量变化的有关．速度磁通量的变化量越大时间越短快慢自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练三、法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的成正比．公式：E＝nΔΦΔtn为，ΔΦ是，ΔΦΔt是．单位：ΔΦ的单位是，Δt的单位是秒(s)，E的单位是．磁通量的变化率线圈的匝数磁通量的变化量磁通量的变化率韦伯(Wb)伏特(V)自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练电磁感应现象的本质：在电磁感应现象里，一定产生不一定产生．是否产生才是电磁感应现象的本质．思考穿过某电路的磁通量的变化量越大，产生的感应电动势就越大吗？答案不一定，感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率而不是变化量，即感应电动势的大小由磁通量的变化量和发生这个变化所用的时间这两个因素共同决定．感应电动势感应电流感应电动势自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练四、导体切割磁感线时的感应电动势导体棒垂直于磁场运动，B、L、v两两垂直时，如图1-4-1所示，E＝图1-4-1BLv自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图1-4-2所示，E＝.图1-4-2BLvsinθ自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练一、正确区分磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率ΔΦΔt物理量单位物理意义磁通量ΦWb表示在某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少磁通量的变化量ΔΦWb表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少磁通量的变化率ΔΦΔtWb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练说明(1)Φ是状态量，是在某时刻(某位置)穿过闭合回路的磁感线条数，当磁场与回路平面垂直时，Φ＝BS.(2)ΔΦ是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另一时刻磁通量的变化量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常见磁通量变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁场中相对位置发生改变(如转动等)．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．(3)ΔΦΔt表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练(4)Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、ΔvΔt三者类比．值得指出的是：Φ很大，ΔΦΔt可能很小；Φ很小，ΔΦΔt可能很大；Φ＝0，ΔΦΔt可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)．当Φ按正弦规律变化时，Φ最大时，ΔΦΔt＝0，反之，当Φ为零时，ΔΦΔt最大．磁通量的变化率ΔΦΔt是Φt图象上某点切线的斜率．特别提醒Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小与线圈的匝数n无关．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练二、正确理解法拉第电磁感应定律感应电动势(1)定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于电源．(2)产生条件：不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势．(3)方向判断：可用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练①对于由于磁场变化产生的电磁感应现象，可用楞次定律判断产生感应电动势的那部分导体中感应电流的方向(若电路断开，可假设将电路闭合)，感应电流的方向就是该部分导体中感应电动势的方向．②对于由于导体切割磁感线产生的电磁感应现象，可用右手定则判断做切割运动的导体中感应电动势的方向，四指所指的方向就是感应电动势的方向．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练电磁感应定律(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的变化率成正比．(2)表达式E＝ΔΦΔt(单匝线圈)E＝nΔΦΔt(n匝线圈)式中电动势E的单位是伏(V)，磁通量的单位是韦伯(Wb)，时间的单位是秒(s)．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练(3)应用：用E＝nΔΦΔt计算的是Δt时间内的平均电动势，在磁通量均匀变化时，E＝nΔΦΔt计算的既是Δt时间内的平均电动势，也是某个时刻的瞬时电动势．特别提醒感应电动势与磁通量的变化率成正比．而与磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ无关．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练三、导体切割磁感线时的电动势公式E＝BLvsinθ的理解(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，通常用来求导体做切割磁感线运动时的感应电动势．若速度v是即时速度，则电动势E即为即时电动势；若速度v是平均速度，则电动势E即为平均电动势．(2)式中L应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场或v垂直，L应是导线在垂直磁场或v方向的投影的长度，如果切割磁感线的导线是弯曲的，则应取与B和v垂直方向上的投影的长度．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练如图1-4-3甲中，半径为r的半圆形导体垂直切割磁感线时，感应电动势E＝BLv≠2Brv.图1-4-3在图1-4-3乙中，长为L的导体棒垂直切割磁感线时，其感应电动势E＝BLvsinθ≠BLv.自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练(3)导体转动垂直切割磁感线时如图1-4-4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ω匀速转动，磁感应强度为B，ab棒所产生的感应电动势大小可用下面两种方法推出．图1-4-4自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练方法一：棒上各处速率不等，故不能直接用公式E＝BLv求，由v＝ωr可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算．v＝ωL2，E＝BLv＝12BL2ω，E＝12BL2ω.方法二：设经过Δt时间ab棒扫过的扇形面积为ΔS，则ΔS＝12Lω·ΔtL＝12L2ω·Δt，变化的磁通量为ΔΦ＝B·ΔS＝12BL2ω·Δt.所以E＝nΔΦΔt＝nBΔSΔt＝12BL2ω(n＝1)．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练公式E＝nΔΦΔt与E＝BLvsinθ的区别(1)研究对象不同E＝nΔΦΔt研究整个闭合回路，求得的是整个回路的感应电动势；E＝BLvsinθ研究的是闭合回路上的一部分，即做切割磁感线运动的导线，求得的是部分导体上的感应电动势．(2)适用范围不同E＝nΔΦΔt适用于各种电磁感应现象；E＝BLvsinθ只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练(3)实际应用不同E＝nΔΦΔt应用于磁感应强度变化所产生的电磁感应现象较方便：E＝BLvsinθ应用于导线切割磁感线所产生的电磁感应现象较方便．(4)E的意义不同E＝nΔΦΔt求得的是平均感应电动势，当Δt→0时，E＝nΔΦΔt可表示瞬时感应电动势；E＝BLvsinθ求得的是瞬时感应电动势，当v表示Δt时间内的平均速度时，E＝BLvsinθ可表示平均感应电动势．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练特别提醒感应电动势是标量，但有方向，在内电路中电流的方向与电动势的方向相同．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练法拉第电磁感应定律的应用【典例1】一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10Ω、面积为0.04m2，置于水平面上．若线框内的磁感应强度在0.02s内由竖直向下从1.6T均匀减少到零，再反向均匀增加到2.4T．则在此时间内，线圈内导线中的感应电流大小为__________A，从上向下俯视，线圈中电流的方向为________时针方向．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练解析根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt＝nΔBΔtS＝nB2＋B1ΔtS＝10×2.4＋1.6×0.040.02V＝80V所以I＝ER＝8010A＝8A自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练根据楞次定律，磁感应强度B从B1开始均匀减少到零的过程中，感应电流的磁场阻碍原磁通的减少，与原磁通的方向同向，感应电流的方向是顺时针的．接着磁感应强度B从零开始反方向均匀增加到B2，这个过程中，穿过闭合线圈的磁通量反方向增加，感应电流的磁场要阻碍原磁场的增加，其方向是竖直向下，再根据安培定则判断感应电流的方向仍然是顺时针的．答案8顺自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练借题发挥(1)电磁感应问题，由法拉第电磁感应定律求出感应电动势后，就将电磁感应问题转化为电路问题，运用电路有关知识求解．(2)利用图象分析问题时，应首先确定纵、横坐标的含义，分析图象的斜率、截距等的含义．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【变式1】(单选)(2011·昌平区高一检测)穿过某闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图1-4-5中的①～④所示，下列说法正确的是()．图1-4-5自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练A．图①有感应电动势，且大小恒定不变B．图②产生的感应电动势一直在变大C．图③在0～t1时间内的感应电动势是t1～t2时间内感应电动势的2倍D．图④产生的感应电动势先变大再变小解析感应电动势E＝ΔΦΔt，而ΔΦΔt对应Φt图象中图线的斜率，根据图线斜率的变化情况可得：①中无感应电动势；②中感应电动势恒定不变；③中感应电动势0～t1时间内的大小是t1～t2时间内大小的2倍；④中感应电动势先变小再变大．答案C自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【典例2】如图1-4-6所示，三角形金属导轨EOF上放有一金属杆AB，在外力作用下，使AB保持与OF垂直，以速度v匀速从O点开始右移，若导轨与金属棒均为粗细相同的同种金属制成，则下列判断正确的是()．A．电路中的感应电流大小不变B．电路中的感应电动势大小不变C．电路中的感应电动势逐渐增大D．电路中的感应电流逐渐减小运动导体切割磁感线产生的电动势图1-4-6自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练思路点拨本题考查用公式E＝Blvsinθ求感应电动势．解题关键是正确推导出感应电动势和感应电流的表达式．解析导体棒从O开始到如题图所示位置所经历时间设为t，∠EOF＝θ，则导体棒切割磁感线的有效长度L⊥＝OB·t