人教版物理选修3-2导学案4.4法拉第电磁感应定律正式版

第四章电磁感应第4节法拉第电磁感应定律【学习目标】1．法拉第电磁感应定律的内容及推论（导体棒切割磁场时的感应电动势公式），并会应用化公式进行计算。2．能区别磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率【重点、难点】应用公式计算。预习案【自主学习】1．在电磁感应现象中产生的电动势，叫做产生感应电动势的那部分导体就相当于，导体的电阻相当于2．电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的正比，表达式E＝ΔΦΔt(单匝线圈)，E＝nΔΦΔt(多匝线圈)．当导体切割磁感线产生感应电动势时E＝(B、l、v两两垂直)，E＝(v⊥l但v与B夹角为θ)．3．关于感应电动势，下列说法中正确的是()A．电源电动势就是感应电动势B．产生感应电动势的那部分导体相当于电源C．在电磁感应现象中没有感应电流就一定没有感应电动势D．电路中有电流就一定有感应电动势4．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少2Wb，则()A．线圈中感应电动势每秒钟增加2VB．线圈中感应电动势每秒钟减少2VC．线圈中无感应电动势D．线圈中感应电动势保持不变5．一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场中自由下落，并始终保持水平方向且与磁场方向垂直．如图1所示，则有()图1A．Uab＝0B.a端电势高于b端，Uab保持不变C．a端电势高于b端，Uab越来越大D．a端电势低于b端U，Uab越来越大【学始于疑】探究案【合作探究一】区分好磁通量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计算公式磁通量Φ表示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ΔΦ表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少磁通量的变化率ΔΦΔt表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢特别提醒①对Φ、ΔΦ、ΔΦΔt而言，穿过一匝线圈和穿过n匝是一样的。②磁通量和磁通量的变化率的大小没有直接关系，Φ很大时，ΔΦΔt可能很小，也可能很大；某时刻Φ＝0时，但含该时刻的某段时间内ΔΦ可能不为零，ΔΦΔt可能不为零．归纳总结【合作探究二】试根据法拉第电磁感应定律推导E=BLV，并说明公式适用条件归纳总结：【课堂小结/本节知识网络】【思考】当导体棒切割速度与磁场垂直时，如何求感应电动势？【当堂检测】1．1．一个200匝、面积为20cm2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0.05s内由0.1T增加到0.5T，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；线圈中感应电动势的大小是________V.2．下列说法正确的是()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．线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D．线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大3．3．如图2所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，一根跟磁场垂直长20cm的导线以2m/s的速度运动，运动方向垂直导线与磁感线成30°角，则导线中的感应电动势为________．图24．4．在磁感应强度为B的匀强磁场中，长为l的金属棒OA在垂直于磁场方向的平面内绕O点以角速度ω匀速转动，如图3所示，求：金属棒OA上产生的感应电动势．图3【课后巩固】1．当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是()A．线圈中一定有感应电流B．线圈中一定有感应电动势C．感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比D．感应电动势的大小跟线圈的电阻有关2．一根直导线长0.1m，在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中以10m/s的速度匀速运动，则导线中产生的感应电动势的说法错误的是()A．一定为0.1VB．可能为零C．可能为0.01VD．最大值为0.1V3．无线电力传输目前取得重大突破，在日本展出了一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力．两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图1所示．下列说法正确的是()图1A．若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势B．只有A线圈中输入变化的电流，B线圈中才会产生感应电动势C．A中电流越大，B中感应电动势越大D．A中电流变化越快，B中感应电动势越大4．闭合回路的磁通量Φ随时间t的变化图象分别如图2所示，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，其中正确的是()图2A．图甲回路中感应电动势恒定不变B．图乙回路中感应电动势恒定不变C．图丙回路中0～t1时间内感应电动势小于t1～t2时间内感应电动势D．图丁回路中感应电动势先变大后变小5．如图3所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面向里，MN线与线框的边成45°角，E、F分别是PS和PQ的中点．关于线框中的感应电流，正确的说法是()图3A．当E点经过边界MN时，线框中感应电流最大B．当P点经过边界MN时，线框中感应电流最大C．当F点经过边界MN时，线框中感应电流最大D．当Q点经过边界MN时，线框中感应电流最大6．如图4(a)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(b)所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计．图4求0至t1时间内(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量．【答案】自主学习：1．感应电动势．、电源、电源的内阻．2．变化率．E＝Blv(B、l、v两两垂直)，E＝Blvsin_θ(v⊥l但v与B夹角为θ)．3．B解析电源电动势的来源很多，不一定是由于电磁感应产生的，所以选项A错误；在电磁感应现象中，如果没有感应电流，也可以有感应电动势，C错误；电路中的电流可能是由化学电池或其它电池作为电源提供的，所以有电流不一定有感应电动势．4．D5．D当堂检测:1．4×10－48×10－31.6解析磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，应该用公式ΔΦ＝ΔBSsinθ来计算，所以ΔΦ＝ΔBSsinθ＝(0.5－0.1)×20×10－4×0.5Wb＝4×10－4Wb磁通量的变化率为ΔΦΔt＝4×10－40.05Wb/s＝8×10－3Wb/s，感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得E＝nΔΦΔt＝200×8×10－3V＝1.6V2．D解析线圈中产生的感应电动势E＝nΔΦΔt，即E与ΔΦΔt成正比，与Φ或ΔΦ的大小无直接关系．磁通量变化得越快，即ΔΦΔt越大，产生的感应电动势越大，故只有D正确．3．0.2V解析E＝Blvsin30°＝(1×0.2×2×sin30°)V＝0.2V4．12Bl2ω解析由v＝rω，可知各点处速度与该点到O点的距离r成正比，速度都与棒垂直，我们可以求出棒OA上各点的平均速度v＝l2ω，即与棒中点的速度相同．(只有成正比例的量，中点值才等于平均值)可得E＝Blv＝Bl·l2ω＝12Bl2ω.点评当导体棒转动切割磁感线时，若棒上各处磁感应强度B相同，则可直接应用公式E＝12Bl2ω.课后巩固：1．B解析穿过闭合电路的磁通量发生变化时才会产生感应电流，感应电动势与电路是否闭合无关，且感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比．2．A解析当公式E＝Blv中B、l、v互相垂直而导体切割磁感线运动时感应电动势最大：Em＝Blv＝0.1×0.1×10V＝0.1V，考虑到它们三者的空间位置关系，B、C、D正确，A错．3．BD解析根据产生感应电动势的条件，只有处于变化的磁场中，B线圈才能产生感应电动势，A错，B对；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量变化率，所以C错，D对．4．B解析因E＝ΔΦΔt，则可据图象斜率判断知图甲中ΔΦΔt＝0，即电动势E为0；图乙中ΔΦΔt＝恒量，即电动势E为一恒定值；图丙中E前E后；图丁中图象斜率ΔΦΔt先减后增，即回路中感应电动势先减后增，故只有B选项正确．5．B解析当P点经过边界MN时，切割磁感线的有效长度最大为SR，感应电流达到最大．6．答案(1)nB0πr223Rt0从b到a(2)nB0πr22t13Rt02n2B20π2r42t19Rt20解析(1)由图象分析可知，0至t1时间内ΔBΔt＝B0t0.由法拉第电磁感应定律有E＝nΔΦΔt＝nΔBΔt·S，而S＝πr22.由闭合电路欧姆定律有I1＝ER1＋R.联立以上各式得，通过电阻R1上的电流大小I1＝nB0πr223Rt0.由楞次定律可判断通过电阻R1上的电流方向从b到a.(2)通过电阻R1上的电量：q＝I1t1＝nB0πr22t13Rt0电阻R1上产生的热量：Q＝I21R1t1＝2n2B20π2r42t19Rt20