（浙江新高考专用）2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应现象 4 法拉第电磁感应定律课件

第四章电磁感应4法拉第电磁感应定律知识内容选考要求课时要求法拉第电磁感应定律d1.理解磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，能区别磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率.2.理解法拉第电磁感应定律，并能应用解决简单的实际问题.3.能够应用E＝Blv计算导体垂直切割磁感线时的感应电动势.4.了解反电动势的概念，知道电动机由于机械故障停转时烧毁的原因.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实自主预习一、电磁感应定律1.感应电动势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.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)公式：E＝____.若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝_____.(3)在国际单位制中，磁通量的单位是，感应电动势的单位是.电磁感应电源变化率ΔΦΔtnΔΦΔt韦伯(Wb)伏特(V)二、导线切割磁感线时的感应电动势反电动势1.导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图1所示，E＝.2.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2所示，E＝.BlvBlvsinθ图1图23.反电动势(1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的作用的感应电动势.(2)作用：反电动势的作用是线圈的转动.削弱电源电动势阻碍1.判断下列说法的正误.(1)在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势；反之，有感应电动势，就一定有感应电流.()(2)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越大，线圈中产生的感应电动势一定越大.()(3)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.()(4)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.()即学即用×××√2.图3甲、乙中，金属导体中产生的感应电动势分别为E甲＝，E乙＝.图3BlvBlvsinθ重点探究一、对电磁感应定律的理解导学探究如图所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中.(1)快速插入和缓慢插入磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？答案磁通量变化相同，但磁通量变化的快慢不同，快速插入比缓慢插入时指针偏转角度大.(2)分别用一根磁铁和两根磁铁以同样速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？答案用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大，磁通量变化率也较大，指针偏转角度较大.(3)指针偏转角度取决于什么？答案指针偏转角度大小取决于ΔΦΔt的大小.知识深化1.感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt和线圈的匝数n共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系，和电路的电阻R无关.2.当ΔΦ仅由B的变化引起时，则E＝nΔB·SΔt；当ΔΦ仅由S的变化引起时，则E＝nB·ΔSΔt；当ΔΦ由B、S的变化同时引起时，则E＝n|B2S2－B1S1|Δt≠nΔB·ΔSΔt.3.在Φ－t图象中，图象上某点切线的斜率表示磁通量的变化率ΔΦΔt；在B－t图象中，某点切线的斜率表示磁感应强度的变化率ΔBΔt.例1关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是A.穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大B.穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大C.穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0D.穿过线圈的磁通量的变化率越大，所产生的感应电动势就越大√ΔΦΔt解析根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率ΔΦΔt成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系.当磁通量Φ很大时，感应电动势可能很小，甚至为0.当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而ΔΦ增大时，ΔΦΔt可能减小.如图所示，t1时刻，Φ最大，但E＝0；0～t1时间内ΔΦ增大，但ΔΦΔt减小，E减小；t2时刻，Φ＝0，但ΔΦΔt最大，E最大.故D正确.例2如图4甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝1000匝，线圈面积S＝200cm2，线圈的电阻r＝1Ω，线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，求：图4(1)前4s内的感应电动势的大小及电阻R上消耗的功率；答案1V0.16W解析前4s内磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝S(B2－B1)＝200×10－4×(0.4－0.2)Wb＝4×10－3Wb由法拉第电磁感应定律得E＝nΔΦΔt＝1000×4×10－34V＝1V.I＝ER＋r＝15A，PR＝I2R＝(15)2×4W＝0.16W(2)前5s内的平均感应电动势.答案0解析由题图乙知，4～6s内的＝－0.2T/s，则第5s末的磁感应强度B2′＝0.2T，前5s内磁通量的变化量ΔBΔtΔΦ′＝Φ2′－Φ1＝S(B2′－B1)＝200×10－4×(0.2－0.2)Wb＝0由法拉第电磁感应定律得E＝nΔΦ′Δt＝0.二、导线切割磁感线时的感应电动势1.导线切割磁感线时感应电动势表达式的推导如图5所示，闭合电路一部分导线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匀速垂直切割磁感线.则在Δt内穿过闭合电路磁通量的变化量为ΔΦ＝BΔS＝BlvΔt根据法拉第电磁感应定律得E＝＝Blv.ΔΦΔt图52.对公式的理解(1)当B、l、v三个量方向互相垂直时，E＝Blv；当有任意两个量的方向互相平行时，E＝0.(2)当l垂直B，l垂直v，而v与B成θ角时，导线切割磁感线产生的感应电动势大小为E＝Blvsinθ.(3)若导线是曲折的，或导线与速度v不垂直时，E＝Blv中的l应为导线在与v垂直的方向上的投影长度，即有效切割长度.例3如图6所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是图6A.丙和丁B.甲、乙、丁C.甲、乙、丙、丁D.只有乙√解析公式E＝Blv中的l应指导体的有效切割长度，甲、乙、丁中的有效切割长度均为l，感应电动势E＝Blv；而丙的有效切割长度为0，感应电动势为0，故选项B正确.例4如图7所示，导轨OM和ON都在纸面内，导体AB可在导轨上无摩擦滑动，AB⊥ON，若AB以5m/s的速度从O点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，匀强磁场的磁感应强度为0.2T.问：图7(1)第3s末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？答案53m53V解析第3s末，夹在导轨间导体的长度为：l＝vt·tan30°＝5×3×tan30°m＝53m此时：E＝Blv＝0.2×53×5V＝53V(2)3s内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？答案1532Wb523V解析3s内回路中磁通量的变化量ΔΦ＝BS－0＝0.2×12×15×53Wb＝1532Wb3s内电路中产生的平均感应电动势为：E＝ΔΦΔt＝15323V＝523V.1.区别E＝n研究的是整个闭合回路，适用于计算各种电磁感应现象中Δt内的平均感应电动势；E＝Blv研究的是闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体，只适用于计算导体切割磁感线运动产生的感应电动势，可以是平均感应电动势，也可以是瞬时感应电动势.2.联系E＝Blv是由E＝n在一定条件下推导出来的，该公式可看做法拉第电磁感应定律的一个推论.总结提升E＝nΔΦΔt与E＝Blv的比较ΔΦΔtΔΦΔt达标检测1.(对法拉第电磁感应定律的理解)如图8所示，半径为R的n匝线圈套在边长为a的正方形abcd之外，匀强磁场垂直穿过该正方形，当磁场以的变化率变化时，线圈产生的感应电动势的大小为图8ΔBΔtA.πR2ΔBΔtB.a2ΔBΔtC.nπR2ΔBΔtD.na2ΔBΔt√解析由题意可知，线圈中磁场的面积为a2，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势大小为E＝nΔΦΔt＝na2ΔBΔt，故选项D正确.123452.(公式E＝n的应用)(多选)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Φ随时间t的关系图象如图9所示，则A.在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B.在t＝1×10－2s时刻，感应电动势最大C.在t＝2×10－2s时刻，感应电动势为零D.在0～2×10－2s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零√ΔΦΔt图9√t＝1×10－2s时E最大，B对；0～2×10－2s时间内，ΔΦ≠0，E≠0，D错.解析由法拉第电磁感应定律知E∝ΔΦΔt，故t＝0及t＝2×10－2s时刻，E＝0，A错，C对；12345A.12B.22C.1D.23.(公式E＝Blv的应用)如图10所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相互垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为E′.则等于√E′E图1012345解析设折弯前金属棒切割磁感线的长度为L，E＝BLv；折弯后，金属棒切割磁感线的有效长度为l＝L22＋L22＝22L，故产生的感应电动势为E′＝Blv＝B·22Lv＝22E，所以E′E＝22，B正确.12345C.感应电动势的平均值E＝12BavD.感应电动势的平均值E＝14πBav4.(两公式的对比应用)(多选)如图11所示，一导线弯成半径为a的单匝半圆形闭合回路.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向下.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，下列结论正确的是A.感应电动势最大值E＝2BavB.感应电动势最大值E＝Bav√图11√12345解析在半圆形闭合回路进入磁场的过程中，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0，A错误，B正确；平均感应电动势为E＝ΔΦΔt＝B·12πa22av＝14πBav，故D正确，C错误.123455.(公式E＝n的应用)(2017·丽水市高二检测)如图12甲所示，有一匝数为100匝的线圈，单匝线圈的面积为100cm2.线圈总电阻为0.1Ω，线圈中磁场均匀变化，其变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直于线圈平面向里，线圈中产生的感应电动势多大？ΔΦΔt图12答案0.1V12345解析取线圈为研究对象，在1～2s内，其磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(B2－B1)S，磁通量的变化率为ΔΦΔt＝B2－B1St2－t1，由公式E＝nΔΦΔt得E＝100×0.2－0.1×100×10－42－1V＝0.1V.12345课时对点练一、选择题考点一公式E＝n的理解和应用1.将多匝闭合线圈置于仅随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，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.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D.穿过线圈的磁通量变化率为0，感应电动势不一定为012345678910111213√ΔΦΔt12345678910111213解析由法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt知，感应电动势的大小与线圈匝数有关，选项A错误；感应电动势正比于磁通量变化率ΔΦΔt，与磁通量的大小无直接关系，选项B、D错误，C正确.2.如图1，a、b、c为三个同心圆环，在同一个平面内，垂直于此平面向里的磁场局限在b环内部.当磁场减弱时，三个金属圆环中产生的感应电动势大小关系是A.EaEbEcB.EaEbEcC.EaEb＝EcD.Ea＝EbEc√12345678910111213图1解析穿过c环和b环的磁通量相同，根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt，有Eb＝Ec；对a、b两个环，根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt＝nΔBΔtS，由于b环的面积大于a环的面积，故EaEb，选项C正确.A.图①有