人教版物理选修3-2 第4章第4节 法拉第电磁感应定律

人教版物理选修3-2 第4章第4节 法拉第电磁感应定律

第4章 第四节 法拉第电磁感应定律 第四节　法拉第电磁感应定律 课标定位 学习目标：1.知道感应电动势、反电动势的概念， 了解反电动势的作用． 2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的 物理量及与磁通量的变化量的区别． 3．理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式, 能用它来解答有关问题． 4．知道公式E＝Blvsinθ的推导，理解并会用它解 答有关问题． 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第 四 节　 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 课前自主学案 课前自主学案 一、感应电动势 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相当于_____. 2．在电磁感应现象中，既然闭合电路中有_______ _______，这个电路就一定有_________；电路断开 时，虽然没有感应电流，但___________依然存在. 二、电磁感应定律 1．定律内容：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． 感应电动 势 电源 磁通量 的变化 感应电流 感应电动势 变化率 2．表达式：E＝_______(单匝线圈)，E＝_____(多 匝线圈)． 三、导体切割磁感线时的感应电动势 1．导体棒垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时， 如图4－4－1.E＝____. ΔΦ/Δt Blv 图4－4－1　　　图4－4－2 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4－4－2，E＝_________. 四、反电动势 电机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的_____ 电源电动势作用的感应电动势． Blv sinθ 反抗 核心要点突破 物理量 单位 物理意义 计算公式 磁通量Φ Wb 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 Φ＝B·S⊥ 物理量 单位 物理意义 计算公式 磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程 中穿过某一面积 的磁通量变化的 多少 ΔΦ＝Φ2－Φ1 磁通量的 变化率 Wb/s 表示穿过某一面 积的磁通量变化 的快慢 即时应用(即时突破，小试牛刀) 1．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 二、对公式E＝Blvsinθ的理解 1．对公式中各量的理解 (1)对θ的理解 当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应 电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时， θ＝0°，感应电动势为零． (2)对l的理解 式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度， 如果导线不和磁场垂直， l应是导线在磁场垂直方 向投影的长度，如果切割磁感线的导线是弯曲的， 如图4－4－3所示，则应取与B和v垂直的等效直线 长度，即ab的弦长． 图4－4－3 (3)对v的理解 ①公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当 导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生. ②公式E＝Blv一般用于导线各部分切 割磁感线速度相同的情况，若导线各 部分切割磁感线的速度不同，可取其 平均速度求电动势．如图4－4－4所示， 图4－4－4 即时应用(即时突破，小试牛刀) 2．如图4－4－5所示的几种情况中，金属导体中产 生的感应电动势为Blv的是(　　) 图4－4－5 A．乙和丁 B．甲、乙、丁 C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙 解析：选B.甲、乙、丁中切割磁感线的有效长度均 为l，故B对． 三、电磁感应现象中的电路问题 1．分析电路 在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发 生变化的回路将产生感应电动势．若回路闭合，则 产生感应电流，感应电流引起热效应等，所以电磁 感应问题常与电路知识综合考查．解决与电路相联 系的电磁感应问题的基本方法是： (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导 体或电路就是电源，其他部分是外电路． (2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小, 用楞次定律确定感应电动势的方向． (3)画等效电路图．分清内外电路，画出等效电路 图是解决此类问题的关键． (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电 功率、电热等公式联立求解． 如图4－4－6所示，水平放置 的平行金属导轨相距l＝0.50 m，左 端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度 B＝0.40 T的匀强磁场方向垂直于导 轨平面．导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地 沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计， 当ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求: 课堂互动讲练 E＝Blv的应用和电势高低的判断 图4－4－6 (1)ab棒中感应电动势的大小； (2)回路中感应电流的大小； (3)ab棒中哪端电势高； (4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小． 【思路点拨】　这是一个导体做切割磁感线运动产 生感应电动势的问题．感应电动势的大小可由公式 E＝Blv求出；感应电流的大小可由闭合电路欧姆 定律求出；匀速运动时，水平外力的大小应该与安 培力的大小相等． 【答案】　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)a端高　(4)0.8 N 【规律总结】　导体切割磁感线产生感应电动势 时，切割磁感线的导体可等效于电源，沿其中的 电流方向电势升高，即四指指向电势高的一端． 变式训练1　(2010年高考大纲全国卷Ⅰ)某地的地 磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为 4.5×10－5T.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.下列说法正确的是(　　) A．河北岸的电势较高 B．河南岸的电势较高 C．电压表记录的电压为9 mV D．电压表记录的电压为5 mV 解析：选AC.由E＝Blv＝(4.5×10－5×100×2)V＝ 9×10－3V＝9 mV，可知电压表记录的电压为9 mV, 选项C正确、D错误；从上往下看，画出水流切割 磁感线示意图如图所示，据右手定则可知北岸电势 高，选项A正确、B错误． 如图4－4－7所示，两端开 口半径为r的裸导体圆环，右端与 固定电阻相连，左端上架一长度 大于2r的裸导线MN，电路的固定电阻为R，其 余电阻忽略不计，圆内有垂直于平面的匀强磁 场．如果环内匀强磁场的磁感应强度为B，MN 从圆环的左端滑到右端所经过的时间为t，试求 这一过程中电阻R上通过的电荷量． 公式E＝nΔΦ/Δt的应用 图4－4－7 如图4－4－8甲所示的螺线管，匝数n＝1500 匝，横截面积S＝20 cm2，电阻r＝1.5 Ω，与螺线 管串联的外电阻R1＝3.5 Ω，R2＝2.5 Ω，向右穿过 螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变 化.求： 电磁感应电路的计算 图4－4－8 (1)螺线管产生的感应电动势大小； (2)通过螺线管的电流大小和方向； (3)螺线管两端的电压大小，并判断M、P两端的 电势高低． 【思路点拨】 【答案】　(1)6 V (2)0.8 A　M→a→c→b→P→M (3)4.8 V　M端电势高 【规律总结】　解决电磁感应电路问题时，首先明 确哪部分相当于电源，哪部分相当于外电路，然后 根据电路知识进行求解．其次要注意等效电源两端 的电压是路端电压，不等于电动势． 变式训练2　(2011年邹城高二检测) 如图4－4－9所示，在宽为0.5 m 的 平行导轨上垂直导轨放置一个有效 电阻为r＝0.6 Ω的直导体棒，在导 轨的两端分别连接两个电阻R1＝4 Ω、R2＝6 Ω， 其他电阻不计．整个装置处在垂直导轨向里的匀强 磁场中，磁感应强度B＝0.1 T．当直导体棒在导轨 上以v＝6 m/s的速度向右运动时，求：直导体棒两 端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小． 图4－4－9 解析：由题意可画出如图所示的电路图，则感应 电动势 答案：0.24 V　0.06 A　0.04 A