【物理】2019届一轮复习人教版法拉第电磁感应定律教案

【物理】2019届一轮复习人教版法拉第电磁感应定律教案

第41讲 法拉第电磁感应定律 ‎【教学目标】‎ ‎1.能应用法拉第电磁感应定律、公式E＝Blv计算感应电动势.‎ ‎2.理解自感、涡流的产生，并能分析实际应用． ‎ ‎【教学过程】‎ ‎ ‎ ‎★重难点一、法拉第电磁感应定律的应用★‎ ‎1．磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 意义 某时刻穿过某个面的磁感线的条数 某段时间内穿过某个面的磁通量变化多少 穿过某个面的磁通量变化的快慢 大小 Φ＝B·Scos θ ΔΦ＝Φ2－Φ1‎ ΔΦ＝B·ΔS ΔΦ＝S·ΔB ＝B或＝ 注意 若有相反方向磁场，磁通量可能抵消 转过180°前后穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零 既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少．实际上，它就是单匝线圈上产生的感应电动势，即E＝ ‎2.法拉第电磁感应定律应用的几种情况 ‎(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，‎ 则E＝n；‎ ‎(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，‎ 则E＝n；‎ ‎(3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。‎ ‎3．在图象问题中磁通量的变化率是Φ－t图象上某点切线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。‎ ‎3．应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤 ‎(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况；‎ ‎(2)利用楞次定律确定感应电流的方向；‎ ‎(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。‎ ‎4．应用电磁感应定律应注意的三个问题 ‎(1)公式E＝n是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。‎ ‎(2)用公式E＝n求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积。‎ ‎(3)通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关，与时间长短无关。推导如下：q＝IΔt＝·Δt＝。‎ ‎【典型例题】如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B。在此过程中，线圈中产生的感应电动势为 (　　)‎ A.　　 B. C. D. ‎【答案】B ‎【解析】磁感应强度的变化率＝＝，法拉第电磁感应定律公式可写成E＝n＝nS，其中磁场中的有效面积S＝a2，代入得E＝n，选项B正确，A、C、D错误。‎ ‎★重难点二、导体切割磁感线产生感应电动势的计算★‎ ‎1．导体平动切割磁感线 对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式E＝Blv，应注意以下几个方面：‎ ‎(1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需B、l、v三者相互垂直。‎ ‎(2)对应性：若v为平均速度，则E为平均感应电动势，即E＝Bl。若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势。‎ ‎(3)有效性：公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度。图中有效长度分别为：‎ 甲图：l＝cdsin β；‎ 乙图：沿v1方向运动时，l＝MN；沿v2方向运动时，l＝0.‎ 丙图：沿v1方向运动时，l＝R；沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R。‎ ‎(4)相对性：E＝Blv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动，应注意速度间的相对关系。‎ ‎2．导体转动切割磁感线 当导体棒在垂直于磁场的平面内，绕其一端为轴，以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E＝Bl＝Bl2ω，如图所示。‎ ‎3．感应电动势两个公式的比较 公式 E＝n E＝Blv 导体 一个回路 一段导体 适用 普遍适用 导体切割磁感线 意义 常用于求平均电动势 既可求平均值也可求瞬时值 联系 本质上是统一的，后者是前者的一种特殊情况。但是，当导体做切割磁感线运动时，用E＝Blv求E比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化时，用E＝n求E比较方便 ‎【典型例题】如图所示，abcd为水平放置的平行光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计，已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则 (　　)‎ A．电路中感应电动势的大小为 B．电路中感应电流的大小为 C．金属杆所受安培力的大小为 D．金属杆的热功率为 ‎【审题指导】‎ ‎(1)金属杆切割磁感线的有效长度为l。‎ ‎(2)计算安培力的公式F＝BIL中L应为。‎ ‎【答案】　B ‎【解析】　金属杆的运动方向与金属杆不垂直，电路中感应电动势的大小为E＝Blv(l为切割磁感线的有效长度)，选项A错误；电路中感应电流的大小为I＝＝＝，选项B正确；金属杆所受安培力的大小为F＝BIL′＝B··＝，选项C错误；金属杆的热功率为P＝I2R＝·＝，选项D错误。‎ ‎★重难点三、自感现象的分析★‎ ‎1.通电自感和断电自感的比较 通电自感 断电自感 电路图 器材要求 A1、A2同规格 R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)‎ 现象 在S闭合瞬间，灯A2立即亮起来，灯A1逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，灯A渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭 原因 由于开关闭合时流过电感线圈的电流迅速增大，线圈中产生了自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过灯A1的电流比流过灯A2的电流增加得慢 S断开时，线圈L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；灯A中电流反向不会立即熄灭。若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄灭前要闪亮一下；若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则灯A逐渐熄灭，不再闪亮一下 能量转化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能 ‎2．自感现象的四大特点 ‎(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。‎ ‎(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。‎ ‎(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。‎ ‎(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。‎ ‎3．断电自感中，灯泡是否闪亮问题 ‎(1)通过灯泡的自感电流大于原电流时，灯泡闪亮。‎ ‎(2)通过灯泡的自感电流小于等于原电流时，灯泡不会闪亮。‎ ‎4．自感线圈中电流的变化规律 通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流是逐渐变大；断电过程中，电流是逐渐变小，此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路。‎ ‎5．三点注意、三个技巧 ‎【典型例题】 (多选)如图所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大、电阻可以忽略的带铁芯的线圈，则: （ ）‎ A．开关S闭合瞬间，A、B同时发光，随后A灯变暗直至熄灭，B灯变亮 B．开关S闭合瞬间，B灯亮，A灯不亮 C．断开开关S的瞬间，A、B灯同时熄灭 D．断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，A灯突然闪亮一下再熄灭 ‎【答案】　AD ‎【解析】因线圈的自感系数很大，电阻可忽略，故闭合开关瞬间，线圈对电流的阻碍作用极大，相当于断路，故A、B同时发光，且亮度相同，当稳定后，线圈相当于导线，A灯短路，B灯两端电压为电源电压，亮度比闭合瞬间更亮，故选项A正确，选项B错误；断开开关瞬间，B灯立即熄灭，而线圈中的电流不会立即消失，线圈相当于一个电源使A灯中会有一短暂电流，从而使A灯会亮一下再熄灭，故选项C错误、选项D正确。‎