2020高中物理 第四章 第四节 法拉第电磁感应定律导学案 新人教版选修3-2

2020高中物理 第四章 第四节 法拉第电磁感应定律导学案 新人教版选修3-2

第四节：法拉第电磁感应定律导学案 ‎ 学习目标：‎ ‎（1）、知道感应电动势及决定感应电动势大小的因素。‎ ‎（2）、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别Φ、ΔΦ、。‎ ‎（3）、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。‎ ‎（4）、知道E=BLV sinθ如何推得。‎ ‎（5）、会用 和E=BLV sinθ解决问题。‎ ‎（6）、通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLV，掌握运用理论知识探究问题的方法。‎ 学习重点：法拉第电磁感应定律探究过程。‎ 学习难点： 和E=BLV sinθ的应用 学习过程 一、知识回顾 ‎1、在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？‎ ‎2、恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？‎ ‎3、在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？‎ ‎4、既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？‎ ‎5、如图所示，在螺线管中插入一个条形磁铁，问 ‎①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,该电路中是否有电流?为什么?‎ ‎②、有感应电流,是谁充当电源?‎ ‎③、图中若电路是断开的，有无感应电流？有无感应电动势？‎ ‎6、产生感应电动势的条件是什么？‎ ‎7、比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？‎ 二、自主学习：‎ ‎（一）、探究影响感应电动势大小的因素 ‎（1）探究目的：感应电动势大小跟什么因素有关？（猜测）‎ ‎（2）探究要求：‎ ‎①、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管，记录表针的最大摆幅。‎ ‎②、迅速和缓慢移动导体棒，记录表针的最大摆幅。‎ ‎③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢的插入拔出螺线管，分别记录表针的最大摆幅；‎ ‎（3）、探究问题：‎ 问题1、在实验中，电流表发生偏转说明什？‎ 问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？‎ 问题3：在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同？‎ ‎（4）、探究过程： 安排学生实验。（能力培养）‎ 上面的实验，我们可用磁通量的变化率来解释：‎ 实验中，将条形磁铁快插入（或拔出）比慢插入或（拔出）时，大，I感 E感 实验结论:电动势的大小与磁通量的变化 有关，磁通量的变化越 电动势越大,磁通量的变化越 电动势越小。‎ ‎（二）、法拉第电磁感应定律 ‎①内容：‎ ‎②表达式：‎ 思考：如图所示。线圈L由导线绕制成n匝，当穿过L的磁通量变化率为ΔΦ/Δt时，则线圈L中产生的感应电动势为多少？‎ 比较：磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ、磁通量的变化率 比较项目 磁通量Φ 磁通量的变化量△Φ 磁通量的变化率 物理意义 表达式 与感应电动势的关系 单位 ‎（三）特例——导线切割磁感线时的感应电动势 思考：如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？‎ 问题讨论： 1.上图的电路中，哪部分导体相当于电源 ？ab导体的运动V与磁感线方向B有何关系？‎ ‎2.若导体运动方向与导体本身垂直，但与磁感方向不垂直，‎ 设v与B夹角为θ（如右图），又如何计算感应电动势的大小呢？‎ 比较：公式E=n与E=BLV sinθ的区别与联系 比较项目 物理意义 范围 联系 研究对象 E=n E=BLVsinθ ‎（四）．反电动势 思考与讨论：如右图所示，电动机线圈中的电流方向以及ab、cd两个边受力的方向都表明。既然线圈在磁场中运动，电动机线圈的转动会产生感应电动势。这个电动势是加强了电源产生的电流，还是削弱了电源的电流？是有利于线圈转动还是阻碍线圈的转动？‎ 讨论：如果电动机因机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？这时应采取什么措施？‎ 典型例题：‎ 例题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、线圈中的磁通量越大，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 例题2：一个匝数为100、面积为‎10cm2的线圈垂直磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求（1）穿过线圈的磁通量变化量？（2）磁通量的变化率？（3）线圈中感应电动势的大小 例题3：如下图所示，是一个水平放置的导体框架，宽度L=‎1.50m，接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上，并能无摩擦地沿框滑动，框架及导体ab电阻均不计，当ab以v=‎4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求：（1）导体ab上的感应电动势的大小和方向？（2）回路上感应电流的大小（3）ab两端的电压是多少？‎ ‎【同类变式】如下图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B。一根长度大于2r的导线MN以速度v 在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻忽略不计。试求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值和最大值以及通过的电量。‎ 例4:如图所示，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所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0. 导线的电阻不计．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．‎ 巩固练习：‎ ‎1．当线圈中的磁通量发生变化时，则（ ）‎ A．线圈中一定有感应电流 B．线圈中一定有感应电动势 C，感应电动势的大小与线圈电阻无关 D．如有感应电流，其大小与线圈的电阻有关 ‎2．闭合电路中产生感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比？（ ）‎ A．磁通量 B．磁感应强度 C．磁通量的变化率 D．磁通量的变化量 ‎3．一个N匝的圆形线圈，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面跟磁场平面成30º角，磁感应强度随时间均匀变化，线圈导线规格不变，下列方法可使线圈中感应电流增加一倍的是（ ）‎ A．将线圈匝数增加一倍 B．将线圈面积增加一倍 C．将线圈半径增加一倍 D．适当改变线圈的取向 ‎4．在竖直向下的匀强磁场中，一根水平放置的金属棒沿水平方向抛出，初速度方向和棒垂直，若棒在运动过程中始终保持水平，则棒两端产生的感应电动势将（ ）‎ A.随时间增大 B.随时间减小 C.不随时间变化 D.难以确定 ‎5．如图所示，电阻为R的金属棒，从图示位置分别以速率v1，v2沿电阻不计的光滑轨道从ab匀速滑到a/b/处，若v1∶v2=1∶2，则在两次移动过程中（ ）‎ A．回路中感应电流强度I1∶I2=1∶2‎ B．回路中产生热量Q1∶Q2=1∶2‎ C．回路中通过截面的总电量q1∶q2=1∶2‎ D．金属棒产生的感应电动势E1：E2=1∶2‎ ‎6. 如图7所示，长为L的金属导线上端悬于C点，下端系一小球A，在竖直向下的匀强磁场中做圆锥摆运动，转动方向如图所示，导线与竖直方向的夹角为θ，摆球的角速度为ω，磁感应强度为B，则金属导线中产生感应电动势的高电势端及大小为(　　)‎ A．C点　BL2ω B．C点　BL2ωsin2 θ C．A点　BL2ω D．A点　BL2ωsin2θ ‎7、用均匀导线做成的正方形线框边长为‎0.2 m，正方形的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中，如图甲所示.当磁场以10 T/s的变化率增强时，线框中点a、b两点间的电势差是（ ）‎ A.Uab=0.1 V      B.Uab=-0.1 V C.Uab=0.2 V       D.Uab=-0.2 V ‎8．如图所示，在一个匀强磁场中，有两个用粗细相同的同种金属导线制成的闭合圆环a和b，它们半径之比为2：1‎ ‎，线圈平面与磁场方向垂直．如果匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大，则a、b环中感应电流之比为多少？感应电流电功率之比为多少？‎ 参考答案 例1、D 例2、（1） （2） （3）1.6V 例3、（1）2.4V由b到a （2）12A （3） 2.4V 同类变式（1）圆环的左端到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值为 最大值为（2）通过的电荷量通过的电荷量为 例4 、（1） （2） ‎ 巩固练习1、BCD 2、C 3、CD 4、C 5、ABD 6、B 7、B 8、电流的比为2:1，电功率的比为 8: 1‎