高中物理 第一章 电磁感应 第六节 法拉第电磁感应定律素材 粤教版选修3-2（通用）

高中物理 第一章 电磁感应 第六节 法拉第电磁感应定律素材 粤教版选修3-2（通用）

第六节 法拉第电磁感应定律（二） ‎ ‎【思维激活】‎ 铜球在一磁铁磁极附近下落，它会受到影响吗？绝缘体球呢？‎ 提示：铜球在磁铁磁极附近下落时会受到影响，因为穿过铜球的磁通量会变化，铜球自成回路会产生感应电流，会受到阻碍；绝缘体不会受到影响，因为在绝缘体中不会产生电流。‎ ‎【自主整理】‎ ‎1.由于电磁感应，在闭合电路中产生感应电流，而处于磁场中的感应电流往往又受到安培力作用，而安培力做功则会带来能量的转化。‎ ‎2.电磁流量计是由流量传感器和转换器两大部分组成。‎ 能量转化：电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功转变而来的，克服安培力做了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功使电阻发热转变成内能。‎ ‎【高手笔记】‎ 应用公式E=计算电动势大小应注意以下几点：‎ ‎（1）E=适用于线圈为单匝的情况，如果线圈共有n匝的话，由于这n匝线圈是一种串联的关系，则电路中的总电动势E=n，这是在有关计算时一定要加以注意的。‎ ‎（2）这个公式适用于任何原因引起回路中磁通量变化而产生的电动势的计算。‎ ‎（3）在应用E=n时，一定要理解和区分、、的不同含义，且E只与有关。‎ ‎（4）若是因为B的变化而产生电动势，公式可写为E=nS。若是因为S的变化而产生电动势，则公式可写为E=nB。‎ ‎（5）利用此公式计算得到的感应电动势是时间内的平均值。‎ ‎【名师解惑】‎ ‎1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的意义不同。‎ ‎（1）磁通量Φ是穿过某一面积的磁感线的条数；磁通量的变化量ΔΦ=Φ2－Φ1表示磁通量变化了多少，不管时间长短；磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢。‎ ‎（2）三个量之间无关系。磁通量Φ很大时，磁通量的变化量ΔΦ可能很小。同理，当磁通量的变化量ΔΦ很大时，磁通量的变化率可能很小。‎ ‎（3）磁通量Φ是状态量；磁通量的变化量ΔΦ是过程量；磁通量的变化率有两种情况，瞬时变化率是状态量、平均变化率是过程量。‎ ‎（4）磁通量的变化量ΔΦ与电路感应电动势无关，而磁通量的变化率与电路中的感应电动势相联系，是正比关系，也可理解成等于单匝线圈上的感应电动势。‎ ‎【讲练互动】‎ ‎1.如图‎1-6-1‎所示，导轨是水平的导轨，间距L1=‎0.5 m，ab杆与导轨左端的距离L2=‎0.8 m，由导轨与ab杆所构成的回路的总电阻R=0.2Ω，方向竖直向下的匀强磁场的磁感应强度B0=1 T，重物的质量M=‎0.04 kg，用细绳通过定滑轮与ab杆的中点相连，各处的摩擦均可忽略不计。‎ 图‎1-6-1‎ 现使磁场以=0.2 T/s的变化率均匀地增大，试求当t为多少秒时，M刚好离开地面(取g=‎10 m/s2)？‎ 解析：因为磁场在变化，在闭合回路中产生的是感生电动势，根据楞次定律和左手定则知ab受到的安培力方向向左，当F安≥Mg时，重物将被拉起。‎ 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E==L‎1L2，回路中的感应电流为I=‎ ab杆所受的安培力F安=BL1I=（B0+t）L1I，‎ 联立上述四个方程解得：‎ t= ()2-B0=5 s.‎ 答案：5 s ‎2.如图‎1-6-2‎所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时，线框ab的运动情况是（ ）‎ 图‎1-6-2‎ A.保持静止不动 B.逆时针转动 C.顺时针转动 D.发生转动，因电源正负极不明，无法确定转动方向 解析：根据图示电路，线框ab所处位置的磁场为水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流增加，则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少。Φ=BSsinθ，θ为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原来磁场的变化，则线框ab只有顺时针旋转才能使θ角有增大的趋势，而使穿过线圈的磁通量增加，则答案C正确。注意此题并不需要明确电源的极性。‎ 答案：C ‎【变式训练二】‎ ‎1.如图‎1-6-3‎ 所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面，先后两次将线圈从同一位置匀速地拉出有界磁场，第一次拉出时的速度为υ，第二次拉出时的速度为2υ。这两次拉出线圈的过程中，下列说法错误的是（ ）‎ 图‎1-6-3‎ A.线圈中的感应电流之比为1∶2‎ B.线圈中产生的电热之比为1∶2‎ C.施力的方向与速度方向相同，外力的功率之比为1∶2‎ D.流过线圈任一截面的电荷量之比为1∶1‎ 答案：C ‎【体验探究】‎ ‎【问题】既然感应电路中有电动势，那么电动势的大小与什么有关系呢？‎ ‎【导思】感应电动势的大小受磁通量改变快慢的影响，将通电线圈插入螺线管中，观察闭合电路中G表指针偏转角。‎ ‎【探究】如图‎1-6-4‎所示，分别快速和慢速将通电线圈插入螺线管内，就会发现快速插入比慢速插入时，G中指针偏转角度明显要大。‎ 图‎1-6-4‎ 在电路组成元件不变的情况下，分别将带铁芯的和不带铁芯的线圈插入螺线管内，就会发现电流表的偏转角度没有改变。‎ 将带铁芯的和不带铁芯的线圈分别插入螺线管内，电流表的偏转角度没有改变，说明磁通量变化的大小不影响感应电动势的大小。‎ 不管是快速插入还是慢速插入，对闭合回路而言，其磁通量的变化是一样的，但用的时间不同。可见，磁通量变化快，闭合回路中产生的感应电流就大。由电路的知识可知，电流大是因为电源提供的电压大，也就是说，回路中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大。‎ 结论：我们用单位时间内磁通量的变化来表示磁通量变化的快慢，称为磁通量的变化率，表示为。‎ 法拉第电磁感应定律的内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。用公式表示为E=k，其中k为比例常数。上述各物理量均用国际单位制时，k=1，公式可写为E=。‎