2020版高中物理第三章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第三章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律学案新人教版选修1-1

第2讲　法拉第电磁感应定律 ‎[目标定位]　1. 知道什么是感应电动势.2.理解磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率三者的联系与区别.3.了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单问题.4.培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力.‎ 一、感应电动势 ‎1.在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势，在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.‎ ‎2.感应电动势的大小跟磁通量的变化的快慢有关.‎ ‎3.我们用磁通量的变化率来表示磁通量变化的快慢，它是磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的比值.‎ 想一想　是不是可以说磁通量的变化量越大，磁通量的变化率越大？‎ 答案　不是.磁通量的变化率指单位时间内磁通量的变化量，它们的关系类似于速度的变化量和速度的变化率.‎ 二、法拉第电磁感应定律 ‎1.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.‎ ‎2.公式：E＝n.n为线圈的匝数.ΔΦ是磁通量的变化量.‎ ‎3.国际单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是伏特.‎ ‎4.电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的.各种获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的.‎ 想一想　电磁感应过程中，能量是如何转化的？‎ 答案　电磁感应过程是其他形式的能转化为电能的过程.‎ 一、感应电动势 ‎1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较 ‎(1)Φ是状态量 8‎ ‎，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS.‎ ‎(2)ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.‎ ‎(3)表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化量，又称为磁通量的变化率.‎ ‎(4)磁通量的变化率是Φ－t图象上某点切线的斜率.如图3－2－1所示，t＝0.1 s时，＝0，t＝0、0.2 s、0.4 s、0.6 s 时图线斜率最大，即最大.‎ 图3－2－1‎ ‎2.感应电动势 ‎(1)由电磁感应产生的电动势叫感应电动势.在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.‎ ‎(2)当电路闭合时，回路中有感应电流；当电路断开时，回路中没有感应电流，但感应电动势仍然存在.‎ 例1　把一条形磁铁插入同一个闭合线圈中，第一次是迅速地，第二次是缓慢地，两次初、末位置均相同，则在两次插入的过程中(　　)‎ A.磁通量变化率相同 B.磁通量变化量相同 C.产生的感应电流相同 D.产生的感应电动势相同 答案　B 解析　两次以不同速率进入闭合线圈，磁通量的变化量相同，但是时间不同，则磁通量的变化率不同，感应电动势不同，感应电流也不同.‎ 针对训练1　下列说法正确的是(　　 )‎ A.磁通量大，磁通量变化量一定大 B.磁通量变化大，磁通量变化率一定大 C.磁通量为零，磁通量的变化率为零 8‎ D.磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零 答案　D 解析　磁通量对应一个状态，而磁通量变化对应一个过程，所以磁通量变化的大小与磁通量的大小无直接关系，选项A错误；同理磁通量变化的大小与变化的具体过程有关，包括变化的快慢以及变化的时间，而磁通量的变化率只描述磁通量变化的快慢，所以只有选项D正确.‎ 二、法拉第电磁感应定律 ‎1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的变化率成正比.‎ ‎2.公式：E＝n.‎ n为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量.‎ 电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率.而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然 联系.‎ ‎3.单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt的单位是秒(s)，E的单位是Wb/s，E的国际单位是V.‎ ‎4.电磁感应现象的本质：在电磁感应现象中，一定产生感应电动势，不一定产生感应电流.能否产生感应电动势是电磁感应现象的本质.‎ 例2　穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb，则(　　)‎ A.线圈中感应电动势每秒钟增加6 V B.线圈中感应电动势每秒钟减少6 V C.线圈中感应电动势保持不变 D.线圈中无感应电动势 答案　C 解析　磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb，即电动势保持6 V不变.‎ 针对训练2　如图3－2－2所示，两个半径不同的同心圆线圈置于匀强磁场中，当磁场均匀增大时，线圈1和线圈2产生的感应电动势的关系为(　　)‎ 图3－2－2‎ 8‎ A.E1＝E2 B.E1>E2‎ C.E1E2.‎ 对法拉第电磁感应定律的理解 ‎1.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法正确的是(　　)‎ A.线圈中一定有感应电流 B.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量成正比 C.线圈中一定有感应电动势 D.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比 答案　C 解析　线圈中的磁通量发生变化肯定有感应电动势，但不一定有感应电流，由E＝n知，感应电动势与ΔΦ不成正比.选项C正确.‎ ‎2.穿过某单匝线圈的磁通量随时间的变化关系如图3－2－3所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是(　　)‎ 图3－2－3‎ A.0～2 s B.2～4 s ‎ C.4～6 s D.6～10 s 答案　C 解析　由E＝，E的大小由的大小来决定，只有C正确.‎ 感应电动势大小的计算 ‎3.有一个单匝线圈，在0.2 s内通过它的磁通量从0.02 Wb均匀增加到0.08 Wb，则线圈中的感应电动势为(　　)‎ 8‎ A.0.1‎‎ V B.0.2 V ‎ C.0.3 V D.0.4 V 答案　C 解析　由E＝得E＝ V＝0.3 V，C正确.‎ ‎4.如图3－2－4甲所示，某线圈一共50匝，若穿过线圈的磁通量随时间的变化如图3－2－4乙所示，则a、b两点间的电压是多少？‎ 图3－2－4‎ 答案　50 V 解析　求a、b两点的电压就等于求线圈中的感应电动势，‎ 由图乙得＝ V＝1 V，‎ 故E＝n＝50 V，‎ 所以a、b两点间电压等于50 V.‎ ‎(时间：60分钟)‎ 题组一、对法拉第电磁感应定律的理解 ‎1.关于感应电动势的大小，下列说法正确的是(　　)‎ A.穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大 B.穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零 C.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零 D.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零 答案　D 解析　感应电动势的大小只与线圈的匝数及磁通量的变化率成正比，与其他因素无关.只要回路的磁通量发生变化，感应电动势就一定不为零，D正确.‎ ‎2.感应电动势产生的条件是(　　)‎ 8‎ A.导体必须做切割磁感线的运动 B.导体回路必须闭合，且回路所包围面积内的磁通量发生变化 C.无论导体回路是否闭合，只要它包围面积内的磁通量发生变化 D.导体回路不闭合 答案　C 解析　产生感应电动势的条件是回路中的磁通量发生变化，与回路闭合与否无关，故C选项正确，B、D选项错；磁通量变化的方式很多，不一定是导体切割磁感线，故选项A错.‎ ‎3.如图3－2－5所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列说法中正确的是(　　)‎ 图3－2－5‎ A.在线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且进入时的速度越大，感应电流越大 B.整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，而且电流是恒定的 C.整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大 D.在线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越大，感应电流越大 答案　AD 解析　线圈在进入和穿出磁场时，线圈中有感应电流，且运动速度越大，磁通量变化越快，产生的感应电流越大.当线圈全部进入磁场后，穿过线圈的磁通量始终不变，没有感应电流.‎ ‎4.一个闭合线圈放在变化的磁场中，线圈产生的感应电动势为E.若仅将线圈匝数增加为原来的2倍，则线圈产生的感应电动势变为(　　)‎ A.2E B.E ‎ C. D. ‎ 答案　A 解析　由法拉第电磁感应定律E＝n可知，当仅将线圈的匝数变为原来的2倍时，线圈中的感应电动势变为原来的2倍，故A对，B、C、D错.‎ 8‎ 题组二、感应电动势大小的计算 ‎ ‎5.穿过单匝闭合线圈的磁通量每秒连续均匀地增大4 Wb，则(　　)‎ A.线圈中的感应电动势将均匀增大 B.线圈中的感应电流将均匀增大 C.线圈中的感应电动势将保持4 V不变 D.线圈中的感应电流保持‎2 A不变 答案　C 解析　本题是定性分析和定量计算，其核心仍是对法拉第电磁感应定律的正确理解与应用.由E＝得E＝＝4 V，C项正确；因线圈电阻不一定是2 Ω，D项错误.故正确答案 为C.‎ ‎6.如图3－2－6所示，桌面上放一单匝线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体.当磁体竖直向下运动时，穿过线圈的磁通量将______(选填“变大”或“变小”).在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了0.1 Wb，经历的时间为0.5 s，则线圈中的感应电动势为________V.‎ 图3－2－6‎ 答案　变大　0.2 V 解析　当磁体竖直向下运动时，磁场增强，穿过线圈的磁感线的条数增多，磁通量将变大；由E＝n＝ V＝0.2 V.‎ ‎7.一个200匝、面积为‎20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是________Wb；磁通量的平均变化率是________Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是________V.‎ 答案　8×10－4　1.6×10－2　3.2‎ 解析　ΔΦ＝(B2－B1)S＝(0.5－0.1)×20×10－4 Wb＝8×10－4 Wb ＝ Wb/s＝1.6×10－2 Wb/s 8‎ E＝n＝200×1.6×10－2 V＝3.2 V.‎ ‎8.穿过单匝闭合线圈的磁通量随时间变化的Φ—t图象如图3－2－7所示，由图知0～5 s 线圈中感应电动势大小为________ V，5～10 s 线圈中感应电动势大小为________ V，10～15 s线圈中感应电动势大小为________ V.‎ 图3－2－7‎ 答案　1　0　2‎ 解析　由E＝n，可得0～5 s线圈中感应电动势大小；E1＝ V＝1 V；5～10 s线圈中感应电动势大小E2＝V＝0 V；10～15 s线圈中感应电动势E3＝ V＝－2 V，其大小为2 V.‎ ‎9.如图3－2－8所示，一单匝线圈从左侧进入磁场.在此过程中，‎ 图3－2－8‎ ‎(1)线圈的磁通量将如何变？‎ ‎(2)若上述过程所经历的时间为0.1 s，线圈中产生的感应电动势为0.2 V，则线圈中的磁通量变化了多少？‎ 答案　(1)变大　(2)0.02 Wb 解析　(1)线圈从左侧进入磁场的过程中，穿过线圈的磁感线的条数增加，线圈的磁通量变大.‎ ‎(2)由E＝n得ΔΦ＝EΔt＝0.1×0.2 Wb＝0.02 Wb 8‎