学年高中物理第四章电磁感应第4节法拉第电磁感应定律教学案新人教版选修32.docx

1、学年高中物理第四章电磁感应第4节法拉第电磁感应定律教学案新人教版选修32第4节 法拉第电磁感应定律1.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变化率成正比，与磁通量大小无关。2导线切割磁感线时，感应电动势的大小为EBlvsin ，其中表示v与B之间的夹角。3电动机线圈中产生的反电动势的作用是阻碍线圈的转动。当电动机停止转动时，反电动势消失，电流会很大，容易烧毁电动机。一、电磁感应定律1感应电动势(1)在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。(2)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有

2、感应电流，但感应电动势依然存在。2法拉第电磁感应定律(1)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变化率成正比。(2)公式：E。若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则En。(3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，感应电动势的单位是伏特。二、导线切割磁感线时的感应电动势反电动势1导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图441所示，EBlv。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时，如图442所示，EBlvsin_。 图441 图4423反电动势(1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的削弱电源电动势作用的感应电动势。(2)作用：反电动势的作用是阻碍

3、线圈的转动。如果要使线圈维持原来的转动，电源就要向电动机提供能量，此时，电能转化为其他形式的能。1自主思考判一判(1)产生感应电动势，不一定产生感应电流。()(2)感应电动势的大小与磁通量大小有关。()(3)感应电动势E和磁通量均与线圈匝数有关。()(4)如图443所示，线圈以恒定速度v从图示位置向上离开磁场过程中感应电流逐渐变大。() 图443 图444(5)如图444所示，导体棒平动切割磁感线产生的电动势为Blv。()(6)当线圈减速转动时，也存在反电动势。()2合作探究议一议(1)产生感应电动势的电路一定是闭合的吗？提示：当闭合电路中磁通量发生变化时，会产生感应电动势和感应电流；如果电路

4、不闭合，仍会产生感应电动势，但不会产生感应电流。(2)感应电动势和磁通量都和线圈的匝数成正比吗？提示：感应电动势的大小和线圈匝数成正比，但磁通量和线圈的匝数无关。法拉第电磁感应定律的应用典例一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为()A. B1C2 D4思路点拨线框位于匀强磁场中，磁通量发生均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小。解析根据法拉第电磁感应定律En，设线框匝数为

5、n，面积为S0，初始时刻磁感应强度为B0，则第一种情况下的感应电动势为E1nnB0S0；第二种情况下的感应电动势为E2nnB0S0，所以两种情况下线框中的感应电动势相等，比值为1，故选项B正确。答案B对法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与的大小及的大小没有必然联系。(2)计算感应电动势时，常有以下三种情况：ES，即面积不变，磁感应强度变化；EB，即面积改变，磁感应强度不变；E，即面积和磁感应强度都改变。1闭合回路的磁通量随时间t的变化图像分别如图445所示，关于回路中产生的感应电动势的下列论述，其中正确的是()图445A图甲回路中感应电动势恒定不变B

6、图乙回路中感应电动势恒定不变C图丙回路中0t1时间内感应电动势小于t1t2时间内感应电动势D图丁回路中感应电动势先变大后变小解析：选B因E，则可据图像斜率判断知图甲中0，即电动势E为0；图乙中恒量，即电动势E为一恒定值；图丙中E前E后；图丁中图像斜率先减小后增大，即回路中感应电动势先减小后增大，故只有B选项正确。2一个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成30角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少？解析：磁通量的变化是由磁场的变化引起的，应该用公式BSsin

7、 来计算，所以BSsin (0.50.1)201040.5 Wb4104 Wb磁通量的平均变化率Wb/s8103 Wb/s感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律计算En2008103 V1.6 V。答案：4104 Wb8103 Wb/s1.6 V平均电动势与瞬时电动势的求解平均电动势与瞬时电动势的比较EnEBlvsin 区别物理意义不同求的是t时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应适用范围不同求的是整个电路的感应电动势。整个电路的感应电动势为零时，其电路中某段导体的感应电动势不一定为零求的是电路中一部分导体切割磁感线时产生的感应

8、电动势研究对象不同由于是整个电路的感应电动势，因此研究对象即电源部分不容易确定由于是一部分导体切割磁感线产生的感应电动势，该部分就相当于电源联系公式En和EBlvsin 是统一的，当t0时，E为瞬时感应电动势，而公式EBlvsin 中的v若代入平均速度，则求出的E为平均感应电动势典例如图446所示，边长为0.1 m的正方形线圈ABCD在大小为0.5 T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1 s线圈转了90，求：图446(1)线圈在1 s时间内产生的感应电动势的平均值。(2)线圈在1 s末时的感应电动势大小。解析初始时刻线圈平面与磁感线平行，所以穿过线圈的磁通量为

9、零，而1 s末线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，故有磁通量变化，有感应电动势产生。(1)根据E可得在转过90的过程中产生的平均感应电动势E0.50.10.1 V0.005 V。(2)当线圈转了1 s时，恰好转了90，此时线圈的速度方向与磁感线的方向平行，线圈的BC段不切割磁感线(或认为切割磁感线的有效速度为零)，所以线圈不产生感应电动势，E0。答案(1)0.005 V(2)0(1)某一位置或某一时刻的瞬时感应电动势一般用EBlv求解，而En一般用于求某一段时间或某一过程的平均感应电动势，其中t为对应的这段时间。(2)平均感应电动势不一定是最大值与最小值的平均值，需根据法拉第电磁感应定律求解。

10、1.如图447所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论错误的是()图447A感应电流方向不变BCD段直线始终不受安培力C感应电动势最大值EBavD感应电动势平均值Bav解析：选B感应电动势公式E只能用来计算平均值，利用感应电动势公式EBlv计算时，l应是等效长度，即垂直切割磁感线的长度。在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确。根据左手定则可以判断，CD段受

11、安培力向下，B不正确。当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为a，这时感应电动势最大为EBav，C正确。感应电动势平均值Bav，D正确。2.如图448所示，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在平面与磁感线垂直，经过t时刻转过120角，求：图448(1)线框内感应电动势在t时间段内的平均值；(2)转过120角时感应电动势的瞬时值。解析：(1)设初始时刻磁感线从线框反面穿入，此时磁通量1Ba2，t时刻后2Ba2，磁感线从正面穿入，磁通量的变化量为，则。(2)计算感应电动势的瞬时值要用公式EBlvsin 。v，120，所以E。答案：(1)

12、(2) 导体切割磁感线产生的感应电动势 典例如图449所示，水平放置的两平行金属导轨相距L0.50 m，左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度B0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，导体棒ac(长为L)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ac棒以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：图449(1)ac棒中感应电动势的大小。(2)回路中感应电流的大小。(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小。思路点拨本题可按以下思路进行分析：解析(1)ac棒垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小为EBLv0.400.504.0 V0.80 V。(2)回路中感

13、应电流的大小为IA4.0 A由右手定则知，ac棒中的感应电流由c流向a。(3)ac棒受到的安培力大小为F安BIL0.404.00.50 N0.80 N，由左手定则知，安培力方向向左。由于导体棒匀速运动，水平方向受力平衡，则F外F安0.80 N，方向水平向右。答案(1)0.80 V(2)4.0 A(3)0.80 N1平动切割产生的感应电动势(1)一般直接利用公式EBLvsin 进行计算。(2)感应电动势或感应电流的方向可以根据右手定则判断。(3)当导体棒上有感应电流流过时要受到安培力的作用，安培力的方向与导体棒相对磁场的运动方向相反，阻碍导体棒与磁场的相对运动。2旋转切割产生的感应电动势如图所示

14、，长为l的导体棒ab以a为圆心，以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，其感应电动势可从两个角度推导。(1)棒上各点速度不同，其平均速度l，由EBlv得棒上感应电动势大小为EBllBl2。(2)若经时间t，棒扫过的面积为Sl2l2t，磁通量的变化量BSBl2t，由E得棒上感应电动势大小为EBl2。 1.如图4410所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将()图4410A越来越大 B越来越小C保持不变 D无法确定解析：选CEBLvsin BLvx；ab做平抛运动，水平速度保持不变，感应电动势保持不变。2(多选)(2016全国甲卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图4411所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是()图4411A