物理第2節(jié) 法拉第電磁感應定律優(yōu)質(zhì)導學案

這是一份物理第2節(jié) 法拉第電磁感應定律優(yōu)質(zhì)導學案，共12頁。
第2節(jié)　法拉第電磁感應定律學習目標：1.[物理觀念]理解和掌握法拉第電磁感應定律的內(nèi)容和表達式?！?/span>2.[科學思維]能夠運用法拉第電磁感應定律定量計算感應電動勢的大小。　3.[科學思維]能夠運用E＝Blv或E＝Blvsin  θ計算導體切割磁感線時的感應電動勢。閱讀本節(jié)教材，回答第35頁“問題”并梳理必要知識點。教材P35問題提示：磁通量發(fā)生變化時電路中會產(chǎn)生感應電動勢，電路閉合時就有了電流。一、感應電動勢1．在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫作感應電動勢，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源。2．在電磁感應現(xiàn)象中，回路斷開時，雖然沒有感應電流，但感應電動勢依然存在。二、電磁感應定律1．磁通量的變化率(1)定義：單位時間內(nèi)磁通量的變化量。(2)意義：磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢。2．法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小與穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。(2)公式：E＝k。①在國際單位制中，E的單位是伏特(V)，Φ的單位是韋伯(Wb)，t的單位是秒(s)，k＝1，公式簡化為E＝。②若閉合電路是一個匝數(shù)為n的線圈，則E＝n。(3)標量性：感應電動勢是標量，但有方向。其方向規(guī)定為從電源負極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極，與電源內(nèi)部電流方向一致。3．導線切割磁感線時的感應電動勢(1)導線垂直于磁場運動，B、l、v兩兩垂直時，如圖甲所示，E＝Blv。(2)導線的運動方向與導線本身垂直，但與磁感線方向夾角為θ時，如圖乙所示，E＝Blvsin_θ。甲　　　　　　　　　乙1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應電動勢就越大。  (×)(2)穿過閉合電路的磁通量變化越快，閉合電路中產(chǎn)生的感應電動勢就越大。  (√)(3)感應電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷。 (√)(4)穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應電動勢一定最大。  (×)(5)導體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大。  (×)(6)在勻強磁場中，只要導體棒的運動方向與磁場方向垂直，其電動勢即可用E＝BLv求解。 ????????????? (×)2.如圖所示，在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動，MN中產(chǎn)生的感應電動勢為E1；若磁感應強度增大為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)?/span>E2。通過電阻R的電流方向及E1與E2之比分別為(　　)A．c→a,2∶1 B．a→c,2∶1C．a→c,1∶2 D．c→a,1∶2C　[由右手定則判斷可得，電阻R上的電流方向為a→c，由E＝Blv知E1＝Blv，E2＝2Blv，則E1∶E2＝1∶2，故選項C正確。]3．下列各圖中，相同的條形磁鐵穿過相同的線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢最大的是(　　)A　　　　B　　　　C　　　　 DD　[感應電動勢的大小為E＝n＝n，根據(jù)題設(shè)條件，相同的磁鐵運動速度越大，穿過線圈所用時間越小，磁通量變化率就越大，產(chǎn)生的感應電動勢就越大，故A項中線圈產(chǎn)生的感應電動勢比B項中線圈產(chǎn)生的感應電動勢大，C項線圈中磁通量一直為零，磁通量變化率為零，D項中線圈的磁通量變化率是A項中線圈的兩倍，所以D項中線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大。]對法拉第電磁感應定律的理解和應用(教師用書獨具)教材P36“迷你實驗室”答案提示：與強磁鐵插入的快慢有關(guān)。(1)如圖所示，將條形磁鐵從同一高度插入線圈的實驗中。快速插入和緩慢插入磁通量的變化量ΔΦ相同嗎？指針偏轉(zhuǎn)角度相同嗎？提示：磁通量變化相同，但磁通量變化快慢不同，快速插入比緩慢插入時指針偏轉(zhuǎn)角度大。(2)分別用一根磁鐵和兩根磁鐵以同樣速度快速插入，磁通量的變化量ΔΦ相同嗎？指針偏轉(zhuǎn)角度相同嗎？提示：用兩根磁鐵快速插入時磁通量變化量較大，磁通量變化率也較大，指針偏轉(zhuǎn)角度較大。1．理解公式E＝n(1)感應電動勢E的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的關(guān)系，與電路的電阻R無關(guān)；感應電流的大小與感應電動勢E和回路總電阻R有關(guān)。(2)磁通量的變化率，是Φ-t圖像上某點切線的斜率，可反映單匝線圈感應電動勢的大小和方向。(3)E＝n只表示感應電動勢的大小，不涉及其正負，計算時ΔΦ應取絕對值。感應電流的方向可以用楞次定律去判定。(4)磁通量發(fā)生變化有三種方式①B不變，S變化，則＝B·；②B變化，S不變，則＝·S；③B、S變化，則＝。2．由E＝n可求得平均感應電動勢，通過閉合電路歐姆定律可求得電路中的平均電流I＝＝，通過電路中導體橫截面的電荷量Q＝IΔt＝n。【例1】　如圖所示，導線全部為裸導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直于平面的勻強磁場，磁感應強度為B，一根長度大于2r的導線MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左向右勻速滑動，電路的固定電阻為R。其余電阻忽略不計。試求MN從圓環(huán)的左端滑動到右端的過程中電阻R上的電流的平均值及通過的電荷量。[解析]　由于ΔΦ＝B·ΔS＝B·πr2，完成這一變化所用的時間Δt＝，故＝＝。所以電阻R上的電流平均值為＝＝。通過R的電荷量為q＝·Δt＝。[答案]　 　應用E＝n時應注意的三個問題(1)此公式適用于求平均電動勢。(2)計算電動勢大小時，ΔΦ取絕對值，不涉及正負。(3)用E＝n所求的感應電動勢為整個閉合電路的感應電動勢，而不是回路中某部分導體兩端的電動勢。1．一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直。先保持線框的面積不變，將磁感應強度在1 s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍。接著保持增大后的磁感應強度不變，在1 s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半。先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為(　　)A.    B．1  C．2  D．4B　[根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝n，設(shè)線框匝數(shù)為n，面積為S0，初始時刻磁感應強度為B0，則第一種情況下的感應電動勢為E1＝n＝nB0S0；第二種情況下的感應電動勢為E2＝n＝nB0S0，所以兩種情況下線框中的感應電動勢相等，比值為1，故選項B正確。]導線切割磁感線時的感應電動勢 如圖所示的裝置，由一塊安裝在列車車頭底部的強磁鐵和埋設(shè)在軌道下面的一組線圈及電學測量儀器組成(記錄測量儀器未畫出)。當列車經(jīng)過線圈上方時，由于穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢。請思考：如果已知強磁鐵的磁感應強度B、線圈垂直列車運行方向的長度l、感應電動勢E，能否測出列車的運行速度呢？提示：由E＝Blv可以測出列車的運行速度。1．對公式E＝Blvsin  θ中各量的理解(1)對 θ的理解：當B、l、v三個量方向互相垂直時， θ＝90°，感應電動勢最大；當有任意兩個量的方向互相平行時，θ＝0°，感應電動勢為零。(2)對l的理解：式中的l應理解為導線切割磁感線時的有效長度，如果導線不和磁場垂直，l應是導線在與磁場垂直方向投影的長度；如果切割磁感線的導線是彎曲的，如圖所示，則應取與B和v垂直的等效直線長度，即ab的弦長。(3)對v的理解：①公式中的v應理解為導線和磁場間的相對速度，當導線不動而磁場運動時，也有電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生。②公式E＝Blv一般用于導線各部分切割磁感線速度相同的情況，若導線各部分切割磁感線的速度不同，可取其平均速度求電動勢。如圖所示，導體棒在磁場中繞A點在紙面內(nèi)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，磁感應強度為B，平均切割速度＝vC＝，則E＝Bl＝Bωl2。2．公式E＝Blvsin  θ與E＝n的對比 E＝nE＝Blvsin θ區(qū)別研究對象整個閉合回路回路中做切割磁感線運動的那部分導體適用范圍各種電磁感應現(xiàn)象只適用于導體切割磁感線運動的情況計算結(jié)果Δt內(nèi)的平均感應電動勢某一時刻的瞬時感應電動勢聯(lián)系E＝Blvsin  θ是由E＝n在一定條件下推導出來的，該公式可看作法拉第電磁感應定律的一個推論【例2】　如圖所示，有一半徑為R的圓形勻強磁場區(qū)域，磁感應強度為B，一條足夠長的直導線以速度v進入磁場。從直導線進入磁場至勻速離開磁場區(qū)域的過程中，求：(1)感應電動勢的最大值為多少？(2)在這一過程中感應電動勢隨時間變化的規(guī)律如何？(3)從開始運動至經(jīng)過圓心的過程中直導線中的平均感應電動勢為多少？思路點撥：(1)求瞬時感應電動勢選擇E＝Blv。(2)求平均感應電動勢選擇E＝n。(3)應用E＝Blv時找準導線的有效長度。[解析]　(1)由E＝Blv可知，當直導線切割磁感線的有效長度l最大時，E最大，l最大為2R，所以感應電動勢的最大值E＝2BRv。(2)對于E隨t變化的規(guī)律應求的是瞬時感應電動勢，由幾何關(guān)系可求出直導線切割磁感線的有效長度l隨時間t變化的情況為l＝2，所以E＝2Bv。(3)從開始運動至經(jīng)過圓心的過程中直導線的平均感應電動勢＝＝＝πBRv。[答案]　(1)2BRv　(2)2Bv　(3)πBRv關(guān)于感應電動勢計算的三點說明(1)一般求某一位置或某一時刻的感應電動勢應用瞬時電動勢公式求解。如切割磁感線情形用E＝Blv，而用E＝n時，應為該時刻的磁通量的變化率。(2)求某一段時間或某一過程的電動勢要用E＝n，其中Δt為對應的這段時間。(3)感應電動勢的平均值不一定是最大值與最小值的平均值，需根據(jù)法拉第電磁感應定律求解。2．如圖是法拉第研制成的世界上第一臺發(fā)電機模型的原理圖。將銅盤放在磁場中，讓磁感線垂直穿過銅盤，圖中a、b導線與銅盤的中軸線處在同一平面內(nèi)，轉(zhuǎn)動銅盤，就可以使閉合電路獲得電流。若圖中銅盤半徑為r，勻強磁場的磁感應強度為B，回路總電阻為R，勻速轉(zhuǎn)動銅盤的角速度為ω。則電路的功率是(　　)A.  B.  C.  D.C　[根據(jù)導體棒旋轉(zhuǎn)切割產(chǎn)生電動勢E＝Bωr2，由P＝，得電路的功率是，故選C。]1．物理觀念：法拉第電磁感應定律的內(nèi)容。2．科學思維：感應電動勢的計算。1．下列幾種說法中正確的是(　　)A．線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大B．線圈中磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大C．線圈放在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大D．線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大D　[感應電動勢的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場的強弱均無關(guān)系，它由磁通量的變化率決定，故選D。]2．如圖所示的情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢為Blv的是(　　)甲　　　　乙　　 　丙　　　　丁A．乙和丁 B．甲、乙、丁C．甲、乙、丙、丁 D．只有乙B　[公式E＝Blv中的l指導體的有效切割長度，甲、乙、丁中的有效長度均為l，感應電動勢E＝Blv，而丙的有效長度為lsin θ，感應電動勢E＝Blvsin θ，故B項正確。]3．如圖所示，勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢分別為Ea和Eb，不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(　　)A．Ea∶Eb＝4∶1，感應電流均沿逆時針方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感應電流均沿順時針方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感應電流均沿逆時針方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感應電流均沿順時針方向B　[由法拉第電磁感應定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動勢為E＝＝πr2·，則＝＝，由楞次定律可知感應電流的方向均沿順時針方向，B項正確。]4．如圖半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強磁場B中，繞O軸以角速度ω沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，則通過電阻R的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計)(　　)A．由c到d，I＝B．由d到c，I＝C．由c到d，I＝D．由d到c，I＝D　[金屬圓盤在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，可以等效為無數(shù)根并排的長為r的導體棒繞O點做勻速圓周運動，其產(chǎn)生的感應電動勢大小為E＝，由右手定則可知感應電流方向由外指向圓心，故通過電阻R的電流I＝，方向由d到c，故D正確。]5．面積S＝0.2 m2、n＝100匝的圓形線圈，處在如圖所示的磁場內(nèi)，磁感應強度隨時間t變化的規(guī)律是B＝0.02t(T)，電阻R＝3 Ω，電容器的電容C＝30 μF，線圈電阻r＝1 Ω，求：(1)通過R的電流方向和4 s內(nèi)通過導線橫截面的電荷量；(2)電容器的電荷量。[解析]　(1)由楞次定律可求得電流的方向為逆時針，通過R的電流方向為b→a。由法拉第電磁感應定律可得E＝n＝nS＝100×0.2×0.02 V＝0.4 V，由閉合電路歐姆定律得電路中的電流I＝＝ A＝0.1 A，4 s內(nèi)通過導線橫截面的電荷量q＝It＝0.4 C。(2)UC＝UR＝IR＝0.1×3 V＝0.3 V，Q＝CUC＝30×10－6×0.3 C＝9×10－6 C。[答案]　(1)方向由b→a　0.4 C　(2)9×10－6 C