第四章學(xué)案4

1、學(xué)案4法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.理解和掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，并能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大小.2.能夠運用EBlv或EBlvsin 計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢.3.知道反電動勢的定義和在生產(chǎn)中的應(yīng)用1在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化2磁通量發(fā)生變化的方式：磁感應(yīng)強度B變化、閉合電路的有效面積S變化、磁感應(yīng)強度B和閉合電路的有效面積S均變化在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢一、電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，表達(dá)式為En，其中n是線圈的匝數(shù)二、導(dǎo)線切割

2、磁感線時的感應(yīng)電動勢當(dāng)導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時，EBlv(B、l、v兩兩垂直時)，EBlvsin_(vl，但v與B夾角為)三、反電動勢1電動機轉(zhuǎn)動時，線圈中會產(chǎn)生反電動勢，它的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動要使線圈維持原來的轉(zhuǎn)動，電源就要向電動機提供能量這正是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程2若電動機工作中由于機械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，這時就沒有了反電動勢，線圈中電流會很大，可能會把電動機燒毀，這時應(yīng)立即切斷電源，進(jìn)行檢查.一、電磁感應(yīng)定律問題設(shè)計關(guān)于教材第2節(jié)“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”中的幾個演示實驗，思考下列問題：(1)在實驗中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么？(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什

3、么關(guān)系？圖1(3)在圖1中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同？答案(1)穿過閉合電路的變化產(chǎn)生E感產(chǎn)生I感(2)由閉合電路歐姆定律知I，當(dāng)電路的總電阻一定時，E感越大，I感越大，指針偏轉(zhuǎn)程度越大(3)磁通量變化相同，但磁通量變化的快慢不同，即電流表指針偏轉(zhuǎn)程度不同要點提煉1En一般用來求t時間內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值其中n為線圈匝數(shù)，總是取絕對值2磁通量和磁通量的變化率沒有直接關(guān)系(1)很大時，可能很小，也可能很大；(2)0時，可能不為0.3磁通量的變化率是t圖象上某點切線的斜率常見感應(yīng)電動勢的計算式有：(1)線圈面積S不變，磁感應(yīng)強度B均勻變化：En·S.

4、(為Bt圖象上某點切線的斜率)(2)磁感應(yīng)強度B不變，線圈面積S均勻變化：EnB·.4產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源如果電路沒有閉合，這時雖然沒有感應(yīng)電流，但電動勢依然存在二、導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢問題設(shè)計如圖2所示，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，ab的長度為l，ab以速度v勻速切割磁感線，求回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢圖2答案設(shè)在t時間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運動到a1b1，如圖所示，這時線框面積的變化量為Slvt穿過閉合電路磁通量的變化量為BSBlvt根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得EBlv.要點提煉1當(dāng)導(dǎo)體平動垂直切割磁感線時，即B、l、v兩兩垂直時(如圖3所

5、示)EBlv.圖32公式中l(wèi)指有效切割長度：即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度圖4圖4甲中的有效切割長度為：lsin ；圖乙中的有效切割長度為：l；圖丙中的有效切割長度為：沿v1的方向運動時，lR；沿v2的方向運動時，lR.延伸思考如圖5所示，如果長為l的直導(dǎo)線的運動方向與直導(dǎo)線本身是垂直的，但與磁感線方向有一個夾角(90°)，則此時直導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢表達(dá)式是什么？圖5答案如圖所示，可以把速度v分解為兩個分量：垂直于磁感線的分量v1vsin 和平行于磁感線的分量v2vcos .后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBlv1Blvsin .一、法

6、拉第電磁感應(yīng)定律的理解例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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢一定越大解析本題考查對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解，關(guān)鍵是抓住感應(yīng)電動勢的大小和磁通量的變化率成正比感應(yīng)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.答案D二、En的應(yīng)用例2一個200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面成30°角，若磁感應(yīng)強度在0.0

7、5 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是_ Wb；磁通量的平均變化率是_ Wb/s；線圈中的感應(yīng)電動勢的大小是_ V.解析磁通量的變化量為B·Ssin (0.50.1)×20×104×0.5 Wb4×104 Wb磁通量的平均變化率為 Wb/s8×103 Wb/s根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢的大小為：En200×8×103 V1.6 V.答案4×1048×1031.6例3如圖6甲所示，平行導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距d10 cm，導(dǎo)體棒ab、

8、cd放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直每根棒在導(dǎo)軌間的部分，電阻均為R1.0 .用長為L20 cm的絕緣絲線將兩棒系住整個裝置處在勻強磁場中，t0的時刻，磁場方向豎直向下，絲線剛好處于未被拉伸的自然狀態(tài)此后，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化如圖乙所示不計感應(yīng)電流磁場的影響，整個過程絲線未被拉斷求：(1)02.0 s的時間內(nèi)，電路中感應(yīng)電流的大小與方向；(2)t1.0 s時，絲線的拉力大小圖6解析(1)由題圖乙可知0.1 T/s由法拉第電磁感應(yīng)定律有ES2.0×103 V則I1.0×103 A由楞次定律可知電流方向為順時針方向(2)導(dǎo)體棒在水平方向上受絲線拉力和安培力平衡由題圖乙可知t1.0

9、 s時B0.1 T則FTFABId1.0×105 N.答案(1)1.0×103 A順時針(2)1.0×105 N三、EBlv的應(yīng)用例4試寫出如圖7所示的各種情況下導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的表達(dá)式導(dǎo)線長均為l，速度為v，磁感應(yīng)強度均為B，圖(3)、(4)中導(dǎo)線垂直紙面圖7答案(1)E0(2)EBlv(3)E0(4)EBlvcos 1(對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)穿過一個單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2 Wb，則()A線圈中感應(yīng)電動勢每秒增加2 VB線圈中感應(yīng)電動勢每秒減少2 VC線圈中感應(yīng)電動勢始終為2 VD線圈中感應(yīng)電動勢始終為一個確定值，但由于線圈有電阻，

10、電動勢小于2 V答案C解析由En知：恒定，n1，所以E2 V.2(En的應(yīng)用)單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線圈所圍面積的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖8所示，則OD過程中()圖8A線圈中O時刻感應(yīng)電動勢最大B線圈中D時刻感應(yīng)電動勢為零C線圈中D時刻感應(yīng)電動勢最大D線圈中O至D時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢為0.4 V答案ABD解析由法拉第電磁感應(yīng)定律En，即為t圖象對應(yīng)時刻切線的斜率，所以A、B正確，C錯誤；線圈中O至D時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢En1× V0.4 V所以D正確3(EBlv的應(yīng)用)如圖9所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋

11、出，設(shè)運動的整個過程中不計空氣阻力，則金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將()圖9A越來越大B越來越小C保持不變D無法確定答案C解析金屬棒做平拋運動，水平速度不變，且水平速度即為金屬棒垂直切割磁感線的速度，故感應(yīng)電動勢保持不變題組一對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解1將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，下列表述正確的是 ()A感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時，感應(yīng)電動勢可能不為零C當(dāng)穿過線圈的磁通量變化越快時，感應(yīng)電動勢越大D感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化量成正比答案BC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢En，

12、即感應(yīng)電動勢與線圈匝數(shù)有關(guān)，故A錯誤；同時可知，感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率有關(guān)，故D錯誤；磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大，故C正確；當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時，磁通量的變化率不一定為零，因此感應(yīng)電動勢不一定為零故B正確2關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是 ()A穿過閉合電路的磁通量最大時，其感應(yīng)電動勢一定最大B穿過閉合電路的磁通量為零時，其感應(yīng)電動勢一定為零C穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定為零D穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定不為零答案D解析磁通量的大小與感應(yīng)電動勢的大小不存在內(nèi)在的聯(lián)系，故A、B錯；當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，閉合電路的磁通量一定

13、改變，一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生，有感應(yīng)電流就一定有感應(yīng)電動勢，故C錯，D對3.如圖1所示，閉合開關(guān)S，將條形磁鐵插入閉合線圈，第一次用時0.2 s，第二次用時0.4 s，并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同，則 ()圖1A第一次線圈中的磁通量變化較快B第一次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大C第二次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大D若斷開S，電流表G均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動勢答案AB解析兩次磁通量變化相同，第一次時間短，則第一次線圈中磁通量變化較快，故A正確感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，磁通量的變化率大，感應(yīng)電動勢大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流大故B正確，C錯誤斷開電鍵，電流表不偏轉(zhuǎn)，故感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)電動

14、勢不為零，故D錯誤故選A、B.題組二EBlv的應(yīng)用4如圖2所示的情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為Blv的是 ()圖2A乙和丁 B甲、乙、丁C甲、乙、丙、丁 D只有乙答案B5某地的地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量方向向下，大小為4.5×105 T一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00 m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導(dǎo)體)流過設(shè)落潮時，海水自西向東流，流速為2 m/s.下列說法正確的是()A電壓表記錄的電壓為5 mVB電壓表記錄的電壓為9 mVC河南岸的電勢較高D河北岸的電勢較高答案BD解析海水在落潮時自西向東流，該過程可以理解為：自西向東運動的導(dǎo)體在切割豎直向下的磁感線根據(jù)

15、右手定則，北岸是正極，電勢高，南岸電勢低，所以C錯誤，D正確根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律EBlv4.5×105×100×2 V9×103 V，所以A錯誤，B正確6如圖3所示，平行金屬導(dǎo)軌的間距為d，一端跨接一阻值為R的電阻，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向里，一根長直金屬棒與導(dǎo)軌成60°角放置，且接觸良好，則當(dāng)金屬棒以垂直于棒的恒定速度v沿金屬導(dǎo)軌滑行時，其他電阻不計，電阻R中的電流為 ()圖3A. B.C. D.答案A解析導(dǎo)線切割磁感線的有效長度是l，感應(yīng)電動勢EBlv，R中的電流為I.聯(lián)立解得I.題組三En的應(yīng)用7下列各圖中，相

16、同的條形磁鐵穿過相同的線圈時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大的是 ()答案D解析感應(yīng)電動勢的大小為Enn，A、B兩種情況磁通量變化量相同，C中最小，D中最大，磁鐵穿過線圈所用的時間A、C、D相同且小于B所用的時間，所以D選項正確8.如圖4所示，半徑為r的n匝線圈套在邊長為L的正方形abcd之外，勻強磁場局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過正方形面積，當(dāng)磁感應(yīng)強度以的變化率均勻變化時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為 ()圖4Ar2 BL2Cnr2 DnL2答案D解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為EnnL2.9一單匝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

17、磁感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢的比值為()A. B1 C2 D4答案B解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E，設(shè)初始時刻磁感應(yīng)強度為B0，線框面積為S0，則第一種情況下的感應(yīng)電動勢為E1B0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動勢為E2B0S0，所以兩種情況下線框中的感應(yīng)電動勢相等，比值為1，故選項B正確10.單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間t的變化圖象如圖5所示，則()圖5A在t0時，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大B在t1×102

18、s時，感應(yīng)電動勢最大C在t2×102 s時，感應(yīng)電動勢為零D在02×102 s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動勢的平均值為零答案BC解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知E，故t0及t2×102 s時刻，E0，A錯，C對t1×102 s，E最大，B對.02×102 s，0，E0，D錯11如圖6甲所示，環(huán)形線圈的匝數(shù)n1000，它的兩個端點a和b間接有一理想電壓表，線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度B的變化規(guī)律如圖乙所示，線圈面積S100 cm2，則Uab_，電壓表示數(shù)為_ V.圖6答案50 V50解析由Bt圖象可知5 T/s由EnS得：E1000×5×100

19、15;104 V50 V題組四綜合應(yīng)用12在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強磁場中，B0.2 T，有一水平放置的光滑框架，寬度為l0.4 m，如圖7所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻為1 的金屬桿cd，框架電阻不計若cd桿以恒定加速度a2 m/s2由靜止開始做勻變速運動，則：圖7(1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少？(2)第5 s末，回路中的電流多大？(3)第5 s末，作用在cd桿上的水平外力多大？答案(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N解析(1)5 s內(nèi)的位移xat225 m，5 s內(nèi)的平均速度5 m/s，(也可用 m/s5 m/s求解)故平均感應(yīng)電動勢EBl0.4