第二、三節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用

第二、三節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律

電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)一、影響感應(yīng)電動勢大小的因素法拉第電磁感應(yīng)定律1．感應(yīng)電動勢：在__________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。2．感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系(1)_____

電路中有感應(yīng)電動勢就有感應(yīng)電流。(2)電路不閉合，則沒有感應(yīng)______，但仍有感應(yīng)________。電磁感應(yīng)閉合電流電動勢3．影響感應(yīng)電動勢大小的因素(1)實驗裝置(2)實驗記錄所用條形磁鐵的數(shù)目條形磁鐵插入或拔出的方式螺線管中磁通量變化的大小ΔΦ電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度感應(yīng)電動勢E的大小1根快速較小較小較小2根快速較大較大較大2根慢速較大較小較小變化率BLvΔtBLvBlvsinθ3．感應(yīng)電動勢方向的判定切割磁感線的導(dǎo)線等效為一個_____。在電源內(nèi)部，電流是由負極流向正極，因此，可以通過__________判斷導(dǎo)線的電流方向，進而可知導(dǎo)線兩端感應(yīng)電動勢的高低。(1)當L⊥B，v⊥B時，E＝BLv。(2)當L不垂直于B或?qū)w彎曲時，應(yīng)確定導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。

電源右手定則三、電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用1．超速“電子眼”

2.法拉第發(fā)電機3.航母阻攔技術(shù),1.如圖所示，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快速插入和緩慢插入有什么相同和不同？

提示：線圈中的磁通量變化相同，但磁通量變化快慢不同?？焖俨迦霑r電流表指針偏轉(zhuǎn)角度較大。2．如圖，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈相當于直流電路中的電池。判斷下列說法的正誤。(1)電路中有感應(yīng)電動勢，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流。

()(2)穿過某回路的磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。

()(3)閉合電路垂直放在強磁場中，感應(yīng)電動勢可能為0。

()××√3．導(dǎo)體棒長度為l，從中間彎成90°后，以速度v運動時，如圖所示，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大？4．結(jié)合實際應(yīng)用，判斷下列說法的正誤：(1)汽車通過“電子眼”處的速度越大，線圈中的電流越大，汽車通過兩線圈間的時間越短。

()(2)法拉第圓盤發(fā)電機轉(zhuǎn)動時，圓盤中心的電勢高于圓盤邊緣的電勢。

()(3)飛機著艦的速度越大，其后拖著的金屬棒產(chǎn)生的阻力也越大。

()√×√提示：(1)插入磁鐵時，線圈中的磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流。(2)感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)程度越大。

[典例體驗][典例]

(2022·廣州高二檢測)將P、Q兩單匝閉合圓形導(dǎo)線環(huán)按如圖所示放置，導(dǎo)線環(huán)Q恰好與正方形的勻強磁場區(qū)域邊界內(nèi)切，磁場方向垂直于兩導(dǎo)線環(huán)的平面，P、Q導(dǎo)線環(huán)的半徑之比rP∶rQ＝2∶1。若磁感應(yīng)強度均勻增大，則P、Q導(dǎo)線環(huán)中感應(yīng)電動勢之比為

(

)A．1∶1 B．4∶1C．4∶π D．2∶π[答案]

C[針對訓(xùn)練]1．如圖所示，電流表與螺線管組成閉合電路，以下關(guān)于電流表指針

偏轉(zhuǎn)情況的陳述正確的是

(

)A．磁鐵快速插入螺線管時比慢速插入螺線管時電流表指針偏轉(zhuǎn)大B．磁鐵快速插入螺線管和慢速插入螺線管，磁通量變化相同，故電流表指針偏轉(zhuǎn)相同C．磁鐵放在螺線管中不動時，螺線管中的磁通量最大，所以電流表指針偏轉(zhuǎn)最大D．將磁鐵從螺線管中拔出時，磁通量減小，所以電流表指針偏轉(zhuǎn)一定減小解析：只有在磁鐵插入和拔出螺線管時，線圈中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生，插入和拔出的速度越快，磁通量的變化越快，感應(yīng)電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)越大。答案：A

2．如圖甲所示的螺線管，匝數(shù)n＝1500匝，橫截面積S＝20cm2，方向向右穿過螺線管的勻強磁場的磁感應(yīng)強度按圖乙所示規(guī)律變化。則(1)2s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量是多少？(2)磁通量的變化率多大？(3)線圈中感應(yīng)電動勢大小為多少？答案：(1)8×10－3Wb

(2)4×10－3Wb/s

(3)6.0V[答案]

C[例2·轉(zhuǎn)動切割]長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，磁感應(yīng)強度為B，求：(1)ab棒各點的平均速率。(2)ab兩端的電勢差。(3)經(jīng)時間Δt金屬棒ab所掃過面積中磁通量為多少？此過程中平均感應(yīng)電動勢多大？[系統(tǒng)歸納]1．應(yīng)用E＝Blv注意的問題(1)當B、l、v三個量方向相互垂直時，E＝Blv；當有任意兩個量的方向平行時，E＝0。(2)式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時的有效長度。若切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的，則應(yīng)取其與B和v方向都垂直的等效線段長度來計算。如圖甲、乙、丙中線段ab的長即為導(dǎo)線切割磁感線的有效長度。(3)公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場的相對速度，當導(dǎo)線不動而磁場運動時，也有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。[針對訓(xùn)練]1．假設(shè)某戰(zhàn)斗機機身長為L，機翼兩端點C、D的距離為d，如圖

所示。該戰(zhàn)斗機在我國近海海域上空以速度v沿水平方向直線

飛行，已知其所在空間地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量方向向下、大小為B，C、D兩點間的電壓為U。則

(

)A．U＝BLv，C點電勢高于D點電勢B．U＝BLv，D點電勢高于C點電勢C．U＝Bdv，C點電勢高于D點電勢D．U＝Bdv，D點電勢高于C點電勢解析：戰(zhàn)斗機在北半球的上空以速度v水平飛行，切割地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量，切割的長度等于機翼兩端點間的距離，所以U＝Bdv，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電動勢的方向由C指向D，所以D點的電勢高于C點的電勢，D正確，A、B、C錯誤。答案：D2．一根彎成直角的導(dǎo)線放在B＝0.4T的勻強磁場中，如圖所示，ab＝

30cm，bc＝40cm，當導(dǎo)線以5m/s的速度做切割磁感線運動時，

可產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢的值為

(

)A．1.4V B．1.0VC．0.8V D．0.6V解析：由題意得ac＝50cm，當切割磁感線的有效長度L＝ac＝50cm時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，最大值Em＝BLv＝1.0V，B正確。答案：B

3．(2021·廣東高考)(多選)如圖所示，水平放置足夠長光滑金屬導(dǎo)軌abc和de，ab與de平行，bc是以O(shè)為圓心的圓弧導(dǎo)軌。圓弧be左側(cè)和扇形Obc內(nèi)有方向如圖的勻強磁場。金屬桿OP的O端與e點用導(dǎo)線相接，P端與圓弧bc接觸良好，初始時，可滑動的金屬桿MN靜止在平行導(dǎo)軌上。若桿OP繞O點在勻強磁場區(qū)內(nèi)從b到c勻速轉(zhuǎn)動時，回路中始終有電流，則此過程中，下列說法正確的有

(

)A．桿OP產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定B．桿OP受到的安培力不變C．桿MN做勻加速直線運動D．桿MN中的電流逐漸減小答案：AD續(xù)表[典例體驗][典例]如圖所示，邊長為0.1m的正方形線圈ABCD在大小為0.5T的勻強磁場中以AD邊為軸勻速轉(zhuǎn)動。初始時刻線圈平面與磁感線平行，經(jīng)過1s線圈轉(zhuǎn)過了90°，求：(1)線圈在1s時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值；(2)線圈在1s末時的感應(yīng)電動勢大小。[答案]

(1)0.005V

(2)0[拓展]對應(yīng)[典例]中的情境，若整個線圈的電阻R＝0.1Ω，則1s時間內(nèi)通過線圈導(dǎo)線某橫截面的電荷量是多少？[答案]

0.05C答案：B

2．如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.5T。一個匝數(shù)n＝50

的矩形線圈邊長ab＝0.2m，bc＝0.1m，以角速度ω＝314rad/s

繞ab邊勻速轉(zhuǎn)動。求：(1)圖示位置時的瞬時感應(yīng)電動勢。(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過90°這段時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢。答案：(1)157V

(2)100V一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——對感應(yīng)電動勢的理解1．(選自滬科版新教材課后練習(xí))關(guān)于感應(yīng)電動勢，下列說法中正確的是

(

)A．穿過導(dǎo)電線圈的磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大B．穿過導(dǎo)電線圈的磁通量的變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大C．穿過導(dǎo)電線圈的磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大D．穿過導(dǎo)電線圈的磁通量為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定為零解析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢的大小由磁通量變化率的大小決定，與磁通量、磁通量變化量無關(guān)，C正確，A、B、D錯誤。答案：C答案：C

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——感應(yīng)電動勢的科技應(yīng)用3．(選自魯科版新教材課后練習(xí))航天飛機在環(huán)繞地球的軌道上飛行時，從中釋放一顆衛(wèi)星。若衛(wèi)星與航天飛機保持相對靜止，二者用導(dǎo)電纜繩相連，這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星?，F(xiàn)有一顆繩系衛(wèi)星在地球赤道上空自西向東運行，衛(wèi)星位于航天飛機的正上方，它與航天飛機間的距離是20.5km(遠小于航天飛機的軌道半徑)，它們所在處的地磁場的磁感應(yīng)強度B＝4.6×10－5T，磁場方向沿水平方向由南向北，航天飛機和衛(wèi)星的運行速度為7.6km/s。(1)求導(dǎo)電纜繩中的感應(yīng)電動勢；(2)導(dǎo)電纜繩的哪一端電勢高？解析：(1)E＝Blv＝4.6×10－5×20.5×103×7.6×103V≈7.2×103V。(2)根據(jù)右手定則，導(dǎo)電纜繩上端電勢高。答案：(1)7.2×103V

(2)上端高二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(2023·湖北高考)近場通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進行通訊，其天線類似一個壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大。如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強磁場垂直通過此線圈，磁感應(yīng)強度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最接近

(

)A．0.30V B．0.44VC．0.59V D．4.3V答案：B

2．(2022·廣東高考)(多選)如圖所示，水平地面(Oxy平面)下有一根平行

于y軸且通有恒定電流I的長直導(dǎo)線。P、M和N為地面上的三點，P

點位于導(dǎo)線正上方，MN平行于y軸，PN平行于x軸。一閉合的