人教版選修11 法拉第電磁感應(yīng)定律 第1課時(shí) 學(xué)案 (1).docx

3.2法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解和掌握確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的一般規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律.2.能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小.3.能夠運(yùn)用eblv或eblvsin 計(jì)算導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)重點(diǎn)：理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式.難點(diǎn)：用eblvsin和en解決問題.新課預(yù)習(xí)：一、影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素1定義在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源這部分導(dǎo)體本身的電阻相當(dāng)于電源內(nèi)阻，當(dāng)電路斷路時(shí)，無(填“有”或“無”)感應(yīng)電流，但有(填“有”或“無”)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2感應(yīng)電流的強(qiáng)弱由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和閉合電路的電阻決定，可以由閉合電路歐姆定律算出3實(shí)驗(yàn)探究影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素(1)猜想與假設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小可能與磁通量的變化量有關(guān)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小可能與磁通量變化所用的時(shí)間t有關(guān)(2)制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法先控制其中一個(gè)物理量，探究另一個(gè)物理量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小是如何變化的(3)信息收集與歸納通過改變所用條形磁鐵的數(shù)目，改變磁通量的變化量.通過改變條形磁鐵插入或拔出螺線管的速度，改變磁通量變化所用的時(shí)間t.結(jié)論：在相同時(shí)間內(nèi)，磁通量的變化量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大；在磁通量變化量相同時(shí)，磁通量變化所用的時(shí)間越短，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量變化的快慢有關(guān)二、法拉第電磁感應(yīng)定律1法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比(2)表達(dá)式：en.2對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的理解(1)磁通量的變化常由b的變化或s的變化引起當(dāng)僅由b的變化引起時(shí)，ens.當(dāng)僅由s的變化引起時(shí)，enb.(2)en計(jì)算的是t時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)t0時(shí)，en的值才等于瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)深度思考(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與或的大小有沒有關(guān)系？(2)、與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈匝數(shù)有關(guān)嗎？答案(1)e的大小與或的大小沒有關(guān)系(2)、均與某一面積相聯(lián)系，與線圈匝數(shù)無關(guān)，n匝線圈時(shí)相當(dāng)于n個(gè)單匝線圈的串聯(lián)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈匝數(shù)有關(guān)典例分析：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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)一定越大c線圈放在磁場(chǎng)越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)一定越大解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場(chǎng)的強(qiáng)弱均無關(guān)，它由磁通量的變化率決定，故選d.答案d例2如圖1甲所示的螺線管，匝數(shù)n1 500匝，橫截面積s20 cm2，方向向右穿過螺線管的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化，圖1(1)2 s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(dòng)勢(shì)的大小為多少？解析(1)磁通量的變化量是由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的，則1b1s2b2s21所以bs(62)20104 wb8103 wb(2)磁通量的變化率為 wb/s4103 wb/s(3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小en1 5004103 v6 v答案(1)8103 wb(2)4103 wb/s(3)6 v應(yīng)用en時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問題：(1)此公式適用于求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).(2)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小時(shí)，取絕對(duì)值不涉及正、負(fù).(3)s，為t圖象的斜率，為t圖象的斜率，為bt圖象的斜率三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的另一種表述導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1垂直切割：導(dǎo)體棒垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，b、l、v兩兩垂直時(shí)，如圖2甲所示，eblv.圖22不垂直切割：導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體本身垂直，但與磁感線方向夾角為時(shí)，如圖乙所示，則eblv1blvsin_.3公式eblvsin 的理解(1)該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個(gè)推論，通常用來求導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)式中l(wèi)應(yīng)理解為導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)體在與v垂直方向上的投影長(zhǎng)度如圖3甲中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eblv2brvbrv(半圓弧形導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動(dòng))在圖乙中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eblvsin blv.圖3(3)公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)體和磁場(chǎng)間的相對(duì)速度，當(dāng)導(dǎo)體不動(dòng)而磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，同樣有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生深度思考導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大嗎？答案導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與垂直磁感線的速度有關(guān)，而速度大，垂直磁感線方向的速度不一定大所以，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定越大例3如圖4所示，一金屬?gòu)潡U處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已知abbcl，當(dāng)它以速度v向右平動(dòng)時(shí)，a、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為()圖4ablvbblvsin cblvcos dblv(1sin )解析導(dǎo)體桿切割磁感線的有效長(zhǎng)度為lsin ，故b正確答案b在公式eblv中，l是指導(dǎo)體棒的有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體棒在垂直于速度v方向上的投影長(zhǎng)度.四、公式en與eblvsin 的區(qū)別1研究對(duì)象不同en研究整個(gè)閉合回路，適用于各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象；eblvsin 研究的是閉合回路的一部分，即做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體2實(shí)際應(yīng)用不同en應(yīng)用于磁感應(yīng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較方便；eblvsin 應(yīng)用于導(dǎo)體切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較方便3e的意義不同en求的一般是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，eblvsin 一般求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)例4如圖5所示，導(dǎo)軌om和on都在紙面內(nèi)，導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)，若ab以5 m/s的速度從o點(diǎn)開始沿導(dǎo)軌勻速右滑，導(dǎo)體與導(dǎo)軌都足夠長(zhǎng)，它們每米長(zhǎng)度的電阻都是0.2 ，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 t問：圖5(1)3 s末夾在導(dǎo)軌間的導(dǎo)體長(zhǎng)度是多少？此時(shí)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？回路中的電流為多少？(2)3 s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少？此過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少？解析(1)夾在導(dǎo)軌間的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)才是電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3 s末時(shí)刻，夾在導(dǎo)軌間導(dǎo)體的長(zhǎng)度為：lvttan 3053tan 30 m5 m此時(shí)：eblv0.25 5 v5 v電路電阻為r(155 10 )0.2 8.196 所以i1.06 a(2)3 s內(nèi)回路中磁通量的變化量bs00.2155 wb wb3 s內(nèi)回路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：e v4.33 v.答案(1)5 m5 v1.06 a(2) wb433 veblv和en)本質(zhì)上是統(tǒng)一的.前者是后者的一種特殊情況.但是，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用eblv求e比較方便；當(dāng)穿過電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，用en求e比較方便.課堂練習(xí)：1(對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解)關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定最大b穿過閉合電路的磁通量為零時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零c穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零d穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定不為零答案d解析磁通量的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不存在內(nèi)在的聯(lián)系，故a、b錯(cuò)誤；當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí)，閉合電路的磁通量一定改變，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(dòng)勢(shì)，故c錯(cuò)，d對(duì)2(公式en的應(yīng)用)(多選)如圖6甲所示，線圈的匝數(shù)n100匝，橫截面積s50 cm2，線圈總電阻r10 ，沿軸方向有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，設(shè)圖示磁場(chǎng)方向?yàn)檎?，磁?chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間做如圖乙所示規(guī)律變化，則在開始的0.1 s內(nèi)()圖6a磁通量的變化量為0.25 wbb磁通量的變化率為2.5102 wb/sca、b間電壓為0d在a、b間接一個(gè)理想電流表時(shí)，電流表的示數(shù)為0.25 a答案bd解析通過線圈的磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，若設(shè)2b2s為正，則線圈中磁通量的變化量為b2s(b1s)，代入數(shù)據(jù)得(0.10.4)50104 wb2.5103 wb，a錯(cuò)；磁通量的變化率wb/s2.5102 wb/s，b正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)a、b間斷開時(shí)，其間電壓等于線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為en2.5 v且恒定，c錯(cuò)；在a、b間接一個(gè)理想電流表時(shí)相當(dāng)于a、b間接通而形成回路，回路總電阻即為線圈的總電阻，故感應(yīng)電流大小i a0.25 a，d項(xiàng)正確3(公式en的應(yīng)用)(多選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖7所示，則()圖7a在t0時(shí)刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大b在t1102 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大c在t2102 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零d在02102 s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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t2102 s時(shí)刻，e0，a錯(cuò)，c對(duì)；t1102 s時(shí)e最大，b對(duì)；02102 s時(shí)間內(nèi)，0，e0，d錯(cuò)4(公式eblv的應(yīng)用)(多選)某地的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下，大小為4.5105 t一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂叮訉?00 m，該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過，設(shè)落潮時(shí)，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(shì)較高d河北岸的電勢(shì)較高答案bd解析海水在落潮時(shí)自西向東流，該過程可以理解為：自西向東運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在切割豎直向下的磁感線，根據(jù)右手定則可判斷，北岸是正極，電勢(shì)高，南岸電勢(shì)低，所以c錯(cuò)誤，d正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律eblv4.51051002 v9103 v，所以a錯(cuò)誤，b正確.作業(yè)1(多選)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(shí)0.2 s，第二次用時(shí)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若斷開開關(guān)s，電流表g均不偏轉(zhuǎn)，故兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)答案ab解析磁通量變化相同，第一次時(shí)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流大，故b正確，c錯(cuò)誤；斷開開關(guān)，電流表不偏轉(zhuǎn)，知感應(yīng)電流為零，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不為零，故d錯(cuò)誤故選a、b.2穿過某單匝閉合回路的磁通量隨時(shí)間t變化的圖象分別如圖2中的所示，下列說法正確的是()圖2a圖有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且大小恒定不變b圖產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大c圖在0t1時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是t1t2時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的2倍d圖產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變大再變小答案c解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)en，而對(duì)應(yīng)t圖象中圖線的斜率，根據(jù)圖線斜率的變化情況可得：中無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變；中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)0t1時(shí)間內(nèi)的大小是t1t2時(shí)間內(nèi)大小的2倍；中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大3穿過一個(gè)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(dòng)勢(shì)每秒增加2 vb線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒減少2 vc線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為2 vd線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為一個(gè)確定值，但由于線圈有電阻，電動(dòng)勢(shì)小于2 v答案c解析由en知：恒定，n1，所以e2 v.4一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)方向垂直先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s時(shí)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(qiáng)度不變，在1 s時(shí)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(gè)過程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的比值為()a. b1 c2 d4答案b解析設(shè)原磁感應(yīng)強(qiáng)度是b，線框面積是s.第1 s內(nèi)12bsbsbs，第2 s內(nèi)22b2bsbs.因?yàn)閑n，所以兩次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，b正確5如圖3所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長(zhǎng)為a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，且一半處在磁場(chǎng)中在t時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由b均勻地增大到2b.在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為()圖3a.b.c.d.答案b解析線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ennsn，選項(xiàng)b正確6.如圖4所示，a、b兩單匝閉合圓形導(dǎo)線環(huán)用相同規(guī)格的導(dǎo)線制成，它們的半徑之比rarb21，在兩導(dǎo)線環(huán)包圍的空間內(nèi)存在一正方形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于兩導(dǎo)線環(huán)所在的平面在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大的過程中，流過兩導(dǎo)線環(huán)的感應(yīng)電流大小之比為()圖4a.1 b.2c.d.答案d解析a、b兩導(dǎo)線環(huán)的半徑不同，它們所包圍的面積不同，但某一時(shí)刻穿過它們的磁通量相等，所以兩導(dǎo)線環(huán)上的磁通量變化率是相等的，es相同，得1，i，r(s1為導(dǎo)線的橫截面積)，l2r，所以，代入數(shù)值得.7如圖5所示的情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為blv的是()圖5a乙和丁b甲、乙、丁c甲、乙、丙、丁d只有乙答案b8.如圖6所示，一根導(dǎo)體棒ab在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中自由下落，并始終保持水平方向且與磁場(chǎng)方向垂直則有()圖6auab0bab，uab保持不變cab，uab越來越大dab，uab越來越大答案d解析ab棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，可由右手定則判斷，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閍b，所以ba，由uabeblv及棒自由下落時(shí)v越來越大，可知uab越來越大，故d選項(xiàng)正確9如圖7所示，mn、pq是間距為l的平行金屬導(dǎo)軌，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，m、p間接有一阻值為r的電阻一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為r的金屬導(dǎo)線ab垂直導(dǎo)軌放置，并在水平外力f的作用下以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，則(不計(jì)導(dǎo)軌電阻)()圖7a通過電阻r的電流方向?yàn)閜rmba、b兩點(diǎn)間的電壓為blvca端電勢(shì)比b端高da端電勢(shì)比b端低答案c解析由右手定則可知，通過電阻r的電流方向?yàn)閙rp，a端電勢(shì)比b端高，選項(xiàng)a、d錯(cuò)誤，c正確；ab產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：eblv，則a、b兩點(diǎn)間的電壓為uabeblv，選項(xiàng)b錯(cuò)誤故選c.10如圖8所示，平行導(dǎo)軌間距為d，其左端接一個(gè)電阻r，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面，一根金屬棒與導(dǎo)軌成角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)當(dāng)金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在導(dǎo)軌上滑行時(shí)，通過電阻r的電流大小是()圖8a.b.c.d.答案d解析金屬棒mn垂直于磁場(chǎng)放置，運(yùn)動(dòng)速度v與棒垂直，且vb，即已構(gòu)成兩兩互相垂直關(guān)系，mn接入導(dǎo)軌間的有效長(zhǎng)度為l，所以eblv，i，故選項(xiàng)d正確11在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，b0.2 t，有一水平放置的光滑框架，寬度為l0.4 m，如圖9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(jì)若cd桿以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開始做勻變