江蘇省東臺(tái)市高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.4.1 法拉第電磁感應(yīng)定律（一）導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-2.doc

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4.4法拉第電磁感應(yīng)定律(1) 班級(jí) 姓名 ， 1課時(shí) 使用時(shí)間 一． 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．知道什么叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 2．知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別Φ、ΔΦ、E=△Φ/△t。 3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式。 4．知道E=BLvsinθ如何推得。 5．會(huì)用E=n△Φ/△t和E=BLvsinθ解決問題。 重點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律，平均電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)區(qū)別。 難點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律，平均電動(dòng)勢(shì)與瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)區(qū)別。 二、自學(xué)檢測(cè) 1．無(wú)論電路閉合與否，只要穿過回路中的 發(fā)生變化，就會(huì)在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生 ，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體就是 ． 2. 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與磁通量的變化 ，即跟穿過這一電路的 成正比．這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 3、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式E= ，是法拉第電磁感應(yīng)定律的一種特殊情形，也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中最常用的公式。 （1）式中B與L ，V與L ，θ是V與B的夾角。 （2）式中B為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（或在切割導(dǎo)體所在區(qū)域大小相同），L為導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度。 （3）當(dāng)V是導(dǎo)體的平均速度時(shí)，E是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)V是導(dǎo)體的瞬時(shí)速度時(shí)，E是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 4、反電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，我們就把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)；其作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)在使用時(shí)的注意點(diǎn)： 三、合作探究 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，閉合電路的電流也應(yīng)由電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了加深理解，請(qǐng)看右圖。比較圖（a）與圖（b），我們不難得出結(jié)論：圖（b）中的虛線部分相當(dāng)于圖（a）的電池的作用：使電路兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而讓電路內(nèi)出現(xiàn)電流．則圖中虛線方框內(nèi)的部分相當(dāng)于 ． 任務(wù)（一）．法拉第電磁感應(yīng)定律——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小． 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與哪些因素有關(guān)呢？我們先看如右圖所示實(shí)驗(yàn)： 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，在磁鐵N插人或拔出的過程中電壓表的指針偏轉(zhuǎn)而靈敏電流計(jì)的指針不動(dòng)．說(shuō)明回路中無(wú)感應(yīng)電流．但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)回路中開關(guān)S閉合時(shí)，兩表指針均偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明回路閉合時(shí)有感應(yīng)電流也有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 結(jié)論1．無(wú)論電路閉合與否，只要穿過回路中的 發(fā)生變化，就會(huì)在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生 ，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分導(dǎo)體就是 ． 當(dāng)磁鐵放人其中時(shí)，電壓表的指針不偏轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵插人與拔出時(shí)，電壓表的指針有偏轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵插人或拔出的速度變大時(shí)（即磁通量變化越快時(shí)），指針偏轉(zhuǎn)角度 （即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大）． 結(jié)論2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化 ，即磁通量的 大小有關(guān)，就好像加速度大小與速度的變化快慢，即速度的變化率大小有關(guān)一樣． 精確的實(shí)驗(yàn)表明；電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的 成正比．這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 圖2是一個(gè)n匝線圈閉合電路，且穿過每個(gè)線圈的磁通量的變化率都相同，由于n匝線圈可看成n個(gè)單匝線圈串聯(lián)，就像n個(gè)電池串聯(lián)一樣，故整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為： 1、若Δφ由磁場(chǎng)的變化引起，則Δφ/Δt常用 來(lái)計(jì)算。 2、若Δφ是由回路面積的變化引起，則Δφ/Δt常 用 來(lái)計(jì)算。 3、感應(yīng)電量：在Δt時(shí)間內(nèi)通過電路中某一橫截面的電量q= 任務(wù)（二）．導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)的感生電動(dòng)勢(shì) 前面我們研究的是磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果磁場(chǎng)B不變化，按的要求B不變就必須S變化，所以下面我們從法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)推導(dǎo)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式 如圖3所示，將矩形abcd放在磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面跟磁感線垂直，設(shè)線框可動(dòng)部分ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)．以速度向右運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間內(nèi)由位置ab移到位置a1、b1，這時(shí)線框面積的變化量為= ，磁通量變化量 ，代入公式 若導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直，但跟磁感強(qiáng)度方向有夾角，則速度垂直磁感線的分量對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有貢獻(xiàn)，而速度平行于磁感線的分量對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無(wú)貢獻(xiàn)，故E的表達(dá)式為 如圖4所示。 式中E的單位為伏特（V），B的單位為特斯拉（T），L 的單位為米（m）， 的單位為米每秒（m/s） 討論上式的物理意義，特別是強(qiáng)調(diào)θ的含義。 說(shuō)明：1、法拉第電磁感應(yīng)定律E= n中，表示在Δt時(shí)間內(nèi)磁通量的平均變化率，E是在Δt時(shí)間內(nèi) ，n是線圈的匝數(shù)。（ 若ΔΦ均勻變化，則平均感生電動(dòng)勢(shì)等于瞬時(shí)感生電動(dòng)勢(shì)）。 2、公式E=BLvsinθ是法拉第電磁感應(yīng)定律的一種特殊情形，也是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中最常用的公式。 （1）式中B與L ，V與L ，θ是V與B的夾角。 （2）式中B為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（或在切割導(dǎo)體所在區(qū)域大小相同），L為導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度。 （3）當(dāng)V是導(dǎo)體的平均速度時(shí)，E是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)V是導(dǎo)體的瞬時(shí)速度時(shí)，E是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 3、ε＝Δφ/Δt和是一致的，前者是一般規(guī)律，后者是法拉第電磁感應(yīng)定律在導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的具體表達(dá)式。在中學(xué)階段，前者一般用于求平均值，后者用于求瞬時(shí)值。 4、若切割速度V不變，ε為恒定值；若切割速度為即時(shí)速度，則ε為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)。 任務(wù)三。反電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，我們就把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)；其作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。教材P16。 電動(dòng)機(jī)在使用時(shí)的注意點(diǎn)： 【例題1】有一面積為S=100cm2的金屬環(huán)，電阻R=0． 1Ω，環(huán)中磁場(chǎng)變化規(guī)律如下圖所示，磁場(chǎng)方向垂直環(huán)面向里，在t1到t2時(shí)間內(nèi)，通過金屬環(huán)的電荷量是多少？ 【例題2】如下圖所示，是一個(gè)水平放置的導(dǎo)體框架，寬度L=1．50m，接有電阻R=0．20Ω，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)和框架平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0．40T，方向如圖．今有一導(dǎo)體棒ab跨放在框架上，并能無(wú)摩擦地沿框滑動(dòng)，框架及導(dǎo)體ab電阻均不計(jì)，當(dāng)ab以v=4．0m/s的速度向右勻速滑動(dòng)時(shí)，試求： （1）導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小（2）回路上感應(yīng)電流的大小 【例題3】如下圖所示，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B=1．010-3T，在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)，有一金屬棒AO，繞平行于磁場(chǎng)的O軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，已知棒長(zhǎng)L=0．20m，角速度ω=20rad/s，求：金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有多大？ 【例題4】如圖，邊長(zhǎng)為a的正方形閉合線框ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞AB邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，初始時(shí)刻線框所在的平面與磁感線垂直，經(jīng)過t時(shí)間轉(zhuǎn)過1200角，求：線框內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間t內(nèi)的平均值。 四、檢測(cè)清盤 1．當(dāng)線圈中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，則（ ） A．線圈中一定有感應(yīng)電流 B．線圈中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈電阻無(wú)關(guān) D．如有感應(yīng)電流，其大小與線圈的電阻有關(guān) 2．閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一閉合電路的下列哪個(gè)物理量成正比？（ ） A．磁通量 B．磁感應(yīng)強(qiáng)度 C．磁通量的變化率 D．磁通量的變化量 3．將一磁鐵緩慢地或迅速地插到閉合線圈中同樣位置處，不發(fā)生變化的物理量有 （ ） A．磁通量的變化率 B．感應(yīng)電流的大小 C．消耗的機(jī)械功率 D．磁通量的變化量 E．流過導(dǎo)體橫截面的電荷量 4．恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一圓形閉合導(dǎo)線圈，線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中做下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流 （ ） A．線圈沿自身所在平面運(yùn)動(dòng) B．沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng) C．線圈繞任意一直徑做勻速轉(zhuǎn)動(dòng) D．線圈繞任意一直徑做變速轉(zhuǎn)動(dòng) 5．一個(gè)N匝的圓形線圈，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面跟磁場(chǎng)平面成30角，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，線圈導(dǎo)線規(guī)格不變，下列方法可使線圈中感應(yīng)電流增加一倍的是（ ） A．將線圈匝數(shù)增加一倍 B．將線圈面積增加一倍 C．將線圈半徑增加一倍 D．適當(dāng)改變線圈的取向 6．穿過一個(gè)單匝數(shù)線圈的磁通量，始終為每秒鐘均勻地增加2 Wb，則（ ） A．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒鐘增大2 V B．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒鐘減小2 V C．線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為2 V D．線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 7、粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如圖上圖所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是（ ） A． B． C． D． 8．在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根水平放置的金屬棒沿水平方向拋出，初速度方向和棒垂直，若棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持水平，則棒兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將（ ） A．隨時(shí)間增大 B．隨時(shí)間減小 C．不隨時(shí)間變化 D．難以確定 五、學(xué)有所得