高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律导学案，共7页。学案主要包含了复习回顾，电磁感应定律，导线切割磁感线时的感应电动势等内容，欢迎下载使用。


1．知道什么叫感应电动势；
2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区别磁通量、磁通量的变化及磁通量的变化率；
3．理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式
重点：法拉第电磁感应定律
难点：感应电流与感应电动势的产生条件的区别
一、复习回顾
1．在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
2．恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？
二、电磁感应定律
在 中，产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于 。
1．内容：
2．数学表达式：

（1）法拉第电磁感应定律是计算感应电动势的普遍规律，适用于导体回路，但回路不闭合时本规律依然适用。式中ΔΦ是磁通量的变化量（与匝数无关），Δt为磁通量改变ΔΦ所用的时间，E为Δt时间内的平均感应电动势。
（2）感应电动势的方向由 来判断
例题1：有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为0.5Wb/s，求感应电动势。
例题2：一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势。
三、导线切割磁感线时的感应电动势
1．导体棒垂直于磁场运动E=
2．导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ，则E=
如图,一个水平放置的导体框架,宽度L=1.50m,接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab跨放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体ab电阻均不计,当ab以v=4.0m/s的速度向右匀速滑动时，试求：
(1)导体ab上的感应电动势的大小
(2)回路上感应电流的大小

这是导线切割磁感线时的感应电动势，计算时更简捷，需要理解
（1）B，L，v两两
（2）导线的长度L应为 长度
（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=
（4）速度v为平均值（瞬时值），E就为
问题：当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，感应电动势可用上面的公式计算吗？
导体转动切割磁感线
导体棒在磁场中转动时，长为L的导体棒OA以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势
1．将一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处，不发生变化的物理量有（ ）
A．磁通量的变化率 B．感应电流的大小
C．消耗的机械功率 D．磁通量的变化量 E．流过导体横截面的电荷量
2．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将（ ）
A．越来越大 B．越来越小
C．保持不变 D．无法确定
3．如图所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间，并处于静止状态，当条形磁铁突然插入螺线管时，小球的运动情况是 ( )
A．向左摆动
B．向右摆动
C．保持静止
D．无法判定
4．当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为“绳系卫星”。现有一颗卫星在地球赤道上空运行，卫星位于航天飞机正上方，卫星所在位置地磁场方向由南向北。下列说法正确的是 ( )
A．航天飞机和卫星从西向东飞行时，图中B端电势高
B．航天飞机和卫星从西向东飞行时，图中A端电势高
C．航天飞机和卫星从南向北飞行时，图中B端电势高
D．航天飞机和卫星从南向北飞行时，图中A端电势高
5．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n＝5000匝，横截面积S＝20cm2，螺线管导线电阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度按如图乙所示的规律变化(规定磁感应强度B向下为正)，则下列说法中正确的是 ( )
A．螺线管中产生的感应电动势为1V
B．闭合S，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为5×10－2W
C．电路中的电流稳定后电容器下极板带负电
D．S断开后，流经R2的电流方向由下向上
1、如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )
A．Ua>Uc，金属框中无电流
B．Ub >Uc，金属框中电流方向沿a－b－c－a
C．Ub c＝－eq \f(1,2)Bl2ω，金属框中无电流
D．Ub c＝eq \f(1,2)Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a
2、如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1 m，cd间、de间、cf间分别接着阻值R＝10 Ω的电阻。一阻值R＝10 Ω的导体棒ab以速度v＝4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是( )
A．导体棒ab中电流的流向为由b到a
B．cd两端的电压为1 V
C．de两端的电压为1 V
D．fe两端的电压为1 V
3、纸面内有U形金属导轨，AB部分是直导线(如图所示)．虚线范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场．AB右侧有圆线圈C.为了使C中产生顺时针方向的感应电流，紧贴导轨的金属棒MN在磁场里的运动情况是（ ）
A. 向右匀速运动 B. 向左匀速运动
C. 向右加速运动 D. 向右减速运动
4、半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、电阻为R的均匀金属棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图11所示，整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下。在两环之间接阻值为R的定值电阻和电容为C的电容器。金属棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。导轨电阻不计。下列说法正确的是( )
A.金属棒中电流从B流向A B.金属棒两端电压为eq \f(3,4)Bωr2
C.电容器的M板带负电 D.电容器所带电荷量为eq \f(3,2)CBωr2
5、如图所示，在一倾角为37°的粗糙绝缘斜面上，静止地放置着一个匝数n＝10匝的圆形线圈，其总电阻R＝3.14 Ω、总质量m＝0.4 kg、半径r＝0.4 m．如果向下轻推一下此线圈，则它刚好可沿斜面匀速下滑．现在将线圈静止放在斜面上后．在线圈的水平直径以下的区域中，加上垂直斜面方向的，磁感应强度大小按如图所示规律变化的磁场(提示：通电半圆导线受的安培力与长为直径的直导线通同样大小的电流时受的安培力相等)问：
(1)刚加上磁场时线圈中的感应电流大小I＝？
(2)从加上磁场开始到线圈刚要运动，线圈中产生的热量Q＝？(最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2.)
参考答案：
小试牛刀：
1．答案 DE
2．答案 C
3．答案 A
解析 当条形磁铁插入螺线管中时，螺线管中向左的磁场增强，由楞次定律和安培定则可判定金属板左端电势高，故带负电的小球将向左摆动，选项A正确。
4．答案 B
解析 向东方向运动时，由右手定则知电流流向A点，即A为电源正极，因此电势高，选项B正确；若向北运动，电缆没有切割磁感线，不会产生感应电动势，故选项C、D错误。
5．答案 AD
解析 A.根据法拉第电磁感应定律：E＝neq \f(ΔΦ,Δt)＝nSeq \f(ΔB,Δt)；代入数据可求出：E＝1V，故A正确；B.根据全电路欧姆定律，有：I＝eq \f(E,R1＋R2＋r)＝eq \f(1,4＋5＋1)A＝0.1A；根据P＝I2R1得：P＝0.12×4W＝4×10－2W，故B错误；C.根据楞次定律可知，螺线管下端电势高，则电流稳定后电容器下极板带正电，故C错误；D.S断开后，电容器经过电阻R2放电，因下极板带正电，则流经R2的电流方向由下向上，故D正确；故选AD。
当堂检测：
答案 C.
答案 BD
答案 C
答案 AB
5、答案 (1)0.4 A (2)0.5 J
解析 (1)由闭合电路的欧姆定律I＝eq \f(E,R)，由法拉第电磁感应定律E＝neq \f(ΔB·S,Δt)，
由图得，eq \f(ΔB,Δt)＝0.5 T/s，S＝eq \f(1,2)πr2.联立解得I＝0.4 A.
(2)设线圈开始能匀速滑动时受的滑动摩擦力为Ff，则mgsin 37°＝Ff加变化磁场后线圈刚要运动时nBIL＝mgsin 37°＋Ff，其中L＝2r，由图象知B＝B0＋kt＝1＋0.5t，由焦耳定律Q＝I2Rt，联立解得Q＝0.5 J.