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2020-2021学年4 法拉第电磁感应定律导学案
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这是一份2020-2021学年4 法拉第电磁感应定律导学案，共4页。学案主要包含了自主学习等内容，欢迎下载使用。
学习内容
江苏省新沂市王楼中学高中物理 3-2（4.4）导学案
学习目标
理解法拉第电磁感应定律，会用法拉第电磁感应定律求解感应电动势。
能用法拉第电磁感应定律推导出导体切割磁感线时的感应电动势的计算式，并能熟练地用它解决导体切割磁线类电动势问题。
了解反电动势的概念。
学习重、 难点
法拉第电磁感应定律及用定律解题
学法指导
自主、合作、探究
知识链接
楞次定律的内容；
右手定则；
左手定则与右手定则的区别
如何用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向
学习过程
用案人自我创新
【自主学习】
法拉第电磁感应定律的内容：
。
2．表达式为： 式中各物理量的单位依次为
；（注意φ、Δφ、Δφ/Δt的区别）
推导：导体做切割磁感线运动时的感应电动势的表达式：
应用此公式时就注意：
⑴公式中B与导体全身垂直，V和导体本身垂直，θ是V与B的夹角。
⑵当θ=00或θ=1800时，E= ；θ=900时，E= 这时感应电动势最大。
⑶若导线是曲折的，则L就是导线的有效切割长度。
⑷如果V是某时刻的瞬时速度，则E是某时刻的瞬时感应电动势；若V为平均速度，则E也为平均感应电动势。
4．二者区别：公式E=nΔΦ/Δt是计算感应电动势的普适公式，公式E=Blv则是前式的一个特例。
5．关于电动机的反电动势问题。
①电动机只有在转动时才会出现反电动势（线圈转动切割磁感线产生感应电动势）；
②线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定相反，所以称为反电动势；
③有了反电动势电动机才可能把电能转化为机械能,它输出的机械
能功率P=E反I；
④电动机工作时两端电压为U=E反+Ir（r是电动机线圈的电阻），电
动机的总功率为P=UI，发热功率为P热=I2r，正常情况下E反>>Ir，
电动机启动时或者因负荷过大停止转动，则I=U/r，线圈中电流就会很大，可能烧毁电动机线圈。
例1法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大（ ）
A、跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B、跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
例2 图4-4-1中abcd是一个固定的U形金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为L，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行导体杆，它可在框架上自由滑动（摩擦可忽略）。它的电阻为R，现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。已知当以恒力F向右拉导体杆ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度。
例3 如图4-4-2所示，边长为0.1m正方形线圈ABCD在大小为0.5T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1s线圈转了90°，求：
（1）线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。
（2）线圈在1s末时的感应电动势大小。
例4 矩形线圈abcd，长ab=20cm ,宽bc=10cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如图4-4-3所示，求：
（1）线圈回路的感应电动势。
（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。
例5 如图4-4-4所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40V。当S断开时，电流表的示数，I1=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数为I2=4.0A求开关S闭合时电动机发热消耗的功率和电动机线圈的反电动势E反。
达标检测
1、一个200匝、面积200cm2的圆线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是 ，磁通量的变化率是 ，线圈中感应电动势的大小是 。
2、一导体棒长为40cm，在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中做切割磁感线运动，速度为5m/s，棒在运动中能产生的最大感应电动势为 V。
3、关于某一闭合电路中感应电动势的大小E，下列说法中正确的是 （ ）
A、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的大小成正比
B、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化大小成正比
C、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化快慢成正比
D、E跟穿过闭合电路所在处的磁感应强度的大小成正比
4、关于电磁感应，下列说法中正确的是（ ）
A、导体相对磁场运动，一定会产生电流
B、导体切割磁感线，一定会产生电流
C、闭合电路切割磁感线就会产生电流
D、穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定会产生感应电动势
5、如图4-4-5所示，在竖直向下的匀强磁场中，将水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，不计下落过程的空气阻力，则棒在运动过程中产生的感应电动势大小的变化是( )
A、越来越大
B、越来越小
C、保持不变
D、无法判断
6、穿过一个单匝线圈的磁通量，始终为每秒钟均匀地增加2Wb，则（ ）
A、线圈中的感应电动势每秒钟增加2V B、线圈中的感应电动势每秒钟减少2V
C、线圈中的感应电动势始终为2V D、线圈中不产生感应电动势
7、如图4-4-6所示，让线圈abcd从高为h处下落后，进入匀强磁场，从cd边开始进入磁场，到ab边刚进入磁场的这一段时间内，在下列几种表示线圈运动的v-t图象中，不可能的是（ ）
8、有一个1000匝的线圈，在0.4秒内穿过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势的平均值。如果线圈的电阻是10Ω，把它跟一个电阻为990Ω的电热器串联组成闭合电路时，通过电热器的电流的平均值多大？
9、如图4-4-7所示，正方形单匝线圈处于匀强磁场中，磁感线垂直穿过线圈平面，线圈每边长20cm，若磁场的磁感应强度在△t1=0.1s内由0.1T均匀增加到0.4T，并在紧接着的△t2=0.25s的时间内由0.4T均匀增加到1.6T，则在△t1的时间内线框中的感应电动势的大小是多少伏？在△t2时间内，感应电动势的大小又是多少伏？在（△t1+△t2）时间内，感应电动势的平均值是多少伏？
10、如图4-4-8所示的矩形线圈在匀强磁场中绕OOˊ轴转动时，线圈中是否有感应电动势？为什么？设线圈的两个边长分别为L1和 L2,转动角速度为ω，磁场的磁感应强度为B。试证明：在图示的位置时，线圈中的感应电动势为E=BSω，其中S为线圈的面积,S=L1L2 。
11、如图4-4-9所示，在匀强磁场（B=0. 2T）中，电阻为0.5Ω的金属杆以速度v=5m/s匀速向右平移，R=1.5Ω，导轨间距L=0.2m且光滑并电阻不计，则电阻R两端的电压是多少伏？
12、电磁流量计如图4-4-10所示,用非磁性材料做成的圆管道,外加一匀强磁场.当管道中导电液体流过此区域时,测出管壁上一直径两端a、b两点间的电动势为E,就可知道管中液体的流量Q,即单位时间内流过管道横截面的液体体积(m3／s).已知管道直径为D,磁场的磁感应强度为B,试推导Q的表达式。
布置作业
学习内容
江苏省新沂市王楼中学高中物理 3-2（4.4）导学案
学习目标
理解法拉第电磁感应定律，会用法拉第电磁感应定律求解感应电动势。
能用法拉第电磁感应定律推导出导体切割磁感线时的感应电动势的计算式，并能熟练地用它解决导体切割磁线类电动势问题。
了解反电动势的概念。
学习重、 难点
法拉第电磁感应定律及用定律解题
学法指导
自主、合作、探究
知识链接
楞次定律的内容；
右手定则；
左手定则与右手定则的区别
如何用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向
学习过程
用案人自我创新
【自主学习】
法拉第电磁感应定律的内容：
。
2．表达式为： 式中各物理量的单位依次为
；（注意φ、Δφ、Δφ/Δt的区别）
推导：导体做切割磁感线运动时的感应电动势的表达式：
应用此公式时就注意：
⑴公式中B与导体全身垂直，V和导体本身垂直，θ是V与B的夹角。
⑵当θ=00或θ=1800时，E= ；θ=900时，E= 这时感应电动势最大。
⑶若导线是曲折的，则L就是导线的有效切割长度。
⑷如果V是某时刻的瞬时速度，则E是某时刻的瞬时感应电动势；若V为平均速度，则E也为平均感应电动势。
4．二者区别：公式E=nΔΦ/Δt是计算感应电动势的普适公式，公式E=Blv则是前式的一个特例。
5．关于电动机的反电动势问题。
①电动机只有在转动时才会出现反电动势（线圈转动切割磁感线产生感应电动势）；
②线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定相反，所以称为反电动势；
③有了反电动势电动机才可能把电能转化为机械能,它输出的机械
能功率P=E反I；
④电动机工作时两端电压为U=E反+Ir（r是电动机线圈的电阻），电
动机的总功率为P=UI，发热功率为P热=I2r，正常情况下E反>>Ir，
电动机启动时或者因负荷过大停止转动，则I=U/r，线圈中电流就会很大，可能烧毁电动机线圈。
例1法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大（ ）
A、跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B、跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
例2 图4-4-1中abcd是一个固定的U形金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为L，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行导体杆，它可在框架上自由滑动（摩擦可忽略）。它的电阻为R，现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。已知当以恒力F向右拉导体杆ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度。
例3 如图4-4-2所示，边长为0.1m正方形线圈ABCD在大小为0.5T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1s线圈转了90°，求：
（1）线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。
（2）线圈在1s末时的感应电动势大小。
例4 矩形线圈abcd，长ab=20cm ,宽bc=10cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如图4-4-3所示，求：
（1）线圈回路的感应电动势。
（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。
例5 如图4-4-4所示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机，R=24Ω，电源电动势E=40V。当S断开时，电流表的示数，I1=1.6A，当开关S闭合时，电流表的示数为I2=4.0A求开关S闭合时电动机发热消耗的功率和电动机线圈的反电动势E反。
达标检测
1、一个200匝、面积200cm2的圆线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是 ，磁通量的变化率是 ，线圈中感应电动势的大小是 。
2、一导体棒长为40cm，在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中做切割磁感线运动，速度为5m/s，棒在运动中能产生的最大感应电动势为 V。
3、关于某一闭合电路中感应电动势的大小E，下列说法中正确的是 （ ）
A、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的大小成正比
B、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化大小成正比
C、E跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化快慢成正比
D、E跟穿过闭合电路所在处的磁感应强度的大小成正比
4、关于电磁感应，下列说法中正确的是（ ）
A、导体相对磁场运动，一定会产生电流
B、导体切割磁感线，一定会产生电流
C、闭合电路切割磁感线就会产生电流
D、穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定会产生感应电动势
5、如图4-4-5所示，在竖直向下的匀强磁场中，将水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，不计下落过程的空气阻力，则棒在运动过程中产生的感应电动势大小的变化是( )
A、越来越大
B、越来越小
C、保持不变
D、无法判断
6、穿过一个单匝线圈的磁通量，始终为每秒钟均匀地增加2Wb，则（ ）
A、线圈中的感应电动势每秒钟增加2V B、线圈中的感应电动势每秒钟减少2V
C、线圈中的感应电动势始终为2V D、线圈中不产生感应电动势
7、如图4-4-6所示，让线圈abcd从高为h处下落后，进入匀强磁场，从cd边开始进入磁场，到ab边刚进入磁场的这一段时间内，在下列几种表示线圈运动的v-t图象中，不可能的是（ ）
8、有一个1000匝的线圈，在0.4秒内穿过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势的平均值。如果线圈的电阻是10Ω，把它跟一个电阻为990Ω的电热器串联组成闭合电路时，通过电热器的电流的平均值多大？
9、如图4-4-7所示，正方形单匝线圈处于匀强磁场中，磁感线垂直穿过线圈平面，线圈每边长20cm，若磁场的磁感应强度在△t1=0.1s内由0.1T均匀增加到0.4T，并在紧接着的△t2=0.25s的时间内由0.4T均匀增加到1.6T，则在△t1的时间内线框中的感应电动势的大小是多少伏？在△t2时间内，感应电动势的大小又是多少伏？在（△t1+△t2）时间内，感应电动势的平均值是多少伏？
10、如图4-4-8所示的矩形线圈在匀强磁场中绕OOˊ轴转动时，线圈中是否有感应电动势？为什么？设线圈的两个边长分别为L1和 L2,转动角速度为ω，磁场的磁感应强度为B。试证明：在图示的位置时，线圈中的感应电动势为E=BSω，其中S为线圈的面积,S=L1L2 。
11、如图4-4-9所示，在匀强磁场（B=0. 2T）中，电阻为0.5Ω的金属杆以速度v=5m/s匀速向右平移，R=1.5Ω，导轨间距L=0.2m且光滑并电阻不计，则电阻R两端的电压是多少伏？
12、电磁流量计如图4-4-10所示,用非磁性材料做成的圆管道,外加一匀强磁场.当管道中导电液体流过此区域时,测出管壁上一直径两端a、b两点间的电动势为E,就可知道管中液体的流量Q,即单位时间内流过管道横截面的液体体积(m3／s).已知管道直径为D,磁场的磁感应强度为B,试推导Q的表达式。
布置作业
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