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

2.2《法拉第电磁感应定律》导学案

学习目标：

1.通过实验、分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法。

2.理解和掌握法拉第电磁感应定律的内容和表达式。

3.能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小。

学习过程：

穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。通过如图所示的两个实验，探究说明：感应电流的大小跟哪些因素有关呢？

一、感应电动势

1．在           现象中产生的电动势叫作感应电动势，产生感应电动势的那部分导体就相当于       。

思考：若电路没有闭合，回路中有没有感应电流？有没有感应电动势？比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？

例：某同学在做探究性实验中，将的两个相同的磁电式电流表A、B放置水平桌面，用导线将两表连接起来，如图所示。他用手顺时针轻轻拨动电表A的指针后放手，发现电表 A、B的指针都发生了偏转。下列关于两个电表受到的安培力说法正确的是（     ）

A．电表A、B受到的安培力均做负功

B．电表A、B受到的安培力均做正功

C．电表A受到的安培力做正功，电表B受到的安培力做负功

D．电表A受到的安培力做负功，电表B受到的安培力做正功

2．在电磁感应现象中，回路断开时，虽然没有感应电流，但       依然存在。

思考：将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中。快速插入和缓慢插入磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？

分别用一根磁铁和两根磁铁以同样速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？指针偏转角度相同吗？

总结推理：公式E＝n

（1）感应电动势E的大小取决于                  ，而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的关系，与电路的电阻R无关；感应电流的大小与             和            有关。

（2）磁通量的变化率，是Φ­t图像上某点切线的             ，可反映单匝线圈感应电动势的             和             。

（3）E＝n只表示感应电动势的大小，不涉及其正负，计算时ΔΦ应取绝对值。感应电流的方向可以用             去判定。

（4）磁通量发生变化有三种方式

①B不变，S变化，则＝             ；

②B变化，S不变，则＝             ；

③B、S变化，则＝             。

由E＝             可求得平均感应电动势，通过闭合电路欧姆定律可求得电路中的平均电流I＝ =            ，通过电路中导体横截面的电荷量Q＝IΔt＝             。

例：下列说法正确的是（    ）

A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

B．线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

C．线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大

D．线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大

二、法拉第电磁感应定律

（1）内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的        成正比。

（2）公式：E＝        。

①在国际单位制中，E的单位是        （V），Φ的单位是        （Wb），t的单位是        （s），k＝1，公式简化为E＝。

②若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝        。

（3）标量性：感应电动势是        ，但有方向。其方向规定为从电源负极经过        指向电源的正极，与电源内部        方向一致。

3．导线切割磁感线时的感应电动势

（1）导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，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时，如图乙所示，E＝        。

例：如图所示，把矩形线框 CDMN 放在磁感应强度为 B 的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒 MN 的长度为 l，它以速度 v 向右运动，在 Δt 时间内，由原来的位置 MN 移到 M1N1。求在这个过程中的感应电动势大小。

巩固练习：

1.如图，金属杆ab静放在水平固定的“U”形金属框上，处于竖直向上的匀强磁场中。现使ab突然获得一初速度v向右运动，下列表述正确的是（　　）

A．安培力对ab做正功 B．安培力对ab不做功

C．杆中感应电流逐渐减小 D．杆中感应电流保持不变

2.在水平桌面上,一个圆形金属框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,磁感应强度B1随时间t的变化关系如图甲所示,0~1 s内磁场方向垂直线框平面向下,圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接,导轨上放置一根导体棒,且与导轨接触良好,导体棒处于另一匀强磁场B2中,如图乙所示,导体棒始终保持静止,则其所受的摩擦力Ff随时间变化的图像是下图中的(设向右的方向为摩擦力的正方向)(　　)

3. 如图所示，一个水平放置的导体框架，宽度L=1.50m，接有电阻R=2Ω，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，框架电阻不计，导体ab的电阻为r=1Ω，当ab以速度v=4.0m/s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、导体ab两端的电压。

课后作业：

1.下列说法正确的是(　　)

A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大

B.线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大

C.线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大

D.线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大

2.如图所示，用粗细相同的同种材料的导线制成的单匝圆形闭合线圈、放在同一绝缘水平面内，1、两线圈的半径之比为：1，图示区域内有垂直于线圈平面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小随时间均匀减小。则下列判断正确的是（　　）

A．1、两线圈中产生的感应电动势之比为E1：E2=2：1

B．1、两线圈中产生的感应电动势之比为E1：E2=1：1

C．1、两线圈中感应电流大小之比为I1：I2=2：1

D．1、两线圈中感应电流大小之比为I1：I2=1：1

3. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形体环．规定导体环中电流的正方向如图a所示，磁场方向向上为正．当磁感应强度 B 随时间t按图b变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是(     )

A．B．C．D．

4.如图所示,质量均为m的金属棒MN、PQ垂直于水平金属导轨放置且与导轨接触良好,金属棒MN与金属导轨间的动摩擦因数为2μ,金属棒PQ与金属导轨间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,磁感应强度为B的匀强磁场的方向竖直向下。则金属棒MN在恒力F=3μmg作用下向右运动的过程中,有(　　)

A.安培力对MN棒做正功

B.PQ棒不受安培力作用

C.MN棒做加速度逐渐减小的加速运动,最终匀速运动

D.PQ棒始终静止,安培力对PQ不做功

5. 两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)。下列说法正确的是(　　)

A．磁感应强度的大小为0.5 T

B．导线框运动的速度的大小为5 m/s

C．磁感应强度的方向垂直于纸面向内

D．在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.04 N

6. 如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200 cm2，线圈的电阻r＝1Ω，线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是(　　)

A．线圈中的感应电流方向为顺时针方向

B．电阻R两端的电压随时间均匀增大

C．线圈电阻r消耗的功率为4×10－4 W

D．前4 s内通过R的电荷量为4×10－4 C

7. 如图甲所示，N=200匝的线圈（图中只画了2匝），电阻r=2Ω，其两端与一个R=48Ω的电阻相连，线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。

（1）求线圈产生的感应电动势E的大小；

（2）求电阻R的热功率P。

8. 如图所示，水平放置的平行金属导轨相距l＝0.50m，左端接一电阻R＝2.0Ω，磁感应强度B＝2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面．导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨电阻忽略不计，ab棒电阻r＝0.50Ω,当ab以v＝2.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：

 (1)ab棒中感应电动势的大小；

(2)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的功率大小。

9. 如图所示,MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨间距为l=0.5 m,导轨所在平面与水平面夹角θ=37°,M、P间接阻值为R=9 Ω的电阻。匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=2 T。质量为m=0.1 kg、阻值为r=1 Ω的金属棒放在两导轨上,在平行于导轨的恒定拉力F=1 N作用下,从静止开始向上运动。已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触,导轨电阻不计,导轨和磁场足够大,重力加速度g取10 m/s2。求:

 (1)当金属棒的速度为2 m/s时的加速度;

(2)金属棒能获得的最大速度;

(3)若金属棒从开始运动到获得最大速度在导轨上滑行的距离是2.5 m,这一过程中R上产生的焦耳热。