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

第二章 电磁感应

第2节 法拉第电磁感应定律          

【课标要求】

通过实验，理解法拉第电磁感应定律

【学习目标】

1. 通过实验现象，理解感应电动势的概念。

2. 能够理解和使用法拉第电磁感应定律。

3. 会推导导线切割磁感线时产生的感应电动势。

【自主学习、合作探究】

问题1：阅读课本，理解感应电动势的概念并回答以下问题。

在电磁感应现象中产生的电动势叫作            ，产生感应电动势的那部分导体相当于            ．

问题2：阅读课本，理解法拉第电磁感应定律并回答以下问题。

(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的            的变化率成            ．

(2)公式：E＝            ，其中n为线圈的            ．

(3)在国际单位制中，磁通量的单位是            (Wb)，感应电动势的单位是伏(V)．

问题3：通过法拉第电磁感应定律，推导导体棒切割磁感线所产生的的感应电动势表达式。

简要分析在导体棒切割磁感线的过程中，能量是如何转化的？

知识点一  法拉第电磁感应定律的理解及应用

【例1】（2019全国高考真题）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上．t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示：磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内（　　）

A．圆环所受安培力的方向始终不变

B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向

C．圆环中的感应电流大小为

D．圆环中的感应电动势大小为

【跟踪训练1】（2023四川成都七中高三校考）用电阻为r的硬质细导线，做成半径为R的圆环，垂直圆环面的磁场充满其内接正方形，时磁感应强度的方向如图（a）所示，磁感应强度随时间t的变化关系如图（b）所示，则圆环中产生的感应电动势为（　　）

A． B． C． D．

考点二 对公式E=BLV的理解及应用

【例2】（2023北京第九中学期中）如图，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为El，若以速度2v向右匀速滑动，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2，则感应电流的方向及E1与E2之比El∶E2分别为（　　）

A．NMac，2∶1 

B．MNca，2∶1

C．MNca，1∶2 

D．NMac，1∶2

拓展思考：若MN与cd边有（0,90°）的夹角，其他条件不变，结果会如何？写出你的分析。

【跟踪训练2】（2023四川成都高二校联考期中）水平放置的光滑平行导轨固定，导轨左侧接有定值电阻R，导轨间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，足够长的金属棒ab置于导轨上且接触良好。如图甲，当金属棒ab垂直于导轨以速度v向右匀速运动时，金属棒ab产生的感应电动势为。如图乙，保持磁感应强度不变，当金属棒ab倾斜放置，与导轨成，仍以速度v向右匀速运动时，金属棒ab产生的感应电动势为。不计导轨和金属棒ab的电阻，则通过金属棒ab的电流方向及和之比分别为（　　）

A．，   B．，     C．，      D．，

【跟踪训练3】（2023黑龙江哈尔滨三中校考）如图所示为法拉第圆盘发电机，半径为r的铜质圆盘绕其中心O的竖直轴以恒定角速度顺时针转动（从上向下看），空间中存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B．圆盘平面和磁感线垂直，两电刷C、D分别与铜盘中心轴和边缘接触，两电刷间接有阻值为R的电阻，下列说法正确的是（　　）

A．O点电势比D点高 

B．通过R电流方向由下至上

C．发电机电动势为 

D．发电机电动势为

【课后限时训练】

1．关于感应电动势的大小，下列说法正确的是（   ）

A．穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大

B．穿过闭合回路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零

C．穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零

D．穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零

2.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，线圈所围面积里的磁通量随时间变化的规律如图所示，则（　　）

A．时刻，线圆中的感应电动势为零

B．时刻，线圈中的感应电动势为

C．时刻，线圈中的感应电动势为

D．时间内，线圈中的平均感应电动势为

3.一直升飞机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的磁感应强度在竖直方向的分量为B，螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则（　　）

A．，且a点电势低于b点电势

B．，且a点电势低于b点电势

C．，且a点电势高于b点电势

D．，且a点电势高于b点电势

4.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度抛出，且棒与磁场垂直，设棒在下落过程中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．保持不变 B．越来越大 

C．越来越小 D．无法判断

5.动圈式扬声器的结构如图（a）和图（b）所示，图（b）为磁铁和线圈部分的右视图，线圈与一电容器的两端相连。当人对着纸盆说话，纸盆带着线圈左右运动能将声信号转化为电信号。已知线圈有n匝，线圈半径为r，线圈所在位置的磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是（　　）

A．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势高

B．纸盆向左运动时，电容器的上极板电势比下极板电势低

C．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为

D．纸盆向右运动速度为v时，线圈产生的感应电动势为

6.如图所示，相隔一定高度的两水平面间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、边长为d的单匝正方形金属框从磁场上方某处自由落下，恰好能匀速穿过磁场区域，已知金属框平面在下落过程中始终与磁场方向垂直，且金属框上、下边始终与磁场边界平行，不考虑金属框的形变，不计空气阻力，重力加速度大小为g，则金属框穿过磁场的过程中，下列说法正确的是（    ）

A．金属框中电流的方向先顺时针后逆时针

B．金属框所受安培力的方向先向上后向下

C．金属框穿过磁场所用时间为

D．金属框所受安培力做功为

7.如图所示，单匝正方形闭合线圈MNPQ放置在水平面上，空间存在方向竖直向下、磁感应强度为B的有界匀强磁场，磁场两边界成角。线圈的边长为L、总电阻为R。现使线圈以水平向右的速度匀速进入磁场。下列说法正确的是（　　）

A．当线圈中心经过磁场边界时，N、P两点间的电压

B．当线圈中心经过磁场边界时，线圈所受安培力

C．当线圈中心经过磁场边界时，回路的瞬时电功率

D．线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程，通过导线某一横截面的电荷量

8．如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为L，磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为L，t＝0时刻，bc边与磁场区域边界重合。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是下图中的（　　）

A． B． 

C． D．

9.如图所示，在空间中有一垂直纸面方向的匀强磁场区域，磁场上下边缘间距为h=5.2m，磁感应强度为B=1T，边长为L=1m、电阻为R=1Ω、质量为m=1kg的正方形导线框紧贴磁场区域的上边从静止下落，当线圈PQ边到达磁场的下边缘时，恰好开始做匀速运动，重力加速度为g=10m/s2，求：

（1）PQ边运动到磁场下边缘时的速度v；

（2）导线框穿过磁场所产生的焦耳热；

（3）导线框从开始下落到PQ边到达磁场下边缘所经历的时间。