高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册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 第二册法拉第电磁感应定律导学案，共5页。学案主要包含了学习目标，重点难点，导入环节，思考环节，讲评环节，检测环节等内容，欢迎下载使用。
1.掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势。
2.能够运用E=Blv或E=Blvsin θ计算导体切割磁感线时产生的感应电动势。
3.了解动生电动势的概念，通过克服安培力做功把其他形式的能转化为电能。
【重点难点】法拉第电磁感应定律与E=Blvsin θ的理解。
【导入环节】 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。感应电流的大小跟哪些因素有关呢？

【思考环节】
考点一：电磁感应定律
1.感应电动势
(1)定义:在电磁感应现象中产生的电动势。
(2)感应电动势与感应电流的关系：
产生感应电动势的部分导体相当于电源,闭合导体回路中有感应电动势就有感应电流,若导体回路不闭合,则没有感应电流,但仍有感应电动势。
情境探究
如图所示,我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。
(1)在实验中,电流表指针偏转原因是什么?
(2)电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?
(3)在图中,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,快插入和慢插入有什么相同和不同?
思考与讨论:(1)穿过闭合电路的Φ变化⇒产生E感⇒产生I感。
(2)由闭合电路欧姆定律I= E/（R+r）知,当电路的总电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转程度越大。
(3)磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,即电流表指针偏转程度不同。
2.法拉第电磁感应定律
内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
公式：E=△Φ△t。若闭合电路是一个n匝线圈，公式E=n△Φ△t，单位：伏特。
平均感应电动势
由E＝neq \f(ΔΦ,Δt)可求得平均感应电动势。
例1、一个面积S = 0.05m2匝数n = 100的闭合线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是（ ）
A．0 ~ 2s内线圈中感应电流的方向发生了改变
B．2 ~ 4s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C．0 ~ 2s内线圈中产生的感应电动势等于10V
D．在第3s末线圈中的感应电动势等于零
考点二：导体切割磁感线时的感应电动势
例2、如图匀强磁场磁感应强度为B、金属轨道宽度为L、金属棒垂直切割速度为V，试推导导体切割磁感线时的感应电动势的大小，并判断A、B两点高低。
例3、若B与V有夹角θ如图，匀强磁场磁感应强度为B、金属轨道宽度为L、金属棒垂直切割速度为V，试推导导体切割磁感线时的感应电动势的大小。
阅读识记：一段导线在做切割磁感线的运动时相当于一个电源，通过上面的分析可以看到，这时的非静电力与洛伦兹力有关。在图 2.2-2 中，由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。可以判断，安培力的方向与推动导体棒运动的力的方向是相反的。这时即使导体棒做匀速运动，推力也做功。如果没有推力的作用，导体棒将克服安培力做功而消耗本身的机械能。如果感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫作动生电动势。
【讲评环节】
1、Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的关系及感应电动势的大小
2.对公式E＝BLvsin θ中各量的理解
(1)对 θ的理解：当B、L、v三个量方向互相垂直时， θ＝90°，感应电动势最大；当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零。
(2)对L的理解：式中的L应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场垂直，L应是导线在与磁场垂直方向投影的长度；如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长。
【检测环节】
1．如图所示，一面积为S的正三角形金属框abc固定，M、N分别为ab和ac边的中点，直线MN上方有垂直于线框的匀强磁场，在时间t内，磁感应强度的大小由B均匀增加到3B，方向不变，在此过程中（ ）
A．穿过金属框的磁通量变化量为BS
B．N点电势比M点的高
C．金属框中的感应电动势为
D．金属框中的感应电动势为
2．如图所示，在光滑绝缘水平面上有一正方形线框，线框由均匀电阻丝制成，边长为L，总电阻值为r。两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场方向竖直向下。线框沿垂直于方向的速度进入磁场，当对角线刚进入磁场时线框的速度大小为v，方向与磁场边界成角，则对角线刚进入磁场时（ ）
A．线框产生的感应电动势为
B．线框中的感应电流为
C．线框所受安培力大小为
D．ac两端的电势差为
2.2 法拉第电磁感应定律 学案参考答案
例1、【答案】C
【详解】A．在0 ~ 2s内线圈的磁通量变化率是恒定的，则产生的电流为恒定电流，A错误；
B．在2 ~ 4s内穿过线圈的磁通量的变化量为Φ = 2BS不等于零，B错误；
C．在0 ~ 2s内线圈中产生的感应电动势为E = n = 100 × 0.1V = 10V，C正确；
D．在2 ~ 4s内线圈的磁通量变化率是恒定的且不为零，则产生的电流为恒定电流，所以在第3s末线圈中的感应电动势不等于零，D错误。故选C。
例2.推导过程：△t时间内轨道与金属棒所围面积内磁通量的变化量为：
△Φ=B△s=BV△tL
E=△Φ/△t= BV△tL/△t=BLV
即：公式：E=BLV(适用于匀强磁场，B⊥v)
例3.分解V，或分解B
与B平行的分量V2=Vcsθ，没有切割磁感线，不产生电动势
与B垂直的分量V1=Vsinθ，切割磁感线产生电动势E=BLVsinθ
结论：导体切割磁感线时，产生的感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L、运动速度v以及运动方向和磁感应强度方向的夹角θ的正弦sinθ成正比。
公式：E=BLVsinθ
1【答案】C
【详解】A．由几何关系知三角形aMN的面积为开始时穿过金属框的磁通量为末磁通量为所以此过程中磁通量的变化量为故A错误；
根据楞次定律可以判断三角形框架中的感应电流方向为逆时针方向，其中MaN部分为电源部分，在电源内部电流从低电势流向高电势，故N点电势比M点的低，故B错误；
CD．根据法拉第电磁感应定律得线框中的感应电动势大小为故C正确，D错误。故选C。
2.【答案】B
【解析】
【详解】
A．对角线刚进入磁场时线框切割磁感线的有效长度为L，产生的感应电动势为
故A错误；
B．根据闭合电路欧姆定律可知线框中的感应电流为
故B正确；
C．边所受的安培力为
边所受的安培力为
根据几何关系可知F1、F2方向垂直，故线框所受安培力的大小为
故C错误；
D．a、c两端的电势差为
故D错误。
故选B。