人教版 (新课标)4 法拉第电磁感应定律学案

选修3-2第四章第4节《法拉第电磁感应定律》

课前预习学案

一、预习目标

（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Φ、ΔΦ、

二、预习内容

1、什么是感应电动势和反电动势

在电磁感应现象中，当_________________，必产生电动势，这种电动势叫做感应电动势。

2、法拉第电磁感应定律的内容是什么

电路中感应电动势的大小跟______________________成正比，这个规律就叫做法拉第电磁感应定律，其表达式为_________________。

3．穿过一个电阻为R=1的单匝闭合线圈的磁通量始终每秒钟均匀的减少2Wb，则：

（A）线圈中的感应电动势每秒钟减少2V (B)线圈中的感应电动势是2V

 (C)线圈中的感应电流每秒钟减少2A   （D）线圈中的电流是2A

4．下列几种说法中正确的是：

(B) 线圈中的磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大

(C) 穿过线圈的磁通量越大，线圈中的感应电动势越大

(D) 线圈放在磁场越强的位置，线圈中的感应电动势越大

(E) 线圈中的磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势越大

5．有一个n匝线圈面积为S，在时间内垂直线圈平面的磁感应强度变化了，则这段时间内穿过n匝线圈的磁通量的变化量为         ，磁通量的变化率为       ，穿过一匝线圈的磁通量的变化量为      ，磁通量的变化率为           。

6．如图1所示，前后两次将磁铁插入闭合线圈的相同位置，第一次用时0.2S，第二次用时1S；则前后两次线圈中产生的感应电动势之比       

7．如图2所示，用外力将单匝矩形线框从匀强磁场的边缘匀速拉出．设线框的面积为S，磁感强度为B，线框电阻为R，那么在拉出过程中，通过导线截面的电量是______．

自主学习答案：  3.BD    4.D    5.          6.5:1   7.

三、提出疑惑

在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？

 在电磁感应现象中，磁通量发生变化的方式有哪些情况？

 恒定电流中学过，电路中存在持续电流的条件是什么？

 在电磁感应现象中，既然闭合电路中有感应电流，这个电路中就一定有电动势。

在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。下面我们就来探讨感应电动势的大小决定因素。

课内探究学案

一、学习目标

（1）．理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式，知道E=BLvsinθ如何推得。

（2）．会用和E=BLvsinθ解决问题。

学习重难点：

重点：法拉第电磁感应定律的建立和理解

难点：

（1）.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率三者的区别。

（2）.理解E=nΔφ/Δt是普遍意义的公式，计算结果是感应电动势相对于Δt时间内的平均值，而E=BLv是特殊情况下的计算公式，计算结果一般是感应电动势相对于速度v的瞬时值。

二、学习过程

探究一：感应电动势

在图a与图b中，若电路是断开的，有无电流？有无电动势？

电路断开，肯定无电流，但有电动势。

电动势大，电流一定大吗？电流的大小由电动势和电阻共同决定。

图b中，哪部分相当于a中的电源？螺线管相当于电源。

图b中，哪部分相当于a中电源内阻？线圈自身的电阻。

在电磁感应现象中，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势.有感应电动势是电磁感应现象的本质。

探究二：电磁感应定律

问题1：在实验中，电流表指针偏转原因是什么?

问题2：电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?

问题3：第一个成功实验中，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?

探究三：导线切割磁感线时的感应电动势

导体切割磁感线时，感应电动势如何计算呢？用CAI课件展示如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？

三. 反思总结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

-让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

四 当堂检测

展示如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？（课件展示）

   解析：设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为

ΔS=LvΔt

穿过闭合电路磁通量的变化量为

ΔΦ=BΔS=BLvΔt

据法拉第电磁感应定律，得

E==BLv

这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式，需要理解

（1）B,L,V两两垂直

（2）导线的长度L应为有效长度

（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=0

（4）速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）

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？

教师：让我们进行下面的推导。用CAI课件展示如图所示电路，闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中，导体棒以v斜向切割磁感线，求产生的感应电动势。

解析：可以把速度v分解为两个分量：垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为

E=BLv1=BLvsinθ

［强调］在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v与B的夹角。

例题2：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

例题3：一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。

解：由电磁感应定律可得E=nΔΦ/Δt①

ΔΦ＝ ΔＢ×Ｓ②

由① ②联立可得E=n ΔＢ×Ｓ/Δt

代如数值可得Ｅ＝１６Ｖ

课后练习与提高

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小  （    ）

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

点评：熟记法拉第电磁感应定律的内容

2.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

点评：插到同样位置，磁通量变化量相同，但用时不同

3.恒定的匀强磁场中有一圆形闭合导线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流  （    ）

A.线圈沿自身所在平面运动

B.沿磁场方向运动

C.线圈绕任意一直径做匀速转动

D.线圈绕任意一直径做变速转动

点评：判断磁通量是否变化

4.一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴做匀速运动，当线圈处于如图所示位置时，此线圈  （      ）

A.磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最小

B.磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最大

C.磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大

D.磁通量最小，磁通量变化率最小，感应电动势最小

解析：这时线圈平面与磁场方向平行，磁通量为零，磁通量的变化率最大.

5．一个N匝的圆线圈，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面跟磁感应强度方向成30°角，磁感应强度随时间均匀变化，线圈导线规格不变.下列方法中可使线圈中感应电流增加一倍的是   （   ）

A.将线圈匝数增加一倍           B.将线圈面积增加一倍

C.将线圈半径增加一倍           D.适当改变线圈的取向

解析：A、B中的E虽变大一倍，但线圈电阻也相应发生变化.

6．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

点评：理解E=BLv中v是有效切割速度

7．如图所示，C是一只电容器，先用外力使金属杆ab贴着水平平行金属导轨在匀强磁场中沿垂直磁场方向运动，到有一定速度时突然撤销外力.不计摩擦，则ab以后的运动情况可能是

A.减速运动到停止               B.来回往复运动

C.匀速运动                     D.加速运动

点评：电容器两端电压不变化则棒中无电流

8．横截面积S=0.2 m2、n=100匝的圆形线圈A处在如图所示的磁场内，磁感应强度变化率为0.02 T/s.开始时S未闭合，R1=4 Ω，R2=6Ω，C=30 μF，线圈内阻不计，求：

（1）闭合S后，通过R2的电流的大小；

（2）闭合S后一段时间又断开，问S断开后通过R2的电荷量是多少?

所以Q=CU2=30×10-6×0.04 C=7.2×10-6 C.

答案：1.C,2. DE, 3.CD, 4.C, 5.CD, 6.C, 7.C

8:解：（1）磁感应强度变化率的大小为=0.02 T/s，B逐渐减弱，

所以E=n=100×0.02×0.2 V=0.4 V

I= A=0.04 A，方向从上向下流过R2.

（2）R2两端的电压为U2=×0.4 V=0.24 V