2022年高中物理 第一章 第四節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、2022年高中物理 第一章 第四節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 粵教版選修3-2 1．知道決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素． 2．知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能對(duì)磁通量的變化量、磁通量的變化率進(jìn)行區(qū)別． 3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式，能用其解答相關(guān)問(wèn)題． 4．會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 5．會(huì)計(jì)算導(dǎo)線切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。? 1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源． 2．實(shí)驗(yàn)表明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量變化快慢有關(guān)，我們用磁通量變化率描述磁通量變化的快慢，它是磁通量變化

2、量與這個(gè)變化所用時(shí)間的比值． 3．法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律． 公式E＝n與E＝BLv的區(qū)別與聯(lián)系 兩個(gè) 公式 E＝n E＝BLv 區(qū)別 (1)求的是Δt時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)平均電動(dòng)勢(shì)，E與某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程相對(duì)應(yīng) (1)求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E與某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置相對(duì)應(yīng) (2)求的是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0時(shí)，其回路某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為0 (2)求的是回路中一部分導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (3)由于是整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此電源部分不容易確定 (

3、3)由于是一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，該部分就相當(dāng)于電源 聯(lián)系 公式E＝n和E＝BLv是統(tǒng)一的．當(dāng)Δt→0時(shí)，E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而公式E＝BLv的v取平均值時(shí)，則求出來(lái)的是平均電動(dòng)勢(shì) 一、單項(xiàng)選擇題 1．下列關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的說(shuō)法中，正確的是(D) A．線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大 B．線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大 C．線圈放在磁感強(qiáng)度越強(qiáng)的地方，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大 D．線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 解析：注意磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率三者之間的區(qū)別． 2．如右圖所示，

4、在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中棒的取向不變且不計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小將(C) A．越來(lái)越大 B．越來(lái)越小 C．保持不變 D．無(wú)法確定 解析：E＝BLvsin θ＝BLvx；ab做平拋運(yùn)動(dòng)，水平速度保持不變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持不變． 3．如下圖所示，垂直矩形金屬框的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.導(dǎo)體棒ab垂直線框兩長(zhǎng)邊擱在框上，ab長(zhǎng)為l.在Δt時(shí)間內(nèi)，ab向右勻速滑過(guò)距離d，則(C) A．因右邊面積減少ld，左邊面積增大ld，則ΔΦ＝2Bld，電動(dòng)勢(shì)E＝ B．因右邊面積減少ld，左邊面積增大

5、ld，兩邊抵消，則ΔΦ＝0，電動(dòng)勢(shì)E＝0 C．因?yàn)棣う担紹ld，則電動(dòng)勢(shì)E＝ D．不能用公式E＝計(jì)算電動(dòng)勢(shì)，只能用公式E＝BLv 解析：A、B.導(dǎo)體棒ab垂直線框兩邊擱在框上向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒ab相當(dāng)于電源，該題目要以ab掃過(guò)的面積求磁通量的變化量，再求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故A、B錯(cuò)；C.ab切割磁感線，導(dǎo)體棒掃過(guò)面積的磁通量變化ΔΦ＝BΔS＝Bld，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝＝，故C正確；D.法拉第電磁感應(yīng)定律適用于任何電磁感應(yīng)現(xiàn)象，對(duì)于切割類(lèi)型同樣適用．由上分析可知，磁通量的變化量ΔΦ＝BΔS＝Bld，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝＝＝Bdv.故D錯(cuò)誤． 4．如右圖所示，把一阻值為R、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線

6、框，從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以速度v向右勻速拉出磁場(chǎng)．在此過(guò)程中線框中產(chǎn)生了電流，此電流(A) A．方向與圖示箭頭方向相同，大小為 B．方向與圖示箭頭方向相同，大小為 C．方向與圖示箭頭方向相反，大小為 D．方向與圖示箭頭方向相反，大小為 解析：利用右手定則可判斷感應(yīng)電流是逆時(shí)針?lè)较颍鶕?jù)E＝BLv知，電流I＝＝. 二、多項(xiàng)選擇題 5．單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)，若線圈所圍面積里磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則O～D過(guò)程中(BD) A．線圈中O時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小 B．線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 C．線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 D．線圈

7、中O至D時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4 V 解析：由法拉第電磁感應(yīng)定律知線圈中O至D時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝＝ V＝0.4 V．由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的物理意義知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的大小Φ和磁通量的改變量ΔΦ均無(wú)必然聯(lián)系，僅由磁通量的變化率決定，而任何時(shí)刻磁通量的變化率就是Φt圖象上該時(shí)刻切線的斜率，不難看出O點(diǎn)處切線斜率最大，D點(diǎn)處切線斜率最小為零，故B、D正確． 6. 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、b是兩條平行金屬導(dǎo)軌，c、d為分別串有電流表和電壓表的兩根金屬棒，如圖所示，當(dāng)c、d以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(BD) A．電壓表有示數(shù) B．電壓表無(wú)示數(shù) C．電流表有示數(shù)

8、 D．電流表無(wú)示數(shù) 解析：c、d以相同的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)閉合回路的磁通量不變，在閉合回路中沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，所以沒(méi)有電流流過(guò)電流表和電壓表，所以電流表和電壓表無(wú)示數(shù)． 7．如圖，正方形線框的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電容器的電容量為C，正方形線框的一半放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)磁場(chǎng)以k的變化率均勻減弱時(shí)，則(BC) A．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為kL2 B．電壓表沒(méi)有讀數(shù) C．a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì) D．電容器所帶的電荷量為零 解析：磁場(chǎng)減弱時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E＝＝k是恒定值，A錯(cuò)；由于電路中有電容器，且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，故電路中無(wú)電流．電壓表沒(méi)有讀數(shù)，B對(duì)；由楞次定律及安

9、培定則可判斷a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)，C對(duì)；電容器所帶電荷量為Q＝CE.D錯(cuò)． 8．如圖所示，水平面上不計(jì)電阻的三角形金屬導(dǎo)軌EOF(夾角為α)上放有一電阻與其長(zhǎng)度成正比的金屬桿AB，在外力作用下使AB以速度v勻速?gòu)腛點(diǎn)開(kāi)始向右平移，下列判斷中正確的是(AD) A．電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均勻增大 B．電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變 C．電路中的感應(yīng)電流均勻增大 D．電路中的感應(yīng)電流不變 解析：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bv，與時(shí)間是一次函數(shù)關(guān)系，故不是不變的；接入電路的電阻R＝，由閉合電路中歐姆定律得I＝＝，電流不變． 9．(xx·揭陽(yáng)一模)將一條形磁鐵插入到閉合線圈中的同一位置，第一次緩慢插入，第二次快

10、速插入，兩次插入過(guò)程中不發(fā)生變化的物理量是(AD) A．磁通量的變化量 B．磁通量的變化率 C．感應(yīng)電流的大小 D．流過(guò)導(dǎo)體某橫截面的電荷量 解析：當(dāng)條形磁鐵插入線圈的瞬間，穿過(guò)線圈的磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，條形磁鐵第一次緩慢插入線圈時(shí)，磁通量增加慢，條形磁鐵第二次迅速插入線圈時(shí)，磁通量增加快，但磁通量變化量相同，故A正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律第二次線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，則磁通量變化率也大，故B錯(cuò)誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律第二次線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，再由歐姆定律可知第二次感應(yīng)電流大，即I2>I1，故C錯(cuò)誤；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，由歐姆定律分析感應(yīng)電流

11、的大小，再由q＝It可確定導(dǎo)體某橫截面的電荷量等于磁通量的變化與電阻的比值，由于磁通量變化量相同，電阻不變，所以通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量不變，故D正確． 三、非選擇題(按題目要求作答．解答題應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程和重要演算步驟，答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位．) 10．在如圖甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n＝1 500匝，橫截面積S＝20 cm2.螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0 Ω，R1＝4.0 Ω，R2＝5.0 Ω，C＝30 μF.在一段時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化．求： (1)螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； (2)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，此時(shí)全電路電流的方

12、向(順時(shí)針還是逆時(shí)針)； (3)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率； (4)閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電容器的電量． 解析：(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n＝n··S得E＝1.2 V. (2)逆時(shí)針． (3)根據(jù)全電路歐姆定律I＝＝0.12 A， 根據(jù)P＝I2R1 ，求得P＝5.76×10－2 W. (4)S閉合后，電容器兩端的電壓U＝IR2＝0.6 V， 經(jīng)過(guò)R2的電量Q＝CU＝1.8×10－5 C 答案：見(jiàn)解析 11．如圖所示，金屬桿ab可在平行金屬導(dǎo)軌上滑動(dòng)，金屬桿電阻R0＝0.5 Ω，長(zhǎng)L＝0.3 m，導(dǎo)軌一端串接一電阻R＝1 Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B

13、＝2 T，當(dāng)ab以v＝5 m/s向右勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，求： (1)ab間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和ab間的電壓U; (2)所加沿導(dǎo)軌平面的水平外力F的大??； (3)在2 s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q. 解析：(1)根據(jù)公式：E＝BLv＝3 V. I＝，U＝IR＝2 V. (2)F＝F安，F(xiàn)安＝BIL＝1.2 N. (3)2秒內(nèi)產(chǎn)生的總熱量Q等于安培力做的功，Q＝F安·v·t＝12 J. 電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR＝ Q＝8 J. 答案：(1)3 V　2 V　(2)1.2 N　(3)8 J 12．矩形線圈abcd，長(zhǎng)ab＝20 cm，寬bc＝10 cm，匝數(shù)n＝200，線圈回路總電

14、阻R＝5 Ω.整個(gè)線圈平面內(nèi)均有垂直于線框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)．若勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如下圖所示，求： (1)線圈回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流； (2)當(dāng)t＝0.3 s時(shí)，線圈的ab邊所受的安培力大??； (3)在1 min內(nèi)線圈回路產(chǎn)生的焦耳熱． 解析：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率： ＝ T/s＝0.5 T/s. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： E＝n＝nS＝200×0.1×0.1 V＝2 V； 感應(yīng)電流為：I＝＝0.4 A. (2)當(dāng)t＝0.3 s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2 T，則安培力為：F＝nBIl＝200×0.2×0.4×0.2 N＝3.2 N . (3)1 min內(nèi)線圈回路產(chǎn)生的焦耳熱為： Q＝I2Rt＝0.42×5×60 J＝48 J. 答案：(1)2 V　0.4 A　(2)3.2 N　(3)48 J