2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

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第2講　法拉第電磁感應(yīng)定律 [目標定位]　1. 知道什么是感應(yīng)電動勢.2.理解磁通量、磁通量的變化量和磁通量的變化率三者的聯(lián)系與區(qū)別.3.了解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達式，學(xué)會用該定律分析與解決一些簡單問題.4.培養(yǎng)類比推理和通過觀察、實驗、歸納尋找物理規(guī)律的能力. 一、感應(yīng)電動勢 1.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢，在閉合電路里，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電源. 2.感應(yīng)電動勢的大小跟磁通量的變化的快慢有關(guān). 3.我們用磁通量的變化率來表示磁通量變化的快慢，它是磁通量的變化量跟產(chǎn)生這個變化所用時間的比值. 想一想　是不是可以說磁通量的變化量越大，磁通量的變化率越大？ 答案　不是.磁通量的變化率指單位時間內(nèi)磁通量的變化量，它們的關(guān)系類似于速度的變化量和速度的變化率. 二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比. 2.公式：E＝n.n為線圈的匝數(shù).ΔΦ是磁通量的變化量. 3.國際單位：ΔΦ的單位是韋伯(Wb)，Δt的單位是秒(s)，E的單位是伏特. 4.電能的產(chǎn)生一定是以消耗其他形式的能量為代價的.各種獲得大規(guī)模電能的實用方案，都是以法拉第電磁感應(yīng)定律為理論基礎(chǔ)的. 想一想　電磁感應(yīng)過程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 答案　電磁感應(yīng)過程是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程. 一、感應(yīng)電動勢 1.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率的比較 (1)Φ是狀態(tài)量，是閉合回路在某時刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù)，當磁場與回路平面垂直時Φ＝BS. (2)ΔΦ是過程量，它表示回路從某一時刻到另一時刻磁通量的改變量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1. (3)表示磁通量的變化快慢，即單位時間內(nèi)磁通量的變化量，又稱為磁通量的變化率. (4)磁通量的變化率是Φ－t圖象上某點切線的斜率.如圖3－2－1所示，t＝0.1 s時，＝0，t＝0、0.2 s、0.4 s、0.6 s 時圖線斜率最大，即最大. 圖3－2－1 2.感應(yīng)電動勢 (1)由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢.在閉合電路里，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電源. (2)當電路閉合時，回路中有感應(yīng)電流；當電路斷開時，回路中沒有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動勢仍然存在. 例1　把一條形磁鐵插入同一個閉合線圈中，第一次是迅速地，第二次是緩慢地，兩次初、末位置均相同，則在兩次插入的過程中(　　) A.磁通量變化率相同 B.磁通量變化量相同 C.產(chǎn)生的感應(yīng)電流相同 D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同 答案　B 解析　兩次以不同速率進入閉合線圈，磁通量的變化量相同，但是時間不同，則磁通量的變化率不同，感應(yīng)電動勢不同，感應(yīng)電流也不同. 針對訓(xùn)練1　下列說法正確的是(　　 ) A.磁通量大，磁通量變化量一定大 B.磁通量變化大，磁通量變化率一定大 C.磁通量為零，磁通量的變化率為零 D.磁通量為零，磁通量的變化率不一定為零 答案　D 解析　磁通量對應(yīng)一個狀態(tài)，而磁通量變化對應(yīng)一個過程，所以磁通量變化的大小與磁通量的大小無直接關(guān)系，選項A錯誤；同理磁通量變化的大小與變化的具體過程有關(guān)，包括變化的快慢以及變化的時間，而磁通量的變化率只描述磁通量變化的快慢，所以只有選項D正確. 二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過該電路的磁通量的變化率成正比. 2.公式：E＝n. n為線圈的匝數(shù)，ΔΦ是磁通量的變化量. 電動勢的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率.而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然 聯(lián)系. 3.單位：ΔΦ的單位是韋伯(Wb)，Δt的單位是秒(s)，E的單位是Wb/s，E的國際單位是V. 4.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，不一定產(chǎn)生感應(yīng)電流.能否產(chǎn)生感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì). 例2　穿過一個單匝線圈的磁通量始終保持每秒鐘均勻地增加6 Wb，則(　　) A.線圈中感應(yīng)電動勢每秒鐘增加6 V B.線圈中感應(yīng)電動勢每秒鐘減少6 V C.線圈中感應(yīng)電動勢保持不變 D.線圈中無感應(yīng)電動勢 答案　C 解析　磁通量始終保持每秒鐘均勻地增加6 Wb，即電動勢保持6 V不變. 針對訓(xùn)練2　如圖3－2－2所示，兩個半徑不同的同心圓線圈置于勻強磁場中，當磁場均勻增大時，線圈1和線圈2產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的關(guān)系為(　　) 圖3－2－2 A.E1＝E2 B.E1>E2 C.E1E2. 對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1.當線圈中的磁通量發(fā)生變化時，下列說法正確的是(　　) A.線圈中一定有感應(yīng)電流 B.線圈中有感應(yīng)電動勢，其大小與磁通量成正比 C.線圈中一定有感應(yīng)電動勢 D.線圈中有感應(yīng)電動勢，其大小與磁通量的變化量成正比 答案　C 解析　線圈中的磁通量發(fā)生變化肯定有感應(yīng)電動勢，但不一定有感應(yīng)電流，由E＝n知，感應(yīng)電動勢與ΔΦ不成正比.選項C正確. 2.穿過某單匝線圈的磁通量隨時間的變化關(guān)系如圖3－2－3所示，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大值的時間是(　　) 圖3－2－3 A.0～2 s B.2～4 s C.4～6 s D.6～10 s 答案　C 解析　由E＝，E的大小由的大小來決定，只有C正確. 感應(yīng)電動勢大小的計算 3.有一個單匝線圈，在0.2 s內(nèi)通過它的磁通量從0.02 Wb均勻增加到0.08 Wb，則線圈中的感應(yīng)電動勢為(　　) A.0.1 V B.0.2 V C.0.3 V D.0.4 V 答案　C 解析　由E＝得E＝ V＝0.3 V，C正確. 4.如圖3－2－4甲所示，某線圈一共50匝，若穿過線圈的磁通量隨時間的變化如圖3－2－4乙所示，則a、b兩點間的電壓是多少？ 圖3－2－4 答案　50 V 解析　求a、b兩點的電壓就等于求線圈中的感應(yīng)電動勢， 由圖乙得＝ V＝1 V， 故E＝n＝50 V， 所以a、b兩點間電壓等于50 V. (時間：60分鐘) 題組一、對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1.關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是(　　) A.穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應(yīng)電動勢一定最大 B.穿過閉合回路的磁通量為零時，其感應(yīng)電動勢一定為零 C.穿過閉合回路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定為零 D.穿過閉合回路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r，其感應(yīng)電動勢一定不為零 答案　D 解析　感應(yīng)電動勢的大小只與線圈的匝數(shù)及磁通量的變化率成正比，與其他因素無關(guān).只要回路的磁通量發(fā)生變化，感應(yīng)電動勢就一定不為零，D正確. 2.感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件是(　　) A.導(dǎo)體必須做切割磁感線的運動 B.導(dǎo)體回路必須閉合，且回路所包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化 C.無論導(dǎo)體回路是否閉合，只要它包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化 D.導(dǎo)體回路不閉合 答案　C 解析　產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是回路中的磁通量發(fā)生變化，與回路閉合與否無關(guān)，故C選項正確，B、D選項錯；磁通量變化的方式很多，不一定是導(dǎo)體切割磁感線，故選項A錯. 3.如圖3－2－5所示，讓線圈由位置1通過一個勻強磁場的區(qū)域運動到位置2，下列說法中正確的是(　　) 圖3－2－5 A.在線圈進入勻強磁場區(qū)域的過程中，線圈中有感應(yīng)電流，而且進入時的速度越大，感應(yīng)電流越大 B.整個線圈在勻強磁場中勻速運動時，線圈中有感應(yīng)電流，而且電流是恒定的 C.整個線圈在勻強磁場中加速運動時，線圈中有感應(yīng)電流，而且電流越來越大 D.在線圈穿出勻強磁場區(qū)域的過程中，線圈中有感應(yīng)電流，而且穿出時的速度越大，感應(yīng)電流越大 答案　AD 解析　線圈在進入和穿出磁場時，線圈中有感應(yīng)電流，且運動速度越大，磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大.當線圈全部進入磁場后，穿過線圈的磁通量始終不變，沒有感應(yīng)電流. 4.一個閉合線圈放在變化的磁場中，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E.若僅將線圈匝數(shù)增加為原來的2倍，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變?yōu)?　　) A.2E B.E C. D. 答案　A 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n可知，當僅將線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍時，線圈中的感應(yīng)電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，故A對，B、C、D錯. 題組二、感應(yīng)電動勢大小的計算 5.穿過單匝閉合線圈的磁通量每秒連續(xù)均勻地增大4 Wb，則(　　) A.線圈中的感應(yīng)電動勢將均勻增大 B.線圈中的感應(yīng)電流將均勻增大 C.線圈中的感應(yīng)電動勢將保持4 V不變 D.線圈中的感應(yīng)電流保持2 A不變 答案　C 解析　本題是定性分析和定量計算，其核心仍是對法拉第電磁感應(yīng)定律的正確理解與應(yīng)用.由E＝得E＝＝4 V，C項正確；因線圈電阻不一定是2 Ω，D項錯誤.故正確答案 為C. 6.如圖3－2－6所示，桌面上放一單匝線圈，線圈中心上方一定高度處有一豎立的條形磁體.當磁體豎直向下運動時，穿過線圈的磁通量將______(選填“變大”或“變小”).在上述過程中，穿過線圈的磁通量變化了0.1 Wb，經(jīng)歷的時間為0.5 s，則線圈中的感應(yīng)電動勢為________V. 圖3－2－6 答案　變大　0.2 V 解析　當磁體豎直向下運動時，磁場增強，穿過線圈的磁感線的條數(shù)增多，磁通量將變大；由E＝n＝ V＝0.2 V. 7.一個200匝、面積為20 cm2的線圈，放在磁場中，磁場的方向與線圈平面垂直，若磁感應(yīng)強度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，在此過程中穿過線圈的磁通量的變化量是________Wb；磁通量的平均變化率是________Wb/s；線圈中的感應(yīng)電動勢的大小是________V. 答案　810－4　1.610－2　3.2 解析　ΔΦ＝(B2－B1)S＝(0.5－0.1)2010－4 Wb＝810－4 Wb ＝ Wb/s＝1.610－2 Wb/s E＝n＝2001.610－2 V＝3.2 V. 8.穿過單匝閉合線圈的磁通量隨時間變化的Φ—t圖象如圖3－2－7所示，由圖知0～5 s 線圈中感應(yīng)電動勢大小為________ V，5～10 s 線圈中感應(yīng)電動勢大小為________ V，10～15 s線圈中感應(yīng)電動勢大小為________ V. 圖3－2－7 答案　1　0　2 解析　由E＝n，可得0～5 s線圈中感應(yīng)電動勢大??；E1＝ V＝1 V；5～10 s線圈中感應(yīng)電動勢大小E2＝V＝0 V；10～15 s線圈中感應(yīng)電動勢E3＝ V＝－2 V，其大小為2 V. 9.如圖3－2－8所示，一單匝線圈從左側(cè)進入磁場.在此過程中， 圖3－2－8 (1)線圈的磁通量將如何變？ (2)若上述過程所經(jīng)歷的時間為0.1 s，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為0.2 V，則線圈中的磁通量變化了多少？ 答案　(1)變大　(2)0.02 Wb 解析　(1)線圈從左側(cè)進入磁場的過程中，穿過線圈的磁感線的條數(shù)增加，線圈的磁通量變大. (2)由E＝n得ΔΦ＝EΔt＝0.10.2 Wb＝0.02 Wb