2018-2019高中物理 第四章 電磁感應 4.4 法拉第電磁感應定律課件 新人教版選修3-2.ppt

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4法拉第電磁感應定律,一、電磁感應定律1.感應電動勢:(1)定義:在_________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)電源:產(chǎn)生感應電動勢的那部分_____相當于電源。(3)產(chǎn)生條件:穿過電路的磁通量發(fā)生變化,與電路是否閉合_____。,電磁感應,導體,無關,2.電磁感應定律:(1)內容:閉合電路中感應電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的_______成正比,后人稱之為法拉第電磁感應定律。(2)表達式:E=____(單匝線圈);E=_____(n匝線圈)。,變化率,二、導體切割磁感線時的感應電動勢1.垂直切割:導體棒垂直于磁場運動,B、l、v兩兩垂直時,如圖甲所示,E=___。,Blv,2.不垂直切割:導線的運動方向與導線本身垂直,與磁感線方向夾角為θ時,如圖乙所示,則E=____=________。,Blv1,Blvsinθ,三、反電動勢1.定義:電動機轉動時,由于切割磁感線,線圈中產(chǎn)生的_____電源電動勢作用的感應電動勢。2.作用:_____線圈的轉動。,削弱,阻礙,【思考辨析】(1)在電磁感應現(xiàn)象中,有感應電動勢,就一定有感應電流。()(2)磁通量越大,磁通量的變化量也越大。()(3)穿過某電路的磁通量變化量越大,產(chǎn)生的感應電動勢就越大。(),(4)閉合電路置于磁場中,當磁感應強度很大時,感應電動勢可能為零;當磁感應強度為零時,感應電動勢可能很大。(),提示:(1)。不管電路是否閉合,只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化,電路中就會產(chǎn)生感應電動勢;有感應電動勢不一定存在感應電流(要看電路是否閉合),有感應電流一定存在感應電動勢。(2)。Φ與ΔΦ的大小沒有直接關系。穿過一個平面的磁通量大,磁通量的變化量不一定大。,(3)。感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率,而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系。(4)√。根據(jù)法拉第電磁感應定律,感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大小,所以上述兩種情況均有可能。,【生活鏈接】生活中有一種手壓式自發(fā)電手電筒，只要用手輕輕按壓發(fā)電手柄，就可以為LED光源供電，連續(xù)按壓發(fā)電手柄15秒所產(chǎn)生的電能可以維持LED光源持續(xù)發(fā)光。那么這種手電筒照明時不需要電池，那么它的電能是從哪里來的？,提示：通過按手柄，使塑料齒輪帶動銅絲線圈內磁性飛輪高速旋轉，銅絲切割磁感線產(chǎn)生感應電流，使LED光源發(fā)光。,知識點一對法拉第電磁感應定律的理解探究導入:如圖所示,磁鐵迅速插入線圈或緩慢插入線圈,電流計指針偏轉有何不同?,提示:磁鐵迅速插入線圈時,指針偏轉的角度大。,【歸納總結】1.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ及磁通量的變化率的比較:,2.公式E=n的理解:(1)感應電動勢的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率,而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然關系,與電路的電阻R無關;感應電流的大小與E和回路總電阻R有關。,(2)用公式E=n所求的感應電動勢為整個閉合電路的感應電動勢,而不是回路中某部分導體兩端的電動勢。(3)公式E=n只表示感應電動勢的大小,不涉及其正負,計算時ΔΦ應取絕對值,至于感應電流的方向,可以用楞次定律去判定。,【易錯提醒】(1)Φ、ΔΦ、均與線圈匝數(shù)無關。(2)Φ、ΔΦ、三者的大小之間沒有直接關系,Φ很大,ΔΦ、可能很小,也可能很大;Φ=0,可能不為零。,【典題通關】【典例】如圖甲所示,一個圓形線圈匝數(shù)n=1000匝、面積S=210-2m2、電阻r=1Ω。在線圈外接一阻值為R=4Ω的電阻。把線圈放入一個勻強磁場中,磁場方向垂直線圈平面向里,磁場的磁感應強度B隨時間變化規(guī)律如圖乙所示。求:,(1)0～4s內,回路中的感應電動勢。(2)t=5s時,a、b兩點哪點電勢高。(3)t=5s時,電阻R兩端的電壓U。,【解題探究】(1)根據(jù)_______________定律可求得回路中的感應電動勢。(2)根據(jù)_____定律可求得回路中的感應電流的方向。(3)根據(jù)_____________定律可求得回路中的感應電流的大小。,法拉第電磁感應,楞次,閉合電路歐姆,【正確解答】(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律得,0～4s內,回路中的感應電動勢E=n=1000=1V(2)t=5s時,磁感應強度正在減弱,根據(jù)楞次定律,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,即感應電流產(chǎn)生的磁場方向是垂直紙面向里,故a點的電勢高。,(3)在t=5s時,線圈的感應電動勢為E′=n=1000=4V根據(jù)閉合電路歐姆定律得電路中的電流為I==0.8A故電阻R兩端的電壓U=IR=0.84V=3.2V答案:(1)1V(2)a點的電勢高(3)3.2V,【規(guī)律方法】運用E=n求解的三種思路(1)磁感應強度B不變,垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化,則E=nB(2)垂直于磁場的回路面積S不變,磁感應強度B發(fā)生變化,則E=nS(3)磁感應強度B、垂直于磁場的回路面積S均發(fā)生變化,則E=n,【過關訓練】1.關于感應電動勢的大小,下列說法正確的是()A.穿過閉合電路的磁通量最大時,其感應電動勢一定最大B.穿過閉合電路的磁通量為零時,其感應電動勢一定為零,C.穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r,其感應電動勢一定為零D.穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r,其感應電動勢一定不為零,【解析】選D。磁通量的大小與感應電動勢的大小不存在內在的聯(lián)系,故A、B錯誤;當磁通量由不為零變?yōu)榱銜r,閉合電路的磁通量一定改變,一定有感應電流產(chǎn)生,有感應電流就一定有感應電動勢,故C錯、D對。,2.如圖所示,勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a、b,磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢分別為Ea和Eb,不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(),A.Ea∶Eb=4∶1,感應電流均沿逆時針方向B.Ea∶Eb=4∶1,感應電流均沿順時針方向C.Ea∶Eb=2∶1,感應電流均沿逆時針方向D.Ea∶Eb=2∶1,感應電流均沿順時針方向,【解析】選B。磁感應強度B隨時間均勻增大,根據(jù)楞次定律“增反減同”,感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場的方向相反,所以由安培定則可知,感應電流均沿順時針方向,A、C錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律可得E=S,而故Ea∶Eb=4∶1,B正確,D錯誤。,【補償訓練】1.一閉合圓形線圈放在勻強磁場中,線圈的軸線與磁場方向成30角,磁感應強度隨時間均勻變化。在下列方法中能使線圈中感應電流增加一倍的是()A.把線圈匝數(shù)增大一倍B.把線圈面積增大一倍C.把線圈半徑增大一倍D.把線圈匝數(shù)減少到原來的一半,【解析】選C。設感應電流為I,電阻為R,匝數(shù)為n,線圈半徑為r,線圈面積為S,導線橫截面積為S′,電阻率為ρ。由法拉第電磁感應定律知E=由閉合電路歐姆定律知I=,由電阻定律知R=則I=cos30。其中、ρ、S′均為恒量,所以I∝r,故選C。,2.一個200匝、面積為20cm2的線圈,放在磁場中,磁場的方向與線圈平面成30角,若磁感應強度在0.05s內由0.1T增加到0.5T,在此過程中線圈中感應電動勢大小為多少?,【解析】由題意知:n=200,S=20cm2,Δt=0.05s,B1=0.1T,B2=0.5T,根據(jù)法拉第電磁感應定律得感應電動勢的大小答案:1.6V,3.如圖甲所示的螺線管,匝數(shù)n=1500匝,橫截面積S=20cm2,方向向右穿過螺線管的勻強磁場的磁感應強度按圖乙所示規(guī)律變化。則,(1)2s內穿過線圈的磁通量的變化量是多少?(2)磁通量的平均變化率多大?(3)線圈中感應電動勢大小為多少?,【解析】(1)磁通量的變化量是由磁感應強度的變化引起的,則Φ1=B1S,Φ2=B2S,ΔΦ=Φ2-Φ1,所以ΔΦ=ΔBS=(6-2)2010-4Wb=810-3Wb(2)磁通量的變化率為=410-3Wb/s,(3)根據(jù)法拉第電磁感應定律得感應電動勢的大小E=n=1500410-3V=6.0V答案:(1)810-3Wb(2)410-3Wb/s(3)6.0V,知識點二導體切割磁感線時的感應電動勢探究導入:如圖所示的裝置,由一塊安裝在列車車頭底部的強磁鐵和埋設在軌道下面的一組線圈及電學測量儀器組成(記錄測量儀器未畫出)。當列車經(jīng)過線圈上方時,由于穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢。請思考:,如果已知強磁鐵的磁感應強度B、線圈垂直列車運行方向的長度l、感應電動勢E,能否測出列車的運行速度呢?,提示:可以測出列車的運行速度。列車運行時,線圈會切割磁感線,由公式E=Blv可求得列車的運行速度。,【歸納總結】1.導體平動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢:(1)對公式E=Blvsinθ的理解:①該公式可看成法拉第電磁感應定律的一個推論,通常用來求導線運動速度為v時的瞬時感應電動勢,隨著v的變化,E也相應變化;若v為平均速度,則E也為平均感應電動勢。,②當B、l、v三個量方向互相垂直時,θ=90,感應電動勢最大,E=Blv;當有任意兩個量的方向互相平行時,θ=0,感應電動勢為零,E=0。,(2)有效長度:E=Blv中的l應理解為導體切割磁感線時的有效長度,導體切割磁感線的情況應取與B和v垂直的等效導體長度。,2.導體轉動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢:當導體繞一端轉動時如圖所示,由于導體上各點的速度不同,自圓心向外隨半徑增大,速度是均勻增加的,所以導體運動的平均速度為由公式E=Bl得,E=Bl,【典題通關】考查角度1導體平動切割磁感線【典例1】如圖,水平面(紙面)內間距為l的平行金屬導軌間接一電阻④,質量為m、長度為l的金屬桿置于導軌上,t=0時,金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下②由靜止開始運動①,t0時刻,,金屬桿進入磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域④,且在磁場中恰好能保持勻速運動③。桿與導軌的電阻均忽略不計,兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ。重力加速度大小為g。②求:,(1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小。(2)電阻的阻值。,【審題關鍵】,【正確解答】(1)由題意可知0～t0時間內受力分析如圖甲所示F合=F-f①f=μmg②物體做勻加速直線運動F合=ma③,物體勻加速進入磁場瞬間的速度為v,則v=at0④由法拉第電磁感應定律可知E=Blv⑤由①②③④⑤可得E=(F-μmg)⑥,(2)金屬桿在磁場中的受力分析如圖乙所示由桿在磁場中做勻速直線運動可知F-F安-f=0⑦f=μmg⑧由安培力可知F安=BIl⑨,由歐姆定律可知I=⑩由⑥⑦⑧⑨⑩可知R=答案:(1)(F-μmg)(2),考查角度2導體轉動切割磁感線【典例2】(多選法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中。圓盤旋轉時,關于流過電阻R的電流,下列說法正確的是(),A.若圓盤轉動的角速度恒定,則電流大小恒定B.若從上往下看,圓盤順時針轉動,則電流沿a到b的方向流動C.若圓盤轉動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化D.若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍,【正確解答】選A、B。若圓盤轉動的角速度恒定,則相當于無數(shù)切割磁感線的導體的運動速度恒定,切割磁感線感應電動勢為E=Br2ω也恒定,則電流大小恒定,A正確;由右手定則可知,從上往下看,只要圓盤順時針轉動,電流就沿a到b的方向流動,不會改變,B正確,C錯誤;由于電流在R上的熱功率與電流的平方成正比,圓盤,轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍時,圓盤切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍,電流也變?yōu)樵瓉淼?倍,電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍,選項D錯誤。,【過關訓練】1.如圖,空間有一勻強磁場,一直金屬棒與磁感應強度方向垂直,當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時,棒兩端的感應電動勢大小為E,將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折,彎,置于磁感應強度相垂直的平面內,當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時,棒兩端的感應電動勢大小為E′,則等于(),【解析】選B。若直金屬棒的長為L,則彎成折線后,有效切割長度為根據(jù)E=Blv可知感應電動勢的大小與有效切割長度成正比,故B正確。,2.(2018揭陽高二檢測)一直升機停在南半球的地磁極上空。該處地磁場的方向豎直向上,磁感應強度為B。直升機螺旋槳葉片的長度為l,螺旋槳轉動的頻率為f,順著地磁場的方向看螺旋槳,螺旋槳按順時針方向轉動。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠軸端為b,如圖所示。如果忽略a到轉軸中心線的距離,用E表示每個葉片中的感應電動勢,即(),A.E=πfl2B,且a點電勢低于b點電勢B.E=2πfl2B,且a點電勢低于b點電勢C.E=πfl2B,且a點電勢高于b點電勢D.E=2πfl2B,且a點電勢高于b點電勢,【解析】選A。螺旋槳葉片繞著O點轉動,產(chǎn)生的感應電動勢E=Blv=Blvb=Bl(ωl)=B(2πf)l2=πfl2B,由右手定則判斷出b點電勢比a點電勢高。,【補償訓練】1.(多選)如圖所示,一個金屬圓環(huán)放在勻強磁場中,將它勻速拉出磁場,下列說法中正確的是(不計重力)(),A.環(huán)中感應電流的方向是順時針方向B.環(huán)中感應電流的強度大小不變C.所施加水平拉力的大小不變D.若將此環(huán)向左拉出磁場,則環(huán)中感應電流的方向也是順時針方向,【解析】選A、D。環(huán)向右拉出的過程中,在磁場中的部分切割磁感線,相當于電源,故根據(jù)右手定則,可以判斷出感應電流的方向是順時針方向,或向右拉出的過程中,環(huán)中的磁通量在減少,所以根據(jù)楞次定律可以判斷出環(huán)中電流的方向是順時針方向,A正確;因為是勻速拉出,所以拉力的大小應等于環(huán)受到的安培力的大小,環(huán)中的,電流是先增大后減小,切割磁感線的有效長度也是先增大后減小,所以安培力是先增大后減小,故拉力是先增大后減小,B、C錯誤;若將環(huán)向左拉出磁場,環(huán)中的磁通量在減少,根據(jù)楞次定律可以判斷出環(huán)中感應電流的方向也是順時針方向,D正確。,2.長為l的金屬棒ab以a點為軸在垂直于勻強磁場的平面內以角速度ω做勻速轉動,如圖所示,磁感應強度為B,求:,(1)ab棒各點的平均速率。(2)ab兩端的電勢差。(3)經(jīng)時間Δt金屬棒ab所掃過面積中磁通量為多少?此過程中平均感應電動勢多大?,【解析】(1)ab棒各點的平均速率(2)ab兩端的電勢差:E=(3)經(jīng)時間Δt金屬棒ab所掃過的扇形面積為ΔS,則:,由法拉第電磁感應定律得:答案:,知識點三電磁感應中的電路問題探究導入:如圖所示,甲圖中導體棒(有電阻)沿水平導軌做切割磁感線運動,乙圖中磁鐵靠近線圈時,電路中均產(chǎn)生了感應電流。,(1)甲圖電路中哪部分產(chǎn)生了感應電動勢?(2)乙圖電路中哪部分產(chǎn)生了感應電動勢?提示:(1)導體棒產(chǎn)生了感應電動勢。(2)線圈產(chǎn)生了感應電動勢。,【歸納總結】1.內電路和外電路:(1)切割磁感線運動的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當于電源。(2)該部分導體的電阻或線圈的電阻相當于電源的內阻,其余部分是外電路。,2.問題分類:(1)確定等效電源的正負極、感應電流的方向、電勢高低、電容器極板帶電性質等問題。(2)根據(jù)閉合電路求解電路中的總電阻、路端電壓、電功率等問題。(3)根據(jù)電磁感應的平均感應電動勢求解電路中通過的電荷量:,3.公式E=與E=Blvsinθ的區(qū)別與聯(lián)系:,【典題通關】考查角度1公式E=在電路中的應用【典例1】(2018廊坊高二檢測)如圖所示,面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強磁場中,磁場方向垂直于線圈平面。已知磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B=2+0.2tT,定值電阻R1=6Ω,線圈電阻R2=4Ω,求:,(1)磁通量變化率,回路的感應電動勢。(2)a、b兩點間電壓Uab。,【正確解答】(1)由B=(2+0.2t)T得=0.2T/s故=0.04Wb/sE=n=4V,(2)線圈相當于電源,Uab是外壓Uab=R1=2.4V。答案:(1)0.04Wb/s4V(2)2.4V,考查角度2公式E=Blv在電路中的應用【典例2】固定在勻強磁場中的正方形導線框abcd,邊長為l,其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲,其余三邊均為電阻可忽略的銅線。磁場的磁感應強度為B,方向垂直紙面向里?，F(xiàn)有一段與ab段的,材料、粗細、長度均相同的電阻絲PQ架在導線框上,如圖所示。若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc,當其滑過l的距離時,通過aP段電阻的電流是多大?方向如何?世紀金榜導學號86176012,【正確解答】PQ右移切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢,相當于電源,外電路由Pa與Pb并聯(lián)而成,PQ滑過時的等效電路如圖所示,PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小為E=Blv,方向由Q指向P。,外電路總電阻為R外=電路總電流為:I=aP段電流大小為IaP=,方向由P到a。答案:方向由P到a,【規(guī)律方法】電磁感應中電路問題的分析方法(1)明確哪一部分導體或電路產(chǎn)生感應電動勢,該導體或電路就是電源,其他部分是外電路。(2)用法拉第電磁感應定律及推導公式計算感應電動勢大小。,(3)將發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的導體看作電源,與電路整合,作出等效電路。(4)運用閉合回路歐姆定律,部分電路歐姆定律,串、并聯(lián)電路的性質及電壓、電功率分配等公式進行求解。,【過關訓練】1.(2018天津高考)如圖所示,兩根平行金屬導軌置于水平面內,導軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸,整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌平面向下?，F(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說法正確的是(),A.ab中的感應電流方向由b到aB.ab中的感應電流逐漸減小C.ab所受的安培力保持不變D.ab所受的靜摩擦力逐漸減小,【解析】選D。金屬棒ab、電阻R、導軌構成閉合回路,磁感應強度均勻減小(=k為定值),則閉合回路中的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,可知回路中產(chǎn)生順時針方向的感應電流,ab中的電流方向由a到b,故A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律,感應電動勢E==kS,回路面積S不變,即感應電動勢為定值,根據(jù)歐姆定律I=,所以ab中的電流大小不變,故B錯誤;安培力,F=BIL,電流大小不變,磁感應強度減小,則安培力減小,故C錯誤;金屬棒處于靜止狀態(tài),所受合力為零,對其受力分析,水平方向靜摩擦力f與安培力F等大反向,安培力減小,則靜摩擦力減小,故D正確。,2.如圖所示,傾角為α的光滑導軌上端接入一定值電阻,Ⅰ和Ⅱ是邊長都為L的兩正方形磁場區(qū)域,其區(qū)域內的磁場方向都垂直于導軌平面向上,區(qū)域Ⅰ中磁場的磁感應強度為B1,恒定不變,區(qū)域Ⅱ中磁場隨時間按B2=kt變化,一質量為m、電阻為r的金屬桿穿過區(qū)域Ⅰ垂直地跨放在兩導軌上,并恰能保持靜止(金屬桿所受安培力沿斜面向上)。試求:,(1)通過金屬桿的電流大小。(2)定值電阻的阻值為多大?,【解析】(1)對金屬桿:mgsinα=B1IL①解得:I=②(2)感應電動勢E==kL2③閉合電路的電流I=④,,聯(lián)立②③④得:答案:,【補償訓練】1.粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中,磁場方向垂直于線框平面(紙面)向里,其邊界與正方形線框的邊平行?，F(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同的方向平移出磁場,如圖所示,則在移出過程中線框一邊a、b兩點間的電勢差絕對值最大的是(),【解析】選B。線框在移出的過程中,始終只有一條邊在磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,因此四種情況下的感應電動勢都相等。又因為線框是由粗細均勻的電阻絲圍成的正方形,所以每一邊的電阻都相同。當只有ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢作為電源時,其兩點間的電壓為路端電壓,即為三條邊的電阻兩端的總電壓,這時其兩點間的電勢差絕對值才會最大。,2.有一匝數(shù)為100匝的線圈,單匝線圈的面積為100cm2。線圈中總電阻為0.1Ω,線圈中磁場變化規(guī)律如圖所示,且磁場方向垂直于環(huán)面向里,線圈中產(chǎn)生的感應電動勢多大?,【解析】取線圈為研究對象,在1～2s內,其磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2-Φ1=(B2-B1)S,磁通量的變化率為由公式E=得E=100=0.1V。答案:0.1V,【拓展例題】考查內容:瞬時電動勢和平均電動勢【典例】如圖所示,勻強磁場的磁感應強度B=0.5T。一個匝數(shù)n=50的矩形線圈邊長ab=0.2m,bc=0.1m,以角速度ω=314rad/s繞ab邊勻速轉動。求:,(1)圖示位置時的瞬時感應電動勢。(2)由圖示位置轉過90這段時間內的平均感應電動勢。,【正確解答】(1)在題圖中位置的瞬時感應電動勢由公式E=nBlv得E=500.50.20.1314V=157V。(2)這段時間內的平均感應電動勢由公式得答案:(1)157V(2)100V,科學技術社會環(huán)境——空間站運行中的感應電動勢【命題素材】空間站在運行過程中展開的太陽能電池板,因切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,其電動勢與哪些因素有關?在電池板的兩端連接小燈泡時,小燈泡能否發(fā)光呢?,【信息提取流程】1.信息定位:太陽能電池板切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢。2.物理模型:導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢。3.物理知識:E=Blv。4.結果討論:太陽能電池板產(chǎn)生的電動勢和燈泡相接時,燈泡能否發(fā)光。,【案例示范】據(jù)報道,一法國攝影師拍到“天宮一號”空間站飛過太陽的瞬間。照片中,“天宮一號”的太陽帆板輪廓清晰可見。如圖所示,假設“天宮一號”正以速度v=7.7km/s繞地球做勻速圓周運動,運動方向與太陽帆板兩端M、N的連線垂直,M、N間的距離L=20m,地磁場的磁感應強度垂直于v、MN所在平面的分量B=1.010-5T,將太陽帆板視為導體。,(1)求M、N間感應電動勢的大小E。(2)在太陽帆板上將一只“1.5V0.3W”的小燈泡與M、N相連構成閉合電路,不計太陽帆板和導線的電阻。試判斷小燈泡能否發(fā)光,并說明理由。,【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律E=BLv,代入數(shù)據(jù)得E=1.54V。(2)不能,因為穿過閉合回路的磁通量不變,不產(chǎn)生感應電流。答案:(1)1.54V(2)不能,理由見解析,【類題訓練】(多選)“衛(wèi)星懸繩發(fā)電”是人類為尋找衛(wèi)星的新型電力能源供應系統(tǒng)而進行的實驗。假設在實驗中,用飛機拖著一根很長的金屬線(其下端懸掛一個金屬球,以保證金屬線總是呈豎直狀態(tài)),在我國上空平行地面飛行,如果用該系統(tǒng)為衛(wèi)星供電,則下列說法正確的是(),A.這是利用運動導線切割地磁場的磁感線產(chǎn)生感應電流的原理,金屬線相當于發(fā)電機的繞組線圈B.如果飛機自西向南飛行,金屬線上有感應電流產(chǎn)生C.如果飛機自南向北飛行,金屬線上有感應電流產(chǎn)生D.如果飛機由西北方向飛向東南方向,金屬線上有感應電流產(chǎn)生,【解析】選A、B、D。用飛機拖著一根很長的金屬線(其下端懸掛一個金屬球,以保證金屬線總是呈豎直狀態(tài)),飛機運動時,只要做切割磁感線運動,就會產(chǎn)生感應電流,故是利用運動導線切割地磁場的磁感線產(chǎn)生感應電流的原理,金屬線相當于發(fā)電機的繞組線圈,故A正確;由于地理的南極是地磁的北極,地理的北極是地磁,的南極,故磁感線是呈南北分布的,故如果飛機自西向南飛行,能做切割磁感線運動,故金屬線上有感應電流產(chǎn)生,故B正確;磁感線是呈南北分布的,如果飛機自南向北飛行,導線運動方向與磁感線方向平行,故不能產(chǎn)生感應電流,故C錯誤;磁感線是呈南北分布的,如果飛機由西北方向飛向東南方向,能做切割磁感線運動,故金屬線上有感應電流產(chǎn)生,故D正確。,