高中物理第一章电磁感应习题课：法拉第电磁感应定律的应用学案粤教版选修3_2
高中物理第一章电磁感应第5节电磁感应规律的应用教案粤教版选修3-2(new)
第5节电磁感应定律的应用本节教材分析三维目标1．知识与技能：（1)理解法拉第电机的原理；(2）掌握法拉第电机感应电动势的计算;（3）理解电磁感应现象电路中的电源及外电路。
2．过程与方法：(1)通过电磁感应中的电路的认识，在观察、分析、分类、归纳、转化、转换、综合等思维过程中,体会等效法的应用，加深学生对电磁感应内在规律的认识，凸现理论与应用的完美统一,培养严谨的物理思维习惯、方法。
（2）通过法拉第电机的探究，重结论，更重过程，明确探究的内涵，重温建立物理模型的方法。
3．情感态度与价值观：（1）通过电磁感应的闭合电路的探究，分析物理知识的内在联系，发展对科学的好奇心和求知欲。
(2）通过实际问题的研究，引导学生理论联系实际,增强把理论用于实践的主动性和积极性。
教学重点(1）熟悉各种情况下感应电动势的表达（2）能画出等效电路图，并能联系闭合电路解题教学难点形成学生的思维个性教学建议建议教师通过将电机模拟化、抽象化，引导学生观察，分析感应电动势产生的原因，将电机的感应电动势与导体切割磁感线相结合;电磁感应中的电路通过感应电流与感应电动势的关系,结合闭合电路进行对比，明确两者本质上的区别，通过讨论与交流，让学生找出等效电源、外电路、电流方向，进而引导学生建立等效电路,结合闭合电路的欧姆定律求解电流、电压、电功率等问题。
新课导入设计导入一引入课题-—-给出法拉第电机实物模型先给出法拉第电机原理图和实物模型图，明确产生持续电流的内在根源，推导盘式和杆式情况之下感应电动势的表达。
介绍部分生产、生活中常见的应用实例。
导入二复习引入新课1．叙述法拉第电磁感应定律的内容．2．写出其表达式．3。
说明t N ∆∆=φε和ε=BLv 的区别和联系． 4。
由tN ∆∆=φε 推导BLv =ε 由图1所示,讲清图中各示意，引导学生共同推导．设在Δt 时间内,导体MN 以速度v 切割磁感线，移动距离为d=v Δt ，设MN 长为L ，这一过程中,回路磁通量变化为ΔФ=Ф2-Ф1=B(s+d)L-BsL=BLd ．根据法拉第电磁感应定律，由此可见，E ＝BLv 可以理解为 E ＝N 错误!的特殊情况，只不过E ＝BLv 适合于计算动生电动势，而E ＝N 错误!适合于计算感生电动势。
高中物理 第1章 电磁感应 第1节 电磁感应现象 第2节 产生感应电流的条件学案 粤教版选修3-2
第一节 电磁感应现象 第二节 产生感应电流的条件[学习目标] 1.了解电磁感应现象及相关的物理学史.2.通过实验探究产生感应电流的条件．(重点、难点)3.能正确分析磁通量的变化情况．(重点)4.能运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．(重点、难点)一、电磁感应现象1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．3．法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：(1)变化着的电流；(2)变化着的磁场；(3)运动的恒定电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体．4．电磁感应现象法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应现象，产生的电流叫作感应电流．5．发现电磁感应现象的意义使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代．二、产生感应电流的条件1．利用导体棒在磁场中运动探究(如图所示)实验操作实验现象(有无电流) 实验探究结论 导体棒静止无 闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流产生；包围的面积不变时，电路中无导体棒平行磁感线运动 无导体棒切割磁感线运动 有 电流产生2.利用条形磁铁在螺线管中运动探究(如图所示)实验操作实验现象(有无电流) 实验探究结论N 极插入线圈有 线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流 N 极停在线圈中无 N 极从线圈中抽出有 S 极插入线圈有 S 极停在线圈中无 S 极从线圈中抽出 有 3.利用通电螺线管的磁场探究(如图所示)实验操作实验现象(线圈B 中有无电流) 实验探究 结论 开关闭合瞬间有 线圈B 中磁场变化时，线圈B 中有感应电流；磁场不变时，线圈B 中无感应电流 开关断开瞬间有 开关保持闭合，滑动变阻器的滑片不动无 开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有不论何种原因，只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)首先发现电磁感应现象的科学家是奥斯特．(×)(2)只要闭合线圈内有磁通量，闭合线圈就有感应电流产生．(×)(3)闭合线圈内有磁场，就有感应电流．(×)(4)只要磁通量发生变化，线圈中一定有感应电流．(×)(5)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中一定会有感应电流．(√) 2．下列实验现象，属于电磁感应现象的是( )A.导线通电后，其下方的小磁针偏转B.通电导线AB在磁场中运动C.金属杆AB切割磁感线时，电流表指针偏转D.通电线圈在磁场中转动C[小磁针在磁场作用下运动，说明了电流的磁效应，故A错误；通电导线在磁场中受到磁场力而运动，说明磁场对通电导线有力的作用，由图示可知，B、D只能说明磁场对通电导线有力的作用，故B、D错误；导体棒切割磁感线产生感应电流的现象是电磁感应现象，由图示可知，C是电磁感应现象，故C正确．]3．(多选)下列情况中都是线框在磁场中做切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是( )A B C DBC[A中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流．B中线框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流．C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场，运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流．D中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流，故选B、C.]磁通量及其变化量1．匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，B为匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的有效面积．(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上或者将B分解为垂直于S和平行于S的两个分量，则Φ＝B⊥S，如图所示，Φ＝BS sin θ.(3)实例：甲乙如图甲所示，两个环a和b，其面积S a<S b，则Φa>Φb.如图乙所示，Φ＝BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分有效面积S2.2．磁通量变化量的计算(1)磁感应强度B变化，有效面积S不变，则ΔΦ＝ΔBS.(2)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝BΔS.(3)磁感应强度B和有效面积S同时发生变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1.3．引起磁通量变化的原因(1)面积S不变，磁感应强度B发生变化，则磁通量Φ发生变化．(2)面积S变化，磁感应强度B不发生变化，则磁通量Φ发生变化．(3)线圈平面和磁场方向的夹角发生变化，则磁通量Φ发生变化．【例1】如图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？思路点拨：①利用正方形与圆形周长相等求出圆半径．②利用Φ＝BS分别求正方形和圆形线圈的磁通量，再利用ΔΦ＝|Φ2－Φ1|计算．[解析]线圈横截面为正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2 m2＝4.0×10－2 m2穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2 Wb＝2.0×10－2 Wb横截面形状为圆形时，其半径r＝4L2π＝2L π横截面积大小S 2＝π⎝ ⎛⎭⎪⎫2L π2＝425πm 2 穿过线圈的磁通量 Φ2＝BS 2＝0.50×425πWb≈2.55×10－2 Wb 所以，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2 Wb ＝5.5×10－3Wb.[答案] 5.5×10－3 Wb公式Φ＝BS 的计算要注意的两个问题(1)S 是指闭合回路线圈在垂直于磁场方向上的有效面积．(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n .训练角度1：Φ和ΔΦ的定性分析1．如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S 1>S 2＝S 3，且“3”线圈在磁铁的正中间．设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3，则它们的大小关系是( )A ．Φ1>Φ2>Φ3B ．Φ1>Φ2＝Φ3C ．Φ1<Φ2<Φ3D ．Φ1<Φ2＝Φ3C [所有磁感线都会经过磁体内部，穿过线圈内外的磁场方向相反，所以线圈面积越大则抵消的磁场越大，则Φ1<Φ2，线圈3在正中间，此处磁铁外部磁场最弱，即抵消得最少，所以Φ3>Φ2，选C.]训练角度2：Φ和ΔΦ的定量计算2．如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B ＝0.8 T ，磁场有明显的圆形边界，圆心为O ，半径为1 cm.在纸面内先后放不同的圆形线圈，圆心均在O 处，A 线圈半径为1 cm,10匝；B 线圈半径为2 cm,1匝；C 线圈半径为0.5 cm,1匝．(1)在磁感应强度B 减小为0.4 T 的过程中，线圈A 和B 中磁通量变化量的大小分别为多少？(2)当磁感应强度维持0.8 T 不变而方向转过30°，在此过程中线圈C 中磁通量变化量的大小为多少？[解析](1)对A线圈：Φ1＝B1πR2，Φ2＝B2πR2，磁通量变化量的大小ΔΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb≈1.3×10－4 Wb对B线圈：磁通量变化量的大小ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb≈1.3×10－4 Wb.(2)对C线圈：Φ1′＝Bπr2磁场方向转过30°时，Φ2′＝Bπr2cos 30°磁通量变化量的大小ΔΦC＝|Φ2′－Φ1′|＝Bπr2(1－cos 30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866) Wb≈8.4×10－6 Wb.[答案](1)1.3×10－4 Wb 1.3×10－4 Wb(2)8.4×10－6 Wb感应电流有无的判断1．感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．2．判断感应电流有无的方法：(1)明确电路是否为闭合电路．(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化．3．ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系．感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，即与ΔΦ有关．【例2】如图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，下列关于线圈中产生感应电流的说法中，正确的是( ) A．当磁铁向纸面外平移时，线圈中产生感应电流B．当磁铁向上平移时，线圈中产生感应电流C．当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D．当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO′轴转动时，线圈中产生感应电流思路点拨：解答本题应把握以下两点：①条形磁铁周围的磁感线特点．②穿过线圈的磁通量与磁铁内、外的磁感线都有关．D[由条形磁铁周围磁感线的分布特点可知，当磁铁平动时，穿过正方形线圈的磁通量始终为零不发生变化，线圈中不产生感应电流，故A、B、C错；当磁铁转动时，穿过正方形线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，D对．]“三看”巧判是否产生感应电流(1)看回路是否闭合：如果回路不闭合时，无论如何都不会产生感应电流．(2)看磁场方向与闭合回路平面之间的关系：即磁场的方向与闭合回路平面是垂直、平行还是成某一夹角．(3)看穿过回路的磁感线的条数是否发生变化：若变化则产生感应电流，否则不产生感应电流．3．下列情况能产生感应电流的是( )A．如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动B．如图乙所示，条形磁铁插入线圈中不动时C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器阻值时D[感应电流产生的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化，首先是电路要闭合，再一个就是闭合回路的磁通量发生变化，或者闭合回路部分导体做切割磁感线运动，所以D正确．] 课堂小结知识脉络1.奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象．2．磁通量的大小及其变化量大小与线圈的匝数大小无关．3．感应电流存在的条件：①闭合电路，②回路磁通量发生变化，且两个条件必须同时满足.1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是 ( )A．闭合线圈放在变化的磁场中，必然有感应电流产生B．闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流C．穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流D．只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流产生C[产生感应电流的条件：(1)闭合电路；(2)磁通量Φ发生变化，两个条件缺一不可。
2011高二物理学案：1.5 电磁感应规律的应用(粤教版选修3-2)
1.5 电磁感应规律的应用 学案（粤教版选修3-2）1．情景分析：如图1所示，铜棒Oa 长为L ，磁场的磁感应强度为B ，铜棒在垂直于匀强磁场的平面上绕O 点以角速度ω匀速转动，则棒切割磁感线的等效速度v ＝ωL2，产生的感应电动势E ＝12BL 2ω，由右手定则可判定铜棒的O 端电势较高．图12．如图2所示，导体棒ef 沿着导轨面向右匀速运动，导轨电阻不计．导体棒ef 相当于电源，e 是正极，f 是负极，电源内部电流由负极流向正极；R 和R g 构成外电路，外电路中电流由电源正极流向负极．图23．电磁感应中的能量：在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，导体克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即电能是通过克服安培力做功转变来的．4．正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度上升，时间一久，便发生一种焦糊味，十分危险，产生这种现象的原因是________________________________________________________________________． 答案 见解析解析 电风扇叶片一旦卡住，这时反电动势消失，电阻很小的线圈直接连在电源的两端，电流会很大，所以电风扇电动机的温度很快上升，十分危险．5．当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是( ) A ．线圈中一定有感应电流 B ．线圈中一定有感应电动势C ．感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比D ．感应电动势的大小跟线圈的电阻有关 答案 B解析 产生感应电流的条件与产生感应电动势的条件是不同的，只有电路闭合且磁通量发生变化才能产生感应电流，不管电路是否闭合，只要磁通量变化，就一定有感应电动势产生．感应电动势只与磁通量的变化快慢和线圈的匝数有关．6．如图3所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab 以水平速度v 抛出，且棒与磁场垂直，设棒在落下的过程中方向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动的过程中产生的感应电动势大小变化情况是()图3A ．越来越大B ．越来越小C ．保持不变D ．无法判断 答案 C解析 在运用公式E ＝BL v 进行感应电动势的运算时，要注意该公式中B 、L 、v 三者必须互相垂直．如果不互相垂直，要进行相应的分解后运用分量代入运算．本题中切割速度为金属棒的水平分速度，水平分速度不变，故感应电动势大小保持不变，选C.7．如图4所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R ，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F 作用下加速上升的一段时间内，力F 做的功与安培力做的功的代数和等于()图4A ．棒的机械能增加量B ．棒的动能增加量C ．棒的重力势能增加量D ．电阻R 上放出的热量 答案 A解析 棒受重力G 、拉力F 和安培力F A 的作用．由动能定理：W F ＋W G ＋W 安＝ΔE k 得W F＋W 安＝ΔE k ＋mgh ，即力F 做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增量，A 项正确．【概念规律练】知识点一 法拉第电机模型的分析1．如图5所示，长为L 的金属棒ab ，绕b 端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B ，求ab 两端的电势差．图5答案 12BL 2ω解析 方法一 棒上各处速率不等，故不能直接用公式E ＝BL v 求解，由v ＝ωr 可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算．由v ＝ωL /2，有BL v ＝12BL 2ω，由右手定则判断φa >φb ，即U ab >0，故U ab ＝12BL 2ω方法二 用E ＝n ΔΦΔt来求解．设经过Δt 时间ab 棒扫过的扇形面积为ΔS ＝12LωΔtL ＝12L 2ωΔt变化的磁通量为ΔΦ＝B ΔS ＝12BL 2ωΔt ，所以E ＝n ΔΦΔt ＝nB ΔS Δt ＝12BL 2ω(n ＝1)由右手定则判断φa >φb所以a 、b 两端的电势差为12BL 2ω.点评 当导体棒转动切割磁感线时，若棒上各处磁感应强度B 相同，则可直接应用公式E ＝12BL 2ω. 2．如图6所示，长为L 的导线下悬一小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为θ，摆球的角速度为ω，磁感应强度为B ，则金属导线中产生的感应电动势大小为________．图6答案 12BL 2ωsin 2 θ解析 导线的有效长度为L ′＝L sin θ电动势E ＝12BL ′2ω＝12BL 2ωsin 2 θ点评 导体在磁场中转动，导线本身与磁场并不垂直，应考虑切割磁感线的有效长度．知识点二 电磁感应中的电路问题3．如图7所示，长为L ＝0.2 m 、电阻为r ＝0.3 Ω、质量为m ＝0.1 kg 的金属棒CD 垂直放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也为L ，棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R ＝0.5 Ω的电阻，量程为0～3.0 A 的电流表串联在一条导轨上，量程为0～1.0 V 的电压表接在电阻R 的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定的外力F 使金属棒右移，当金属棒以v ＝2 m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一电表未满偏．问：图7(1)此时满偏的电表是什么表？说明理由． (2)拉动金属棒的外力F 有多大？ (3)导轨处的磁感应强度多大？ 答案 (1)见解析 (2)1.6 N (3)4 T解析 (1)假设电流表满偏，则I ＝3 A ，R 两端电压U ＝IR ＝3×0.5 V ＝1.5 V ，将大于电压表的量程，不符合题意，故满偏电表应该是电压表．(2)由能量关系，电路中的电能应是外力做功转化来的，所以有F v ＝I 2(R ＋r )，I ＝UR，两式联立得，F ＝U 2(R ＋r )R 2v＝1.6 N.(3)磁场是恒定的，且不发生变化，由于CD 运动而产生感应电动势，因此是动生电动势．根据法拉第电磁感应定律有E ＝BL v ，根据闭合电路欧姆定律得E ＝U ＋Ir 以及I ＝UR，联立三式得B ＝U L v ＋Ur RL v＝4 T.点评 注意区分电源和外电路，熟练运用闭合电路的有关规律． 4．匀强磁场的磁感应强度B ＝0.2 T ，磁场宽度l ＝3 m ，一正方形金属框边长ad ＝l ′＝1 m ，每边的电阻r ＝0.2 Ω，金属框以v ＝10 m/s 的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图8所示．求：图8(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的I －t 图线；(要求写出作图依据) (2)画出ab 两端电压的U －t 图线．(要求写出作图依据) 答案 见解析解析 线框的运动过程分为三个阶段：第Ⅰ阶段cd 相当于电源，ab 为等效外电路；第Ⅱ阶段cd 和ab 相当于开路时两并联的电源；第Ⅲ阶段ab 相当于电源，cd 相当于外电路，如下图所示．(1)在第一阶段，有I 1＝Er ＋3r＝Bl ′v 4r ＝2.5 A感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为t 1＝l ′v ＝110s ＝0.1 sab 两端的电压为U 1＝I 1·r ＝2.5×0.2 V ＝0.5 V (2)在第二阶段，有I 2＝0，U 2＝E ＝Bl ′v ＝2 V t 2＝0.2 s(3)在第三阶段，有I 3＝E4r＝2.5 A感应电流方向为顺时针方向 U 3＝I 3×3r ＝1.5 V ，t 3＝0.1 s规定逆时针方向为电流正方向，故I －t 图象和ab 两端U －t 图象分别如下图所示．点评 第二阶段cd 与ab 全部进入磁场后，回路中磁通量不变化，无感应电流，但ab 、cd 都切割磁感线，有感应电动势，相当于开路时两个并联的电路．【方法技巧练】用能量观点巧解电磁感应问题5．如图9所示，将匀强磁场中的线圈(正方形，边长为L )以不同的速度v 1和v 2匀速拉出磁场，线圈电阻为R ，那么两次拉出过程中，外力做功之比W 1∶W 2＝________.外力做功功率之比P 1∶P 2＝________.图9答案 v 1∶v 2 v 21∶v 22解析 线圈匀速拉出磁场，故其动能未变化．线圈中由于电磁感应产生电流，即有电能产生，且电能全部转化为内能，故外力做多少功就有多少内能产生．W ＝Q ＝I 2R Δt ＝⎝⎛⎫ΔΦ2R Δt ＝(ΔΦ)2R Δt ∝1Δt∝v故W 1∶W 2＝v 1∶v 2同理，由P ＝W Δt ＝Q Δt∝v 2可得P 1∶P 2＝v 21∶v 22 方法总结 两次均匀速把线框拉出磁场都有F 安＝F 外，但两次的外力不同．6．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图10所示，抛物线的方程为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m 的小金属块从抛物线y ＝b (b >a )处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()图10A ．mgb B.12m v 2C ．mg (b －a )D ．mg (b －a )＋12m v 2答案 D解析 金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生焦耳热．最后，金属块在高为a 的曲面上做往复运动．减少的机械能为mg (b －a )＋12m v 2，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选D.方法总结 在电磁感应现象中，感应电动势是由于非静电力移动自由电荷做功而产生的，要直接计算非静电力做功一般比较困难，因此要根据能量的转化及守恒来求解．。
高中物理第一章电磁感应第五节电磁感应规律的应用课件粤教版选修3_2
电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功 转化而来的．克服安培力做了多少功，就有多少电能产 生，而这些电能又通过电流做功而转化为其他形式的 能．因此，电磁感应现象符合能量守恒定律．
判断正误
(1)无论“磁生电”还是“电生磁”都必须遵循能量 守恒定律．(√)
(2)在闭合线圈上方有一条形磁铁自由下落直至穿过 线圈，磁铁下落过程中机械能守恒．(× )
1．如图所示，一个绕圆心轴 MN 匀速转动的金属圆 盘，匀强磁场垂直于圆盘平面，磁感应强度为 B，圆盘中 心和圆盘边缘通过电刷与螺线管相连，圆盘转动方向如 图所示，则下述结论中正确的是( )
A．圆盘上的电流由圆心流向边缘 B．圆盘上的电流由边缘流向圆心 C．金属圆盘上各处电势相等 D．螺线管产生的磁场，F 端为 N 极 解析：当圆盘转动方向如题图所示时，根据右手定则
由于从左侧摆到右侧的过程中，线框中磁通量发生变 化，因而产生感应电流，线框中将产生焦耳热，根据能量 守恒知线框的机械能不断减少，故在左侧线框的高度将高 于起始时右侧的高度，所以摆角会越来越小，当环完全在 磁场中来回摆动时，磁通量不变，没有感应电流，圆环的 机械能守恒，摆角不变，在磁场区域来回摆动，故 C 正确．
1．对电磁感应中电源的理解． (1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈 相当于电源． (2)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、 电容器极板带电问题，可用右手定则或楞次定律判定． (3)电源的电动势的大小可由 E＝Blv、E＝nΔΔΦt 或 E ＝12BL2ω 求解．
2．内电路和外电路． 相当于电源的部分导体或线圈相当于内电路，其余 部分是外电路． 3．对电磁感应电路的理解． (1)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形 式的能转化为电能． (2)“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电 动势． (3)路端电压：U＝IR＝E－Ir.
2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第四节法拉第电磁感应定律学案粤教版选修3_2
abcd 之外，匀强磁场垂直穿过该正方形，当磁场以 的变化率变化时，线圈产生的感应电 Δt
动势的大小为( )
图8
ΔB A．πR2
Δt ΔB C．nπR2 Δt
ΔB B．a2
Δt ΔB D．na2 Δt
答案 D
解析 由题意可知，线圈中磁场的面积为 a2，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的 ΔΦ ΔB
感应电动势大小为 E＝n ＝na2 ，故只有选项 D 正确． Δt Δt
ΔΦ 2．(公式 E＝n 的应用)(多选)如图 9 甲所示，线圈的匝数 n＝100 匝，横截面积 S＝50cm2，
Δt 线圈总电阻 r＝10Ω，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正方向，磁场的磁感应强度随 时间按如图乙所示规律变化，则在开始的 0.1s 内( )
第四节 法拉第电磁感应定律
[学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道感应电动势的概念.2.理解和掌握法拉第电磁感应定律．
ΔΦ 科学思维：1.通过比较区分 Φ、ΔΦ 和 .2.运用法拉第电磁感应定律推导出导线切割磁
Δt 感线的电动势公式.3.在进行感应电动势的计算时培养综合分析能力． 科学探究：利用控制变量法、验证实验猜想与假设，得出影响电动势大小的因素． 科学态度与责任：经历实验探究，体会探究实验的一般顺序和思路．
ΔΦ 2.5 × 10－3
变化率 ＝
Wb/s＝2.5×10－2 Wb/s，B 项正确；根据法拉第电磁感应定律可知当，a、
Δt
0.1
ΔΦ b 间断开时，其间电压等于线圈产生的感应电动势，感应电动势大小为 E＝n ＝2.5V 且恒定，
最新-高中物理 1-5《法拉第电磁感应定律的应用 一)》课件 粤教版选修3-2 精品
• 当cd 边离开磁场的时候：Uab =3BLv/4
一、单棒问题
基本模型 运动特点 最终特征
阻尼式 电动式 发电式
v0 a逐渐减小 的减速运动
a逐渐减小 的加速运动
静止 I=0 匀速 I=0 (或恒定)
F a逐渐减小 匀速 的加速运动 I基本模型 运动特点 最终特征
解析：
ab两端电势差等于金属棒切割磁感线产生的 电动势（因为没有外电路），所以只要求出 电动势即可．
棒上各处速率不等，不能直接用E=BLv来求，
但棒上各点的速度v= r与半径成正比，因此可
用棒的中点速度作为平均切割速度代入公式计
算：
v 1 , E BLv 1 BL2
2
2
• 例题2、如下图所示，半径为r的金属环绕 通过某直径的轴OO’以角速度ω作匀速转 动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属 环面与磁场方向重合时开始计时，则在金 属环转过30°角的过程中，环中产生的 电动势的平均值是多大？
2．法拉第电磁感应定律：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．
公式表示： E k t
当E、 、 t 都取国际单位时，k =1，
所以有：
E t
若线圈有n匝，则相当于n个相同的电动势 串联，所以整个线圈中的电动势为．
E n t
3．法拉第电磁感应定律的应用 ——导体做切割磁感线运
• 当线框abcd 整个在磁场的时候，穿过线圈的 磁通量不变，无感应电流，ab和cd两边切割 磁感线，等效电路图如图2所示：
• Uab=E=BLv
• 当cd边离开磁场，ab边切割磁感线，ad，bc， cd边的电阻属于外阻，等效电路图如图3所示：
• Uab=E-Ir=BLv-Ir
高中物理 第一章 电磁感应 电磁感应规律的应用习题课课件 粤教版选修32
B.a1＝a2＝a3＝a4 D.a1＝a3＞a2＝a4
图6
只受重力，a1＝a3 =g
加速
安培力B2L2v R
位置4的安培力大
mg B2L2v ma R
学习
知识(zhī
g>a2＞a4
学习
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自我检测
自我检测区
学案7
3．(电磁感应中的动力学问题)如图 8 所示，光滑金属直轨道 MN 和 PQ 固 定在同一水平面内，MN、PQ 平行且足够长，两轨道间的宽度 L＝0.50 m， 轨道左端接一阻值 R＝0.50 Ω 的电阻．轨道处于磁感应强度大小 B＝0.40 T、 图 8 方向竖直向下的匀强磁场中．质量 m＝0.50 kg 的导体棒 ab 垂直于轨道放置．在沿着轨道方 向向右的力 F 作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与轨道始终接触良好并且相互垂直．不 计轨道和导体棒的电阻，不计空气阻力．若力 F 的大小保持不变，且 F＝1.0 N，求： (1)导体棒能达到最大速度大小 vm；
(B )
图6
解析 由于 bc 进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿 adcba 的方向，其 方向与电流的正方向相反，故是负的，所以 A、C 错误； 当逐渐向右移动时，切割磁感线有效长度在增加，故感应电流在增大；
当 bc 边穿出磁场区域时，线圈中的感应电流方向变为 abcda，是正方向，故其图象在时
知识(zhī
学习
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自我检测
学案7
例 3 如图 3 甲所示，两根足够长的直金属导轨 MN、PQ 平行放置在倾角为 θ 的绝缘斜面 上，两导轨间距为 L，M、P 两点间接有阻值为 R 的电阻.一根质量为 m 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上，并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直 于斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略，让 ab 杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆 接触良好，不计它们之间的摩擦. (1)由 b 向 a 方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出 ab 杆下滑过程中某时刻的受 力示意图.
高中物理 1.4 法拉第电磁感应定律 课件 粤教版选修3-2
图 1－ 4 － 3
核心要点突破
ΔΦ 一、Φ、ΔΦ、 的比较 Δt
磁通量 Φ 物 理 意 义 某时刻穿 过磁场中 某个面的 磁感线条 数 磁通量的 变化量 ΔΦ 穿过某个面 的磁通量随 时间的变化 量 磁通量的 ΔΦ 变化率 Δt 表述磁场中穿 过某个面的磁 通量变化快慢 的物理量
课前自主学案
一、感应电动势
电磁感应 现象中产生的电动势叫做感应电动 在___________
势、产生感应电动势的那部分导体就相当于
电源 ． _______
思考感悟
1 ．在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有
感应电流，这句话对吗？为什么？
提示：不对，不管电路是否闭合，只要穿过电路的
磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势．有
ΔΦ 秒(s)，公式为E＝_______. Δt
(2)若闭合电路有n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁 相同 通量变化率都________ ，由于n匝线圈可以看做是 由n个单匝线圈串联而成，因此，整个线圈中的感
ΔΦ n ____. 应电动势是单匝线圈的n倍，即E＝____ Δt
思考感悟 3．闭合电路置于磁场中，电路所在平面与磁场方 向垂直，那么，当磁感应强度很大时，感应电动 势可能为零吗？当磁感应强度为零时，感应电动 势可能很大吗？ 提示：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的
思考感悟 ΔΦ 2．磁通量 Φ 大，磁通量的变化率 就一定大吗？ Δt ΔΦ 若磁通量的变化量 ΔΦ 大， 是不是就一定大？ Δt ΔΦ ΔΦ 提示：Φ 大， 不一定大；ΔΦ 大， 也不一定 Δt Δt ΔΦ ΔΦ 大. 同时取决于 ΔΦ 和 Δt，Φ、ΔΦ、 的大小 Δt Δt 没有直接关系．
高中物理 第一章 电磁感应 第4节 法拉第电磁感应定律教案 粤教版选修3-2-粤教版高二选修3-2物
第4节法拉第电磁感应定律本节教材分析三维目标〔一〕、知识与技能1、知道决定感应电动势大小的因素；2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能对“磁通量的变化量〞、“磁通量的变化率〞进行区别；3、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式；4、会用法拉第电磁感应定律解答有关问题；5、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小；〔二〕过程与方法通过学生实验，培养学生的动手能力和探究能力．〔三〕情感态度与价值观培养学生对实际问题的分析与推理能力。
培养学生的辨证唯物注意世界观，尤其在分析问题时，注意把握主要矛盾．教学重点学生动手探究磁是否能生电及怎样才能生电。
教学难点引导学生按照探究步骤独立完成一个较为完整的探究过程。
教学建议理解和应用法拉第电磁感应定律，教学中应该使学生注意以下几个问题：⑴要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念．⑵求磁通量的变化量一般有三种情况：当回路面积不变的时候，；当磁感应强度不变的时候，；⑶ E是时间内的平均电动势，一般不等于初态和末态感应电动势瞬时值的平均值，即：⑷注意课本中给出的法拉第电磁感应定律公式中的磁通量变化率取绝对值，感应电动势也取绝对值，它表示的是感应电动势的大小，不涉及方向．⑸公式表示导体运动切割磁感线产生的感应电动势的大小，是一个重要的公式．要使学生知道它是法拉第电磁感应定律的一个特殊形式，当导体做切割磁感线的运动时，使用比较方便．使用它计算时要注意B、L、v这三个量的方向必须是互相垂直的，遇到不垂直的情况，应取垂直分量．建议在具体教学中，教师帮助学生形成知识系统，以便加深对已经学过的概念和原理的理解，有助于理解和掌握新学的概念和原理．在法拉第电磁感应定律的教学中，有以下几个内容与前面的知识有联系，希望教师在教学中加以注意：⑴由“恒定电流〞知识知道，闭合电路中要维持持续电流，其中必有电动势的存在；在电磁感应现象中，闭合电路中有感应电流也必然要存在对应的感应电动势，由此引出确定感应电动势的大小问题．⑵电磁感应现象中产生的感应电动势，为人们研制新的电源提供了可能，当它作为电源向外供电的时候，我们应当把它与外电路做为一个闭合回路来研究，这和直流电路没有分别；⑶用能量守恒和转化来研究问题是中学物理的一个重要的方法．化学电源中的电动势表征的是把化学能转化为电能的本领，感应电动势表征的是把机械能转化为电能的本领．新课导入设计导入一1：要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？〔引导学生回答：这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的〕2：如果电路不是闭合的，电路中没有电流，电源的电动势是否还存在呢？〔引导学生回答：电动势是反映了电源提供电能本领的物理量，电路不闭合电源电动势依然存在〕引入新课：在电磁感应现象里，既然闭合电路里有感应电流，那么这个电路中也必定有电动势，在电磁感应现象里产生的电动势叫做感应电动势，产生感应电动势的那部分导体就相当于电源．导入二创设情景，导入课题设问1：在电磁感应现象中，闭合电路中产生了感应电流，所以一定存在电源，那么维持这一感应电流的电源是谁呢？答：感应线圈，它相当于电源。
高中物理 第一章 电磁感应 第五节 法拉第电磁感应定律应用预习导学案 粤教版选修32
第五节 法拉第电磁感应定律应用（一） 【思维激活】 观察法拉第电机原理图，分析产生感应电动势的原理。
提示：导体棒在磁场中切割磁感线产生感应电流【自主整理】1.法拉第电机是应用导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电流的原理，产生电动势的导体相当于电源，此电源于其他部分的导体或线框构成了闭合电路，遵从闭合电路欧姆定律。
2.在法拉第电机中，产生电动势的那部分导体相当于电源如果它用电器连接就组成 了闭合电路，在电源内部，感应电流方向是从电源的负极流向正极：在外电路中，电流从电源的正极经用电器流向负极。
【高手笔记】法拉第电磁感应定律是本节课的重点，也是易错点，特别是当导体在匀强磁场中倾斜切割磁感线时，所产生感应电动势E 的大小究竟是BLυsin θ还是BLυcos θ的判定。
（1）导体切割磁感线时，所产生的感应电动势不能死记教材中的E =BLυsin θ而是要记住处理问题的方法和普遍适用的公式E =BL υ⊥。
（2）导体小于运动时，其速度υ与磁感线方向平行导体切割磁感线，此时产生的感应电动势E =0。
（3）倒替倾斜切割磁感线时，应把速度υ沿平行磁感线方向和垂直磁感线方向分解。
（4）导体棒的端点为轴，在垂直于磁感线的匀强磁场中匀速转动产生的感应电动势E =21BL 2W （平均速度取中点位置线速度21LW ）。
【名师解惑】如何理解感应电动势剖析：有电流产生，电路中就一定有点动势，闭合电路中有感应电流产生就一定有感应电动势，要理解感应电动势，则必须先考虑电动势的 产生条件。
如图1-5-1所示，矩形线框向右做切割磁感线运动，闭合路中无感应电路，但线框上下边间有感应电动势，既ab 两点有电势差，虽然穿过闭合电路的磁通量没有变化，但线框在切割磁感线。
图1-5-1可见，产生感应电动势的条件，无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化或导体切割磁感线，就会有感应电动产生，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，电路中有感应电流则电路中一定有感应电动势，若电路中感应电动势，不一定有感应电流。
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习题课：法拉第电磁感应定律的应用
——两个公式的对比及电荷量的计算
[学习目标]1.理解公式E ＝n ΔΦΔt
与E ＝BLv 的区别和联系，能够应用这两个公式求解感应电动势.2.理解电磁感应电路中电荷量求解的基本思路和方法．
一、E ＝n
ΔΦΔt
和E ＝BLv 的比较应用
例1 如图1所示，导轨OM 和ON 都在纸面内，导体AB 可在导轨上无摩擦滑动，若AB 以5m/s 的速度从O 点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，磁场的磁感应强度为0.2T ．问：
图1
(1)3s 末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁感线产生的感应电动势多大？
(2)3s 内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？
答案 (1)53m53V(2)1532Wb 52
3V 解析 (1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势． 3s 末，夹在导轨间导体的长度为：
l ＝vt ·tan30°＝5×3×tan30°m＝53m
此时：E ＝Blv ＝0.2×53×5V ＝53V
(2)3s 内回路中磁通量的变化量
ΔΦ＝BS －0＝0.2×12×15×53Wb ＝1532
Wb 3s 内电路产生的平均感应电动势为： E ＝ΔΦΔt ＝153
23V ＝
52
3V.
E ＝BLv 和E ＝n ΔΦΔt
本质上是统一的，前者是后者的一种特殊情况．当导体做切割磁感线运动时，用E ＝BLv 求E 比较方便；当穿过电路的磁通量发生变化时，用E ＝n ΔΦΔt
求E 比较方便．
二、电磁感应中的电荷量问题
例2 面积S ＝0.2m 2
、n ＝100匝的圆形线圈，处在如图2所示的磁场内，磁感应强度B 随时间t 变化的规律是B ＝0.02t T ，R ＝3Ω，C ＝30μF ，线圈电阻
r ＝1Ω，求：
图2
(1)通过R 的电流方向和4s 内通过导线横截面的电荷量；
(2)电容器的电荷量．
答案 (1)方向由b →a 0.4C(2)9×10－6C
解析 (1)由楞次定律可求得电流的方向为逆时针，通过R 的电流方向为b →a ， q ＝I Δt ＝E R ＋r
Δt ＝n 错误!Δt ＝n 错误!＝0.4C. (2)由E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔB Δt ＝100×0.2×0.02V ＝0.4V ，。