2.2 法拉第电磁感应定律导学单-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

2.2 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律【学习目标学习目标】1. 通过实验，经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法。2. 理解法拉第电磁感应定律，会用定律在具体情境中分析求解有关问题。3. 经历推理得出 E=BLVsin，体会矢量分解的方法。理解 E=BLVsin 法是拉第电磁感应定律的一种特殊形式，感悟事物的共性与个性关系，体会辩证唯物主义的方法和观点。【开启新探索开启新探索】穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。通过如图所示的两个实验，探究说明：感应电流的大小跟哪些因素有关呢？【质疑提升质疑提升 1】法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1. 在电磁感应现象中，闭合电路中产生感应电流。电路中有电流，就一定有电源。如上两图中，闭合电路中哪一部分是电源？2. 闭合电路中有感应电流，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。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。思考：若电路没有闭合，回路中有没有感应电流？有没有感应电动势？比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？3. 感应电动势的大小遵从的规律：法拉第电磁感应定律。（1） 最初由德国物理学家 、 在对理论和实验资料进行严格分析后先后指出的。因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人以法拉第的名字命名。（2） 内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟 这一电路的 成 。（3） 表达式：E= ，k 是 。在国际单位制中，k 取 ，故 E= 。（4） 闭合电路常常是一个匝数为 n 的线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量总是相同的。思考：整个线圈中的感应电动势可以怎样表示？为什么？（5）通过上述表达式求到的电动势是平均电动势还是瞬时电动势？为什么？【学以致用学以致用 1】1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BC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2. 一个匝数为 100、面积为 10cm2、电阻为 10 的线圈垂直磁场放置，把一个电阻为40 的电阻连接在线圈两端，在 0. 5s 内穿过线圈的磁场从 9T 减小到 1T。求：（1）线圈中的感应电动势；（2）通过电阻的电流；（3）线圈两端的电压。 1.6V 3.210-2A 1.28V3 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则下列说法不正确的是（ ） A. 线圈中 0 时刻感应电动势最大 B. 线圈中 D 时刻感应电动势为零 C. 线圈中 D 时刻感应电动势最大 D. 线圈中 0 至 D 时间内平均感应电动势为 0.4V4 如图所示，一正方形线圈的匝数为 n，边长为 a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在 t 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由 B 均匀地增大到2B。在此过程中，线圈中产生的感应电动势为()A. B. C. D. 22Bat22nBat2nBat22nBat【质疑提升质疑提升 2】导线切割磁感线时的感应电动势导线切割磁感线时的感应电动势1. 如图所示，把矩形线框 CDMN 放在磁感应强度为 B 的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒 MN 的长度为 l，它以速度 v 向右运动，在 t 时间内，由原来的位置 MN 移到 M1N1。求在这个过程中的感应电动势大小。总结：导体切割磁感线时，感应电动势 E ，应用条件： 2. 比较 E=n（常用的两种表达形式） ，E= BLv 两式的应用范围？t3. 如图所示，匀强磁场磁感应强度为 B，一长度为 l 的导线运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向夹角 ，已知导线的速度为 v，则导线切割磁感线产生的感应电动势为多少？4. 如图，导体棒 CD 在匀强磁场中运动。自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷。导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？导体棒哪端的电势比较高？（以上讨论不必考虑自由电荷的热运动）A0t/s/103Wb120.01B DB5. 由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。安培力的方向、安培力做功实现怎样的能量转化？【学以致用学以致用 2】1. 如图所示，一个水平放置的导体框架，宽度 L=1.50m，接有电阻 R=2，设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度 B=0.40T，方向如图。今有一导体棒 ab 跨放在框架上，并能无摩擦地沿框滑动，框架电阻不计，导体 ab 的电阻为 r=1，当 ab 以速度v=4.0m/s 向右匀速滑动时，试求：（1）导体 ab 上的感应电动势的大小；（2）回路上感应电流的大小、导体 ab 两端的电压。2.4V 1.6V【核心素养提升核心素养提升】1 关于电磁感应中感应电动势的大小表述是正确的是 （ ）A穿过某导体框的磁通量为零时，该线框中的感应电动势一定为零B穿过线框的磁通量越大，该线框中的感应电动势就一定越大C穿过线框的磁通量变化越大，该线框中的感应电动势就一定越大D穿过线框的磁通量的变化率越大，该线框中的感应电动势就一定越大2 如图所示，一个匝数为 n 的正方形线圈，边长为 d，电阻为 r。将其两端a、b 与阻值为 R 的电阻相连接，其他部分电阻不计。在线圈中存在垂直线圈平面向里的磁场区域，磁感应强度 B 随时间 t 均匀增加， 。则 a、b 两点间的电压为（）BktAnd2kBCD2Rnd kRr2rnd kRr2ndk Rr3 如图甲所示，一个圆形线圈的匝数 n100，线圈面积 S200 cm2，线圈的电阻r1，线圈外接一个阻值 R4 的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是()A线圈中的感应电流方向为顺时针方向B电阻 R 两端的电压随时间均匀增大C线圈电阻 r 消耗的功率为 4104 WD前 4 s 内通过 R 的电荷量为 4104 C4 如图所示，一个圆形线圈的匝数n=1000，线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,线圈外接一个阻值R=4的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图所示；求： （1）前4s内的感应电动势（2）前6s内的感应电动势1V V325. 如图所示，水平放置的平行金属导轨相距 l0.50m，左端接一电阻 R2.0，磁感应强度 B2T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面导体棒 ab 垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨电阻忽略不计，ab 棒电阻 r0.50,当 ab 以 v2.0 m/s 的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ab 棒中感应电动势的大小；(2)维持 ab 棒做匀速运动的水平外力 F 的功率大小。 2V 1.6W6. 当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机速度相同，两者用导电缆绳相连。这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。现有一绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。卫星位于航天飞机的正上方，它与航天飞机之间的距离是 20.5 km，卫星所在位置的地磁场 B4.610-5 T，沿水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度都是 7.6 km/s，求缆绳中的感应电动势。7166.8V7. 动圈式扬声器的结构如图所示。线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中，能够在空隙中左右运动。音频电流通进线圈，安培力使线圈左右运动。纸盆与线圈连接，随着线圈振动而发声。这样的扬声器能不能当作话筒使用？也就是说，如果我们对着纸盆说话，扬声器能不能当作话筒使用？也就是说，如果我们对着纸盆说话，扬声器能不能把声音变成相应的电流？为什么？8. 如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕 OO轴匀速转动时，线圈中的感应电动势是否变化？为什么？设线圈的两个边长分别是 l1和 l2，转动时角速度是 ，磁场的磁感应强度为 B。试证明：在图示位置时，线圈中的感应电动势为 EBS，式中 Sl1l2，为线圈面积。9. 如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上 M、N 两点间的电势差 U，就可以知道管中液体的流量 Q：单位时间内流过管道横截面的液体体积。已知管的直径为 d，磁感应强度为 B，试推出 Q 与 U 关系的表达式。假定管中各处液体的流速相同。电磁流量计的管道内没有任何阻碍液体流动的结构，所以常用来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。 Bud410. 一长为 l 的导体棒在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕其一端以角速度 在垂直于磁场的平面内匀速转动，求 ab 两端产生的感应电动势。 221Bl2.2 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律【学习目标学习目标】1. 通过实验，经历分析推理得出法拉第电磁感应定律的过程，体会用变化率定义物理量的方法。2. 理解法拉第电磁感应定律，会用定律在具体情境中分析求解有关问题。3. 经历推理得出 E=BLVsin，体会矢量分解的方法。理解 E=BLVsin 法是拉第电磁感应定律的一种特殊形式，感悟事物的共性与个性关系，体会辩证唯物主义的方法和观点。【开启新探索开启新探索】穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。通过如图所示的两个实验，探究说明：感应电流的大小跟哪些因素有关呢？【质疑提升质疑提升 1】法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1. 在电磁感应现象中，闭合电路中产生感应电流。电路中有电流，就一定有电源。如上两图中，闭合电路中哪一部分是电源？2. 闭合电路中有感应电流，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。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。思考：若电路没有闭合，回路中有没有感应电流？有没有感应电动势？比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件你有什么发现？3. 感应电动势的大小遵从的规律：法拉第电磁感应定律。（1） 最初由德国物理学家 、 在对理论和实验资料进行严格分析后先后指出的。因法拉第对电磁感应现象研究的巨大贡献，后人以法拉第的名字命名。（2） 内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟 这一电路的 成 。（3） 表达式：E= ，k 是 。在国际单位制中，k 取 ，故 E= 。（4） 闭合电路常常是一个匝数为 n 的线圈，而且穿过每匝线圈的磁通量总是相同的。思考：整个线圈中的感应电动势可以怎样表示？为什么？（5）通过上述表达式求到的电动势是平均电动势还是瞬时电动势？为什么？【学以致用学以致用 1】1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BC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2. 一个匝数为 100、面积为 10cm2、电阻为 10 的线圈垂直磁场放置，把一个电阻为40 的电阻连接在线圈两端，在 0. 5s 内穿过线圈的磁场从 9T 减小到 1T。求：（1）线圈中的感应电动势；（2）通过电阻的电流；（3）线圈两端的电压。3 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则下列说法不正确的是（ ） A. 线圈中 0 时刻感应电动势最大 B. 线圈中 D 时刻感应电动势为零 C. 线圈中 D 时刻感应电动势最大 D. 线圈中 0 至 D 时间内平均感应电动势为 0.4V4 如图所示，一正方形线圈的匝数为 n，边长为 a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在 t 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由 B 均匀地增大到2B。在此过程中，线圈中产生的感应电动势为()A. B. C. D. 22Bat22nBat2nBat22nBat【质疑提升质疑提升 2】导线切割磁感线时的感应电动势导线切割磁感线时的感应电动势1. 如图所示，把矩形线框 CDMN 放在磁感应强度为 B 的匀强磁场里，线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分导体棒 MN 的长度为 l，它以速度 v 向右运动，在 t 时间内，由原来的位置 MN 移到 M1N1。求在这个过程中的感应电动势大小。总结：导体切割磁感线时，感应电动势 E ，应用条件： 2. 比较 E=n（常用的两种表达形式） ，E= BLv 两式的应用范围？t3. 如图所示，匀强磁场磁感应强度为 B，一长度为 l 的导线运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向夹角 ，已知导线的速度为 v，则导线切割磁感线产生的感应电动势为多少？4. 如图，导体棒 CD 在匀强磁场中运动。自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力。导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体棒中的自由电荷是正电荷。导体棒一直运动下去，自由电荷是否总会沿着导体棒运动？为什么？导体棒哪端的电势比较高？（以上讨论不必考虑自由电荷的热运动）A0t/s/103Wb120.01B DB5. 由于导体棒运动产生感应电动势，电路中有电流通过，导体棒在运动过程中会受到安培力的作用。安培力的方向、安培力做功实现怎样的能量转化？【学以致用学以致用 2】1. 如图所示，一个水平放置的导体框架，宽度 L=1.50m，接有电阻 R=2，设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度 B=0.40T，方向如图。今有一导体棒 ab 跨放在框架上，并能无摩擦地沿框滑动，框架电阻不计，导体 ab 的电阻为 r=1，当 ab 以速度v=4.0m/s 向右匀速滑动时，试求：（1）导体 ab 上的感应电动势的大小；（2）回路上感应电流的大小、导体 ab 两端的电压。【核心素养提升核心素养提升】1 关于电磁感应中感应电动势的大小表述是正确的是 （ ）A穿过某导体框的磁通量为零时，该线框中的感应电动势一定为零B穿过线框的磁通量越大，该线框中的感应电动势就一定越大C穿过线框的磁通量变化越大，该线框中的感应电动势就一定越大D穿过线框的磁通量的变化率越大，该线框中的感应电动势就一定越大2 如图所示，一个匝数为 n 的正方形线圈，边长为 d，电阻为 r。将其两端a、b 与阻值为 R 的电阻相连接，其他部分电阻不计。在线圈中存在垂直线圈平面向里的磁场区域，磁感应强度 B 随时间 t 均匀增加， 。则 a、b 两点间的电压为（）BktAnd2kBCD2Rnd kRr2rnd kRr2ndk Rr3 如图甲所示，一个圆形线圈的匝数 n100，线圈面积 S200 cm2，线圈的电阻r1，线圈外接一个阻值 R4 的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是()A线圈中的感应电流方向为顺时针方向B电阻 R 两端的电压随时间均匀增大C线圈电阻 r 消耗的功率为 4104 WD前 4 s 内通过 R 的电荷量为 4104 C4 如图所示，一个圆形线圈的匝数n=1000，线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,线圈外接一个阻值R=4的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图所示；求： （1）前4s内的感应电动势（2）前6s内的感应电动势5. 如图所示，水平放置的平行金属导轨相距 l0.50m，左端接一电阻 R2.0，磁感应强度 B2T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面导体棒 ab 垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨电阻忽略不计，ab 棒电阻 r0.50,当 ab 以 v2.0 m/s 的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ab 棒中感应电动势的大小；(2)维持 ab 棒做匀速运动的水平外力 F 的功率大小。6. 当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机速度相同，两者用导电缆绳相连。这种卫星称为绳系卫星，利用它可以进行多种科学实验。现有一绳系卫星在地球赤道上空沿东西方向运行。卫星位于航天飞机的正上方，它与航天飞机之间的距离是 20.5 km，卫星所在位置的地磁场 B4.610-5 T，沿水平方向由南向北。如果航天飞机和卫星的运行速度都是 7.6 km/s，求缆绳中的感应电动势。7. 动圈式扬声器的结构如图所示。线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中，能够在空隙中左右运动。音频电流通进线圈，安培力使线圈左右运动。纸盆与线圈连接，随着线圈振动而发声。这样的扬声器能不能当作话筒使用？也就是说，如果我们对着纸盆说话，扬声器能不能当作话筒使用？也就是说，如果我们对着纸盆说话，扬声器能不能把声音变成相应的电流？为什么？8. 如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕 OO轴匀速转动时，线圈中的感应电动势是否变化？为什么？设线圈的两个边长分别是 l1和 l2，转动时角速度是 ，磁场的磁感应强度为 B。试证明：在图示位置时，线圈中的感应电动势为 EBS，式中 Sl1l2，为线圈面积。9. 如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上 M、N 两点间的电势差 U，就可以知道管中液体的流量 Q：单位时间内流过管道横截面的液体体积。已知管的直径为 d，磁感应强度为 B，试推出 Q 与 U 关系的表达式。假定管中各处液体的流速相同。电磁流量计的管道内没有任何阻碍液体流动的结构，所以常用来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。10. 一长为 l 的导体棒在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕其一端以角速度 在垂直于磁场的平面内匀速转动，求 ab 两端产生的感应电动势。