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1、-同步备课套餐之物理人教版选修3-2讲义：第4章电磁感应 4-第 13 页4法拉第电磁感应定律学习目标1.理解和掌握法拉第电磁感应定律，能够运用法拉第电磁感应定律定量计算感应电动势的大小.2.能够运用EBlv或EBlvsin 计算导体切割磁感线时的感应电动势.3.知道反电动势的定义和在生产中的应用一、电磁感应定律导学探究回顾“探究感应电流的产生条件”中的三个实验，并回答下列问题：(1)如图1所示，将条形磁铁从同一高度插入线圈的实验中，快速插入和缓慢插入有什么相同和不同？指针偏转程度相同吗？图1(2)三个实验中哪些情况下指针偏转角度会大一些？指针偏转大小取决于什么？答案(1)磁通量变化相同，但磁
2、通量变化的快慢不同，快速插入比缓慢插入时指针偏转程度大(2)将条形磁铁插入线圈的实验中，条形磁铁快速插入(或拔出)比缓慢插入(或拔出)时的大，I大，E大，指针偏转程度大导体棒切割磁感线运动实验中，导体棒运动越快，越大，I越大，E越大，指针偏转程度越大模仿法拉第的实验中，开关断开(或闭合)瞬间比开关闭合状态下移动滑动变阻器的滑片时大，I大，E大，指针偏转程度大指针偏转大小取决于的大小知识梳理1法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合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(2)表达式：En，其中n是线圈的匝数2对、与的理解(1)：可形象地用某时刻穿过某个面的磁感线的条数表示BS，S
3、是与B垂直的投影面的面积(2)：某段时间内穿过某个面的磁通量的变化量，21，若只是S变化则BS，若只是B变化，则BS.(3)：穿过某个面的磁通量变化的快慢，若只是S变化则B，若只是B变化则S.即学即用判断下列说法的正误(1)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大()(2)线圈中磁通量的变化量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大()(3)线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大()(4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大()答案(1)(2)(3)(4)二、导线切割磁感线时的感应电动势导学探究如图2所示，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B
4、，ab的长度为l，ab以速度v匀速切割磁感线，利用法拉第电磁感应定律求回路中产生的感应电动势图2答案设在t时间内导体ab由原来的位置运动到a1b1，如图所示，这时闭合电路面积的变化量为Slvt穿过闭合电路磁通量的变化量为BSBlvt根据法拉第电磁感应定律得EBlv.知识梳理导线切割磁感线时产生的感应电动势的大小：(1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图3所示，EBlv.图3(2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为时，如图4所示，EBlvsin .图4即学即用如图5所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是 图5答案甲、乙、丁三、反电动势导学探究(1)电动机
5、的线圈电阻为R，当它正常运转时，两端的电压为U，流过电动机的电流为I，可以用I来计算电动机线圈中的电流吗？为什么？(2)如果电动机机械阻力过大而停止转动，会发生什么情况？应采取什么措施？答案(1)不能由于电动机正常工作时，线圈转动切割磁感线而产生一个反电动势，使线圈两端的电压减小，所以线圈中的电流I0)随时间变化，t0时，P、Q两板电势相等，两板间的距离远小于环的半径，经时间t，电容器P板()图4A不带电B所带电荷量与t成正比C带正电，电荷量是D带负电，电荷量是答案D解析磁感应强度以BB0kt(k0)随时间变化，由法拉第电磁感应定律得：ESkS，而S，经时间t电容器P板所带电荷量QEC；由楞次
6、定律和安培定则知电容器P板带负电，故D选项正确6如图5所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直磁感应强度B随时间均匀增大两圆环半径之比为21，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响下列说法正确的是()图5AEaEb41，感应电流均沿逆时针方向BEaEb41，感应电流均沿顺时针方向CEaEb21，感应电流均沿逆时针方向DEaEb21，感应电流均沿顺时针方向答案B解析由法拉第电磁感应定律得圆环中产生的电动势为Er2，则，由楞次定律可知感应电流的方向均沿顺时针方向，B项对7如图6甲所示，闭合电路由电阻R和阻值为r的环形导体构成，其余电阻不计环形导体所
7、围的面积为S.环形导体位于一垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示在0t0时间内，下列说法正确的是()图6A通过R的电流方向由B指向A，电流大小为B通过R的电流方向由A指向B，电流大小为C通过R的电流方向由B指向A，电流大小为D通过R的电流方向由A指向B，电流大小为答案D解析原磁场增强，根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场反向，垂直纸面向外，再由安培定则可判定环形电流为逆时针方向，通过R的电流方向由A指向B；I.故选D.8如图7所示，边长为a的导线框ABCD处于磁感应强度为B0的匀强磁场中，BC边与磁场右边界重合，现发生以下两个过程：一是仅让线框以垂直于边界的速度
8、v匀速向右运动；二是仅使磁感应强度随时间均匀变化若导线框在上述两个过程中产生的感应电流大小相等，则磁感应强度随时间的变化率为()图7A. B.C. D.答案B解析第一种情况根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，可得：I；同样当磁感应强度随时间均匀变化时，可得：I，联立得：，选项B正确，选项A、C、D错误9如图8所示，闭合开关S，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用时0.2 s，第二次用时0.4 s，并且两次磁铁的起始和终止位置相同，则()图8A第一次线圈中的磁通量变化较快B第一次电流表G的最大偏转角较大C第二次电流表G的最大偏转角较大D若断开开关S，电流表G均不偏转，故两次线圈两端均无感应电动
9、势答案AB解析磁通量变化相同，第一次时间短，则第一次线圈中磁通量变化较快，故A正确；感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率大，感应电动势大，产生的感应电流大，电流表G的最大偏转角大，故B正确，C错误；断开开关，电流表不偏转，知感应电流为零，但感应电动势不为零，故D错误故选A、B.10. 如图9所示，一个金属圆环放在匀强磁场中，将它匀速向右拉出磁场，下列说法中正确的是(不计重力)()图9A环中感应电流的方向是顺时针方向B环中感应电流强度的大小不变C所施加水平拉力的大小不变D若将此环向左拉出磁场，则环中感应电流的方向也是顺时针方向答案AD11. 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转
10、轴垂直于磁场，若线圈所围面积的磁通量随时间变化的规律如图10所示，则OD过程中()图10A线圈中O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O至D时间内的平均感应电动势为0.4 V答案ABD解析由法拉第电磁感应定律En，得即为t图象对应时刻切线的斜率，所以A、B正确，C错误；线圈中O至D时间内的平均感应电动势En1 V0.4 V所以D正确二、非选择题12在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，B0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为l0.4 m，如图11所示，框架上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 的金属杆cd，框架电阻不计若cd杆以恒定加速度a
11、2 m/s2由静止开始做匀变速直线运动，则：图11(1)在5 s内平均感应电动势是多少？(2)第5 s末，回路中的电流多大？(3)第5 s末，作用在cd杆上的水平外力多大？答案(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N解析(1)5 s内的位移xat225 m，5 s内的平均速度5 m/s，(也可用 m/s5 m/s求解)故平均感应电动势EBl0.4 V.(2)第5 s末：vat10 m/s，此时感应电动势：EBlv，则回路电流I A0.8 A.(3)杆做匀加速运动，则FF安ma，即FBIlma0.164 N.13如图12所示，线框用导线组成，cd、ef两边竖直放置且相互平行，导体棒ab水平放置并可沿cd、ef无摩擦滑动，导体棒ab所在处有匀强磁场且B22 T，已知ab长L0.1 m，整个电路总电阻R5 .螺线管匝数n4，螺线管横截面积S0.1 m2.在螺线管内有图示方向磁场B1，若10 T/s均匀增加时，导体棒恰好处于静止状态，试求：(g10 m/s2)图12(1)通过导体棒ab的电流大小；(2)导体棒ab的质量m为多少？答案(1)0.8 A(2)0.016 kg解析(1)螺线管产生的感应电动势：Enn S4100.1 V4 VI0.8 A.(2)ab所受的安培力FB2IL20.80.1 N0.16 N导体棒静止时有Fmg解得m0.016 kg.