课件57张PPT。人教版·选修3-201课前新知预习 02课堂师生共研【金版教程】2015-2016学年高中物理 第四章 第4节 法拉第电磁感应定律课后提升考能 新人教版选修3-2
知识点
基础
中档
稍难
法拉第电磁感应定律理解
1
11
法拉第电磁感应定律应用
2、3、5、6
E＝Blv的应用
4
8
法拉第电磁感应与电学问题
7、12
左、右手定则
9
二次感应
10
1.闭合的金属环处于随时间均匀变化的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环平面，则( )
A．环中产生的感应电动势均匀变化
B．环中产生的感应电流均匀变化
C．环中产生的感应电动势保持不变
D．环上某一小段导体所受的安培力保持不变
答案 C
解析 磁场均匀变化，也就是说＝k，根据感应电动势的定义式，E＝＝＝kS，其中k是一个常量，所以圆环中产生的感应电动势的数值是一个常量，故A、B错误，C正确；由F＝BIL知，I不变，B增大，故安培力增大，故D错误。
2. [2014·盐城高二检测](多选)一个面积S＝4×10－2 m2的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是( )
A．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率大小等于0.08 Wb/s
B．在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C．在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势大小等于0.08 V
D．在第3 s末线圈中的感应电动势等于零
答案 AC
解析 0～2 s内，ΔB＝4 T，ΔΦ＝ΔB·S＝1.6×10－1 Wb，所以E＝＝0.08 V，故A、C正确，B错误。3 s末线圈的磁通量为零，但其变化率不为零，所以感应电动势不等于零，故D错误。
3．(多选)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5 T。一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过。设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s。下列说法正确的是( )
A．电压表记录的电压为5 mV
B．电压表记录的电压为9 mV
C．河南岸的电势较高
D．河北岸的电势较高
答案 BD
解析 海水在落潮时自西向东流，该过程可以理解为：自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁感线。根据右手定则可判断出北岸是正极，电势高，南岸电势低，所以D正确C错。E＝Blv＝4.5×10－5×100×2 V＝9×10－3 V，所以B正确，A错。
4．如图所示，MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好。磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面。设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60°，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，则流过金属棒中的电流为( )
A．I＝ B．I＝
C．I＝ D．I＝
答案 B
解析 解答本题可按以下思路分析：
公式E＝BLv适用于B、L、v三者互相垂直的情况，本题B与L，B与v是相互垂直的，但L与v不垂直，故取L垂直于v的长度Lsinθ，即有效切割长度，所以E＝BLvsin60°＝BLv，由欧姆定律I＝得I＝，故B正确。
5．一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直。先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍。接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半。先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为( )
A. B．1
C．2 D．4
答案 B
解析 线框位于匀强磁场中，磁通量发生均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小。
根据法拉第电磁感应定律E＝n，设线框匝数为n，面积为S0，初始时刻磁感应强度为B0，则第一种情况下的感应电动势为E1＝n＝nB0S0；第二种情况下的感应电动势为E2＝n＝nB0S0，所以两种情况下线框中的感应电动势相等，比值为1，故选项B正确。
6．如图所示，一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v，在水平U型框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B，回路电阻为R0，半圆形硬导体AB的电阻为r，其余电阻不计，则半圆形导体AB切割磁感线产生感应电动势的大小及AB之间的电势差分别为( )
A．BLv； B．2BLv；BLv
C．2BLv； D．BLv；2BLv
答案 C
解析 半圆形导体AB切割磁感线的有效长度为2L，对应的电动势为E＝2BLv，AB间的电势差UAB＝R0＝，故C正确。
7. (多选)如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面的、电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中( )
A．导体框中产生的感应电流方向相同
B．导体框中产生的焦耳热相同
C．导体框ad边两端电势差相同
D．通过导体框截面的电量相同
答案 AD
解析 由楞次定律，从两个方向移出磁场过程中感应电流方向都是a→d→c→b→a，A项正确；以v拉出磁场时，cd边等效为电源E1＝Blv，I1＝＝，t＝，
所以产生的焦耳热Q1＝IRt＝，
ad边电势差Uad＝I1×＝
通过的电量q1＝I1t＝
以3v拉出磁场时，ad边等效为电源
Q2＝，
Uad＝，q2＝，
故B、C错，D对。
8. 如图半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)( )
A．由c到d，I＝Br2ω/R
B．由d到c，I＝Br2ω/R
C．由c到d，I＝Br2ω/(2R)
D．由d到c，I＝Br2ω/(2R)
答案 D
解析 金属圆盘在匀强磁场中匀速转动，可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动，其产生的感应电动势大小为E＝Br2ω/2，由右手定则可知其方向由外指向圆心，故通过电阻R的电流I＝Br2ω/(2R)，方向由d到c，故选D项。
9. (多选)如图所示，两水平放置的平行金属板M、N放在匀强磁场中，导线ab贴着M、N边缘以速度v向右匀速滑动，当一带电粒子以水平速度v0射入两板间后，能保持匀速直线运动，该带电粒子可能( )
A．带正电，速度方向向左
B．带负电，速度方向向左
C．带正电，速度方向向右
D．带负电，速度方向向右
答案 CD
解析 导线ab向右匀速运动，根据右手定则a点电势高，M板带上正电，N板带上负电，M、N板间电场方向向下，电荷在电场中，正电荷受电场力方向向下，负电荷受电场力方向向上，带电粒子要做匀速直线运动，正电荷受洛伦兹力方向必须向上，而负电荷受洛伦兹力方向必须向下，根据左手定则，正电荷速度方向必须向右，负电荷速度方向也必须向右，才符合题意。
10．[2015·德州高二检测](多选)如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大线圈M相连，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置)( )
A．向右匀速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向右加速运动
答案 BC
解析 欲使N产生顺时针方向的感应电流，则感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里，由楞次定律可知有两种情况：一是M中有顺时针方向逐渐减小的电流，使其在N中的磁场方向向里，且磁通量在减小；二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流，使其在N中的磁场方向向外，且磁通量在增大。因此，对于前者，应使ab减速向右运动；对于后者，则应使ab加速向左运动，故应选B、C。(注意匀速运动只能产生恒定电流；匀变速运动产生均匀变化的电流)。
11．[2015·青岛高二检测]有一个100匝的线圈，横截面是边长为L＝0.2 m的正方形，其左半部分放在初始磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中如图1，线圈平面与磁场垂直，若磁感应强度的变化如图2所示，则在前5 s内穿过线圈的磁通量改变了多少？磁通量的变化率是多少？线圈的感应电动势是多少？
答案 0.01 Wb 0.002 Wb/s 0.2 V
解析 线框的有效面积为
S0＝＝ m2＝0.02 m2
ΔΦ＝ΔB·S＝0.5×0.02 Wb＝0.01 Wb
由磁通量的变化率＝＝0.002 Wb/s。
由E＝n＝100×0.002 V＝0.2 V
12．[2015·杭州高二检测]在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n＝1500匝，横截面积S＝20 cm2。螺线管导线电阻r＝1.0 Ω，R1＝4.0 Ω，R2＝5.0 Ω，C＝30 μF。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。
(1)求螺线管中产生的感应电动势；
(2)闭合S，电路中的电流稳定后，求电阻R1的电功率；
(3)S断开后，求流经R2的电荷量。
答案 (1)1.2 V (2)5.76×10－2 W (3)1.8×10－5 C
解析 (1)根据法拉第电磁感应定律E＝＝n·S得E＝1500×20×10－4× V＝1.2 V。
(2)根据闭合电路欧姆定律
I＝＝0.12 A，
由P＝I2R1得P＝5.76×10－2 W。
(3)S断开后，流经R2的电量即为S闭合时C板上所带的电量Q，电容器两端的电压U＝IR2＝0.6 V，
流经R2的电荷量Q＝CU＝1.8×10－5 C。
【金版教程】2015-2016学年高中物理 第四章 第4节 法拉第电磁感应定律随堂对点练 新人教版选修3-2
知识点一 法拉第电磁感应定律的理解和应用
1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( )
A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关
B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同
答案 C
解析 由法拉第电磁感应定律知：E＝n，可见感应电动势的大小与线圈的匝数有关，A错误；感应电动势的大小取决于磁通量的变化快慢，而与磁通量的大小无关，B错误，C正确；感应电流产生的磁场阻碍原磁场的变化，当原磁场增强时，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，D错误。
2．[2014·南京一模]一种早期发电机原理示意图如图所示，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，线圈圆心为O点。在磁极绕转轴匀速转动的过程中，当磁极与O点在同一条直线上时，穿过线圈的( )
A．磁通量最大，磁通量变化率最大
B．磁通量最大，磁通量变化率最小
C．磁通量最小，磁通量变化率最大
D．磁通量最小，磁通量变化率最小
答案 B
解析 在磁极绕转轴匀速转动的过程中，当磁极与O点在同一条直线上时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，选项B正确。
3．如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时( )
A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生
B．整个环中有顺时针方向的电流
C．整个环中有逆时针方向的电流
D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流
答案 D
解析 解法一：导体ef将圆环分成两部分，导体向右移动时，右边的磁通量减小，左边的磁通量增加，根据楞次定律，左边感应电流的磁场方向向里，右边感应电流的磁场方向向外，由安培定则可判断出左边电流沿顺时针方向，右边电流沿逆时针方向，故D正确。
解法二：导体ef切割磁感线，相当于电源，圆形导体环两侧相当于外电路，由右手定则，可确定电流由e→f，所以左边电流沿顺时针方向，右边电流沿逆时针方向，故D正确。
知识点二 E＝Blv的应用
4．如图所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻忽略不计。MN为放在ab和cd上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R。整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)。现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动，令U表示MN两端电压的大小，则( )
A．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由b到d
B．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由d到b
C．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由b到d
D．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由d到b
答案 A
解析 导体杆向右做匀速直线运动产生的感应电动势为Blv，R和导体杆形成一串联电路，由分压原理得U＝·R＝Blv，由右手定则可判断出感应电流方向由N―→M―→b―→d―→N，故A选项正确。
5．如图所示，粗细均匀、电阻为r的金属圆环，放在图示的匀强磁场中，磁感应强度为B，圆环直径为l；长为l、电阻为的金属棒ab放在圆环上，以v0向左运动，当ab棒运动到图示虚线位置时，金属棒两端的电势差为( )
A．0 B．Blv0
C. D.
答案 D
解析 切割磁感线的金属棒ab相当于电源，其电阻相当于电源内阻，当运动到虚线位置时，两个半圆金属环相当于并联，可画出如图所示的等效电路图。R外＝R并＝，I＝＝＝。金属棒两端电势差相当于路端电压Uab＝IR外＝×＝Blv0，故D正确。
知识点三 电磁感应与电路综合问题
6．如图所示，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率＝k。用电阻率为ρ、横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框。将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中。求：
(1)导线中感应电流的大小；
(2)磁场对方框作用力的大小随时间的变化率。
答案 (1) (2)
解析 根据法拉第电磁感应定律可求出线框中产生的感应电动势，再根据电阻定律可求出线框的电阻，最后根据闭合电路欧姆定律即可求出导线中电流的大小。
(1)线框中产生的感应电动势
E＝＝＝l2k①
在线框产生的感应电流I＝②
R＝ρ③
联立①②③得I＝。
(2)导线框所受磁场力的大小为F＝BIl，它随时间的变化率为＝Il，由以上几式联立可得＝。
