2019-2020学年人教版选修3-2 4.4法拉第电磁感应定律 学案

第1讲：法拉第电磁感应定律（教师版）
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
1、掌握楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流方向。
2、掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。
3、知道磁通量的变化率的意义，并能区别。
4、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
5、会用解决问题。

一、电磁感应现象
1．产生感应电流的条件
穿过闭合电路的磁通量发生变化。
2．产生感应电动势的条件
无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势产生，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
3．电磁感应现象的实质
产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流；电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。
二、感应电流方向的判定
1．右手定则
(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从手心垂直进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
(2)适用范围：适用于判断闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
2．楞次定律
(1)内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(2)适用情况：所有电磁感应现象。
三、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：（单匝线圈）；（n匝线圈）
题目类型:磁通量的计算
例1. 如图所示，在磁感应强度为 B的匀强磁场中有一面积为S的矩形线圈abcd，垂直于磁场方向放置，现使线圈以ab边为轴转180°，此过程磁通量的变化（ ）
A．0　　　　 　　　　　　　B．2BS
C．2BScos θ D．2BSsin θ
解析：由于 ，磁感应强度B为矢量，有方向，所以磁通量
也有方向性，开始的磁通量为BS，旋转180度以后，磁通量为-BS，所以
磁通量的变化为2BS.
答案：B
题目类型:楞次定律的应用
例2.如图所示，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时，下列说法正确的是( )
A．p、q将互相靠拢 B．p、q将互相远离
C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度大于g
解析：根据楞次定律，磁体向下运动，穿过闭合回路的磁通量不断增大，感应电流的磁场一定阻碍磁通量的增加，所以线框的面积会渐渐变小。根据“来拒去留”原理，线圈对磁铁有向上的作用力。
答案：A
例3.某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流表的感应电流方向是( )
A．a→G→b
B．先a→G→b，后b→G→a
C．b→G→a
D．先b→G→a，后a→G→b
解析：先由楞次定律判断出回路中感应电流的磁场方向，然后再由安培定则判断感应电流的方向。
答案：D
例4.如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是( )
A．向右匀加速运动　　 　　B．向左匀加速运动
C．向右匀减速运动 D．向左匀减速运动
解析：
答案：BC
题目类型: 的应用
例5.如图(a)所示，一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路．线圈的半径为r1, 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0. 导线的电阻不计．求0至t1时间内：
　
(a)　 　　　　　　　　(b)
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；
(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量．
解析：（1)穿过闭合线圈的磁场的面积为S＝πr由题图(b)可知，磁感应强度B的变化率的大小为
＝
根据法拉第电磁感应定律得：E＝n＝nS＝
由闭合电路欧姆定律可知流过电阻R1的电流为：
I＝＝
再根据楞次定律可以判断，流过电阻R1的电流方向应由b到a
(2)0至t1时间内通过电阻R1的电荷量为
q＝It1＝
电阻R1上产生的热量为Q＝I2R1t1＝
答案　(1)　方向从b到a (2)　
　 例6.如图甲所示，边长为L、质量为m、总电阻为R的正方形导线框静置于光滑水平面上，处于与水平面垂直的匀强磁场中，匀强磁场磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示．求：
甲　　　　　　　　乙
(1)在t＝0到t＝t0时间内，通过导线框的感应电流大小；
(2)在t＝时刻，ab边所受磁场作用力大小；
(3)在t＝0到t＝t0时间内，导线框中电流做的功．
解析　(1)由法拉第电磁感应定律得，导线框的感应电动势
E＝＝
通过导线框的感应电流大小：I＝＝
(2)t＝时刻，ab边所受磁场作用力大小：F＝BIL F＝
(3)在t＝0到t＝t0时间内，导线框中电流做的功：W＝I2Rt0＝.
答案　(1)　(2)　(3)
基础演练
1．关于感应电流，下列说法中正确的有( )
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生
C．线框不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也不会有感应电流
D．只要电路的一部分导体做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流
答案：C
2．如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直面内有一根通电直导线ef，且ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量将( )
A．逐渐变大 B．逐渐减小
C．始终为零 D．不为零，但始终保持不变
答案：C
3．物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后。将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是( )
A．线圈接在了直流电源上 B．电源电压过高
C．所选线圈的匝数过多 D．所用套环的材料与老师的不同
答案：D
4．如图所示，在水平放置的光滑绝缘杆ab上，挂有两个金属环M和N，两环套在一个通电密绕长螺线管的中部，螺线管中部区域的管外磁场可以忽略，当变阻器的滑动触头向左移动时，两环将怎样运动(　　)
A．两环一起向左移动 B．两环一起向右移动
C．两环互相靠近 D．两环互相离开
答案：C
5．如图所示，A、B都是很轻的铝环，分别吊在绝缘细杆的两端，杆可绕竖直轴在水平面内转动，环A是闭合的，环B是断开的．若用磁铁分别靠近这两个圆环，则下面说法正确的是(　　)
A．图中磁铁N极接近A环时，A环被吸引，而后被推开
B．图中磁铁N极远离A环时，A环被排斥，而后随磁铁运动
C．用磁铁N极接近B环时，B环被推斥，远离磁铁运动
D．用磁铁的任意一磁极接近A环时，A环均被排斥
答案：D
6．如图所示，在长直载流导线MN附近有一个矩形闭合线圈ABCD，线圈与导线在同一个平面内．某时刻，线圈中产生了A→B→C→D→A方向的电流，则可能的情况是(　　)
A．线圈ABCD沿MN方向向下平移
B．线圈ABCD以导线MN为轴绕MN转动
C．MN中由M到N方向的电流在减小
D．MN中电流恒定，方向由M到N，且正从AB左侧向AB靠近
答案：C
7．在图(1)中，G为指针在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况．今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图(2)中的条形磁铁的运动方向是________；图(3)中电流计的指针从中央向________偏转；图(4)中的条形磁铁上端为________极．
答案：向下 右 N
8．为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端；当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。
(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)。
(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)。
答案：(1)顺时针　(2)逆时针
9.穿过一个单匝线圈的磁通量始终为每秒均匀地增加2 Wb，则(　　)
A．线圈中的感应电动势每秒增加2 V B．线圈中的感应电动势每秒减小2 V
C．线圈中的感应电动势始终为2 V D．线圈中不产生感应电动势
答案：C
10．穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系，如图所示，在下列几段时间内，线圈中感应电动势最小的是(　　)
A．0～2s B．2s～4s
C．4s～5s D．5s～10s
答案：D
巩固提高
1．如图所示，一个半球壳放在匀强磁场中，磁感线的方向与半球底面垂直，设半球壳表面积为S1，底面积为S2，半球面上的磁通密度为B1，底面处的磁通密度为B2，穿过它们的磁通量分别为Φ1和Φ2，则下列说法中正确的是( )
A．由于Φ1＝Φ2，且S1＞S2，所以B1＜B2
B．由于B1＝B2，且S1＞S2，所以Φ1＞Φ2
C．Φ1＝Φ2，B1＝B2
D．因为半球面是一曲面，无法判断上述结论是否正确
答案：C
2．如图所示，固定的水平长直导线中通有直流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程中( )
A．穿过线框的磁通量保持不变 B．线框中感应电流方向保持不变
C．线框所受安培力的合力为零 D．线框的机械能不断增大
答案：B
3．直导线ab放在如图所示的水平导体框架上，构成一个闭合回路。长直导线cd和框架处在同一个平面内，且cd和ab平行，当cd中通有电流时，发现ab向左滑动。关于cd中的电流下列说法正确的是( )
A．电流肯定在增大，不论电流是什么方向 B．电流肯定在减小，不论电流是什么方向
C．电流大小恒定，方向由c到d D．电流大小恒定，方向由d到c
答案：B
4.如图所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行．当电键S接通瞬间，两铜环的运动情况是(　　)
A．同时向两侧推开
B．同时向螺线管靠拢
C．一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断
D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，因电源正负极未知，无法具体判断
答案：A
5．如图所示，下列几种运动中，可使线圈A中产生感应电流的是(　　)
A．ab杆向右匀速运动
B．ab杆向右匀加速运动
C．ab杆向右匀减速运动
D．ab杆由静止开始向右运动的瞬间
答案：BCD
6．如图所示，两个闭合圆形线圈A，B的圆心重合，放在同一个水平面内，线圈B中通以如图所示的交变电流，设t＝0时电流沿逆时针方向(图中箭头所示)．对于线圈A在0～t1时间内的下列说法中正确的是(　　)
A．有顺时针方向的电流，且有扩张的趋势
B．有顺时针方向的电流，且有收缩的趋势
C．有逆时针方向的电流，且有扩张的趋势
D．有逆时针方向的电流，且有收缩的趋势
答案：C
7．如图所示，一对大磁极，中间处可视为匀强磁场，上、下边缘处为非匀强磁场．一矩形导线框abcd保持水平，从两磁极间中心上方某处开始下落，并穿过磁场(　　)
A．线框中有感应电流，方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→d
B．线框中有感应电流，方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→a
C．受磁场的作用，线框要发生转动
D．线框中始终没有感应电流
答案：D
8．如图所示，在螺线管输入端MN间输入如图乙所示的正弦交流电，P为圆形闭合导线圈，则在A、B、C、D、E五个点对应的时刻中能使P受力向左的点是________；受力向右的点是________；不受力的点是________．
答案：E； D； ABC
9．如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置．
(1)将图中所缺的导线补接完整．
(2)在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，那么合上开关后(　　)
A．将原线圈迅速插入副线圈时，电流计指针向右偏转一下
B．将原线圈插入副线圈后，电流计指针一直偏在零点左侧
C．将原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电流计指针向右偏转一下
D．将原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电流计指针向左偏转一下
答案：（1）略 （2）AD
10如图甲，100匝的线圈，横截面积是0.1m2，线圈两端A、B与一个理想电压表相连．线圈中有垂直纸面向里的磁场，磁场的磁感应强度按图乙规律变化，则(　　)
A．电压表的示数是2V B．电压表的示数是2.5V
C．A点电势高于B点 D．B点电势高于A点
答案：AC
11．如图所示，矩形线圈在0.01s内由原始位置Ⅰ转落至位置Ⅱ.已知ad＝5×10－2m，ab＝20×10－2m，匀强磁场的磁感应强度B＝2T，R1＝R3＝1Ω，R2＝R4＝3Ω.求：
(1)平均感应电动势；
(2)转落时，通过各电阻的平均电流．(线圈的电阻忽略不计)
答案：(1)1V　(2)0.25A
1．根据楞次定律知感应电流的磁场一定是( )
A．阻碍引起感应电流的磁通量 B．与引起感应电流的磁场反向
C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化 D．与引起感应电流的磁场方向相同
答案：C
2．关于产生感应电流的条件，以下说法中正确的是(　　)
A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流
B．闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流
C．穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流
D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流
答案：D
3．下图中能产生感应电流的是(　　)
答案：　B
4.如图所示的金属圆环放在匀强磁场中，将它从磁场中匀速拉出来，下列说法正确的是(　　)
A．向左拉出和向右拉出，其感应电流方向相反
B．不管从什么方向拉出，金属圆环中的感应电流方向总是顺时针
C．不管从什么方向拉出，环中的感应电流方向总是逆时针
D．在此过程中感应电流大小不变
答案：　B
5.如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的方向是(　　)
A．a→b→c→d→a
B．d→c→b→a→d
C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a
D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d
答案：B
6.在一根较长的铁钉上，用漆包线绕上两个线圈A、B，将线圈B的两端接在一起，并把CD段直漆包线沿南北方向放置在静止的小磁针的上方，如图所示．下列判断正确的是(　　)
A．开关闭合时，小磁针不发生转动
B．开关闭合时，小磁针的N极垂直纸面向里转动
C．开关断开时，小磁针的N极垂直纸面向里转动
D．开关断开时，小磁针的N极垂直纸面向外转动
答案：C
7．在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图所示．它们是：①电流表；②直流电源；③带铁芯的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱)．
(1)试按实验的要求在实物图上连接(图中已连好一根导线)．
(2)若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在开关刚刚闭合时电流表指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，电流表指针将____________(填“左偏”“右偏”或“不偏”)．
答案：（1）略 （2）左偏
8．如图所示，将一半径为r的金属圆环在垂直于环面的磁感应强度为B的匀强磁场中用力握中间成“8”字型，并使上、下两圆半径相等．如果环的电阻为R，则此过程中流过环的电荷量为(　　)
A. B. C．0 D.
答案：B
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________