法拉第电磁感应定律(2课时)

4.4 法拉第电磁感应定律 导学案（2课时）
编制者：
【学习目标】
　　1、知道感应电动势,及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，并能区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt 。
　　3、理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式。
　　4、通过推导导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv，掌握运用理论知识探究问题的方法。
【学习重点】法拉第电磁感应定律。
【学习难点】感应电流与感应电动势的产生条件的区别。
【学习方法】实验法、归纳法、类比法
【要点导学】
1、问题1：复习提问
在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？
②、在发生电磁感应的情况下，用什么方法可以判定感应电流的方向？
③、既然会判定感应电流的方向，那么，怎样确定感应电流的强弱呢？
2、问题2：如图所示，在螺线管中插入一个条形磁铁，问
①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,该电路中是否有电流 为什么
②、有感应电流,是谁充当电源
③、上图中若电路是断开的，有无感应电流电流？有无感应电动势？
3、感应电动势和感应电流有什么联系？
4、探究影响感应电动势大小的因素
探究实验：
如图所示：①、迅速和缓慢移动导体棒，记录表针的最大摆幅。②、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管，记录表针的最大摆幅。③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片，迅速和缓慢的插入拔出螺线管，分别记录表针的最大摆幅。
在实验中，电流表指针偏转原因是什么？电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系？在实验中，快速和慢速效果有什么相同和不同（从磁通量变化和磁通量变化的快慢来分析）？
实验结论：:电动势的大小与 有关，磁通量的变化越快电动势越 ,磁通量的变化越慢电动势越 。感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关，即与磁通量的 有关.
5、法拉第电磁感应定律
①内容：闭合电路中产生感应电动势的大小跟 成正比。
②法拉第电磁感应定律的表达式： ，其中K= ，E的单位是 。
③若产生感应电动势的电路是一个有n匝的线圈，且穿过每匝线圈的磁感量变化率都相同，则整个线圈产生的感应电动势大小E= 。
4、导线切割磁感线时的感应电动势
①如果运动方向与磁感线垂直，那么导线中感应电动势的大小与 、 和 三者都有关。用公式表示为E= 。
推导过程：（参照课本16页图4.4-1）
②如果导线的运动方向与导线本身是垂直的，但与磁感线方向有一夹角θ，我们可以把速度分解为两个分量，垂直于磁感线的分量v1= ，另一个平行于磁感线的分量不切割磁感线，感应电动势为 。所以这种情况下的感应电动势为E= 。
5、关于电动机的反电动势问题。
①电动机只有在 时才会出现反电动势（线圈转动切割磁感线产生感应电动势），线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定 ，所以称为反电动势。有了反电动势电动机才可能把 能转化为 能。
②电动机启动时或者因负荷过大停止转动，线圈中电流就会 ，可能烧毁电动机线圈。
【典型例题】
例1、法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大小 （ ）
A、跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B、跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D、跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
问题：磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率这三个概念的区别？
例2 、如图所示，边长为0.1m正方形线圈ABCD在大小为0.5T的匀强磁场中以AD边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1s线圈转了90°，求：
（1）线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。
（2）线圈在1s末时的感应电动势大小。
例3、矩形线圈abcd，长ab=20cm ,宽bc=10cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如图所示，求：
（1）线圈回路的感应电动势。
（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。
第2课时 法拉第电磁感应定律的应用
例4、如图所示abcd是一个固定的U形金属框架，ab和cd边都很长，bc边长为L，框架的电阻可不计，ef是放置在框架上与bc平行导体杆，它可在框架上自由滑动（摩擦可忽略）。它的电阻为R，现沿垂直于框架平面的方向加一恒定的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。已知当以恒力F向右拉导体杆ef时，导体杆最后匀速滑动，求匀速滑动时的速度。
【当堂检测】
（A级）1、一个200匝、面积200cm2的圆线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是 ，磁通量的变化率是 ，线圈中感应电动势的大小是 。
（A级）2、一导体棒长为40cm，在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中做切割磁感线运动，速度为5m/s，棒在运动中能产生的最大感应电动势为 V。
（A级）3、关于电磁感应，下列说法中正确的是（ ）
　A、导体相对磁场运动，一定会产生电流
B、导体切割磁感线，一定会产生电流
C、闭合电路切割磁感线就会产生电流
D、穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定会产生感应电动势
（B级）4、如图4-4-5所示，在竖直向下的匀强磁场中，将水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，不计下落过程的空气阻力，则棒在运动过程中产生的感应电动势大小的变化是( )
A、越来越大
B、越来越小
C、保持不变
D、无法判断
（B级）5、穿过一个单匝线圈的磁通量，始终为每秒钟均匀地增加2Wb，则（ ）
　　A、线圈中的感应电动势每秒钟增加2V
B、线圈中的感应电动势每秒钟减少2V
　　C、线圈中的感应电动势始终为2V
D、线圈中不产生感应电动势
（B级）6、如图4-4-6所示，让线圈abcd从高为h处下落后，进入匀强磁场，从cd边开始进入磁场，到ab边刚进入磁场的这一段时间内，在下列几种表示线圈运动的v-t图象中，不可能的是（ ）
（B级）7、有一个1000匝的线圈，在0.4秒内穿过它的磁通量从0.02Wb增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势的平均值。如果线圈的电阻是10Ω，把它跟一个电阻为990Ω的电热器串联组成闭合电路时，通过电热器的电流的平均值多大？
（B级）8、如图4-4-7所示，正方形单匝线圈处于匀强磁场中，磁感线垂直穿过线圈平面，线圈每边长20cm，若磁场的磁感应强度在△t1=0.1s内由0.1T均匀增加到0.4T，并在紧接着的△t2=0.25s的时间内由0.4T均匀增加到1.6T，则在△t1的时间内线框中的感应电动势的大小是多少伏？在△t2时间内，感应电动势的大小又是多少伏？在（△t1+△t2）时间内，感应电动势的平均值是多少伏？
（B级）9、如图4-4-8所示的矩形线圈在匀强磁场中绕OOˊ轴转动时，线圈中是否有感应电动势？为什么？设线圈的两个边长分别为L1和 L2,转动角速度为ω，磁场的磁感应强度为B。试证明：在图示的位置时，线圈中的感应电动势为E=BSω，其中S为线圈的面积,S=L1L2 。
　
（B级）10、如图4-4-9所示，在匀强磁场（B=0.2T）中，电阻为0.5Ω的金属杆以速度v=5m/s匀速向右平移，R=1.5Ω，导轨间距L=0.2m且光滑并电阻不计，则电阻R两端的电压是多少伏？
（C级）11、电磁流量计如图4-4-10所示,用非磁性材料做成的圆管道,外加一匀强磁场.当管道中导电液体流过此区域时,测出管壁上一直径两端a、b两点间的电动势为E,就可知道管中液体的流量Q,即单位时间内流过管道横截面的液体体积(m3／s).已知管道直径为D,磁场的磁感应强度为B,试推导Q的表达式。