【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第4章第四节法拉第电磁感应定律

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【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第4章第四节法拉第电磁感应定律
第四节　法拉第电磁感应定律
课标定位
学习目标：1.知道感应电动势、反电动势的概念，了解反电动势的作用．
2．知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量及与磁通量的变化量的区别．
3．理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式,能用它来解答有关问题．
4．知道公式E＝Blvsinθ的推导，理解并会用它解答有关问题．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第四节　法拉第电磁感应定律
课前自主学案
课前自主学案
一、感应电动势
1．在电磁感应现象中产生的电动势叫做________
___，产生感应电动势的那部分导体相当于_____.
2．在电磁感应现象中，既然闭合电路中有_______
_______，这个电路就一定有_________；电路断开时，虽然没有感应电流，但___________依然存在.
二、电磁感应定律
1．定律内容：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_______成正比．
感应电动
势
电源
磁通量
的变化
感应电流
感应电动势
变化率
2．表达式：E＝_______(单匝线圈)，E＝_____(多匝线圈)．
三、导体切割磁感线时的感应电动势
1．导体棒垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图4－4－1.E＝____.
ΔΦ/Δt
Blv
图4－4－1　　　图4－4－2
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θ时，如图4－4－2，E＝_________.
四、反电动势
电机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的_____电源电动势作用的感应电动势．
Blv sinθ
反抗
核心要点突破
物理量 单位 物理意义 计算公式
磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少 Φ＝B·S⊥
物理量 单位 物理意义 计算公式
磁通量的
变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少 ΔΦ＝Φ2－Φ1
磁通量的
变化率 Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
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．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大
C．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
二、对公式E＝Blvsinθ的理解
1．对公式中各量的理解
(1)对θ的理解
当B、l、v三个量方向互相垂直时，θ＝90°，感应电动势最大，当有任意两个量的方向互相平行时，θ＝0°，感应电动势为零．
(2)对l的理解
式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度，如果导线不和磁场垂直， l应是导线在磁场垂直方
向投影的长度，如果切割磁感线的导线是弯曲的，如图4－4－3所示，则应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的弦长．
图4－4－3
(3)对v的理解
①公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生.
②公式E＝Blv一般用于导线各部分切
割磁感线速度相同的情况，若导线各
部分切割磁感线的速度不同，可取其
平均速度求电动势．如图4－4－4所示，
图4－4－4
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．如图4－4－5所示的几种情况中，金属导体中产生的感应电动势为Blv的是(　　)
图4－4－5
A．乙和丁
B．甲、乙、丁
C．甲、乙、丙、丁
D．只有乙
解析：选B.甲、乙、丁中切割磁感线的有效长度均为l，故B对．
三、电磁感应现象中的电路问题
1．分析电路
在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势．若回路闭合，则产生感应电流，感应电流引起热效应等，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查．解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：
(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路．
(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律确定感应电动势的方向．
(3)画等效电路图．分清内外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键．
(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解．
如图4－4－6所示，水平放置
的平行金属导轨相距l＝0.50 m，左
端接一电阻R＝0.20 Ω，磁感应强度
B＝0.40 T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，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求:
课堂互动讲练
E＝Blv的应用和电势高低的判断
例1
图4－4－6
(1)ab棒中感应电动势的大小；
(2)回路中感应电流的大小；
(3)ab棒中哪端电势高；
(4)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
【思路点拨】　这是一个导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题．感应电动势的大小可由公式E＝Blv求出；感应电流的大小可由闭合电路欧姆定律求出；匀速运动时，水平外力的大小应该与安培力的大小相等．
【答案】　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)a端高　(4)0.8 N
【规律总结】　导体切割磁感线产生感应电动势时，切割磁感线的导体可等效于电源，沿其中的电流方向电势升高，即四指指向电势高的一端．
变式训练1　(2010年高考大纲全国卷Ⅰ)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T.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．河北岸的电势较高
B．河南岸的电势较高
C．电压表记录的电压为9 mV
D．电压表记录的电压为5 mV
解析：选AC.由E＝Blv＝(4.5×10－5×100×2)V＝9×10－3V＝9 mV，可知电压表记录的电压为9 mV,选项C正确、D错误；从上往下看，画出水流切割磁感线示意图如图所示，据右手定则可知北岸电势高，选项A正确、B错误．
如图4－4－7所示，两端开
口半径为r的裸导体圆环，右端与
固定电阻相连，左端上架一长度
大于2r的裸导线MN，电路的固定电阻为R，其余电阻忽略不计，圆内有垂直于平面的匀强磁场．如果环内匀强磁场的磁感应强度为B，MN从圆环的左端滑到右端所经过的时间为t，试求这一过程中电阻R上通过的电荷量．
公式E＝nΔΦ/Δt的应用
例2
图4－4－7
如图4－4－8甲所示的螺线管，匝数n＝1500匝，横截面积S＝20 cm2，电阻r＝1.5 Ω，与螺线管串联的外电阻R1＝3.5 Ω，R2＝2.5 Ω，向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化.求：
电磁感应电路的计算
例3
图4－4－8
(1)螺线管产生的感应电动势大小；
(2)通过螺线管的电流大小和方向；
(3)螺线管两端的电压大小，并判断M、P两端的电势高低．
【思路点拨】
【答案】　(1)6 V
(2)0.8 A　M→a→c→b→P→M
(3)4.8 V　M端电势高
【规律总结】　解决电磁感应电路问题时，首先明确哪部分相当于电源，哪部分相当于外电路，然后根据电路知识进行求解．其次要注意等效电源两端的电压是路端电压，不等于电动势．
变式训练2　(2011年邹城高二检测)
如图4－4－9所示，在宽为0.5 m 的
平行导轨上垂直导轨放置一个有效
电阻为r＝0.6 Ω的直导体棒，在导
轨的两端分别连接两个电阻R1＝4 Ω、R2＝6 Ω，其他电阻不计．整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.1 T．当直导体棒在导轨上以v＝6 m/s的速度向右运动时，求：直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小．
图4－4－9
解析：由题意可画出如图所示的电路图，则感应电动势
答案：0.24 V　0.06 A　0.04 A