2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第一章第四节

(共59张PPT)
第四节 法拉第电磁感应定律
课标定位
学习目标：
1.理解感应电动势的概念．
2.理解和掌握确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律．并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．
3.能够运用E＝BLv或E＝BLvsinθ计算导体切割磁感线时的感应电动势．
重点难点：
第四节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、感应电动势
在___________现象中产生的电动势叫做感应电动势、产生感应电动势的那部分导体就相当于_______．
电磁感应
电源
思考感悟
1．在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流，这句话对吗？为什么？
提示：不对，不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势．有感应电动势不一定存在感应电流(要看电路是否闭合)，有感应电流一定存在感应电动势．
二、影响感应电动势大小的因素
1．实验探究
(1)猜想与假设：
由于感应电流的产生与磁通量的变化有关，因此猜想感应电动势可能与______________有关，同时还可能与完成磁通量变化所用________有关．
磁通量的变化
时间
图1－4－1
(2)方案设计：
由于感应电动势可能与多个因素有关，因此应利用____________法分别改变磁通量的大小和磁通量变化所用的时间．
控制变量
(3)实验探究：
保证磁通量变化所用时间相同，分别将一根条形磁铁和两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度．
保证磁通量的变化相同，将一根条形磁铁快速或慢速插入螺线管，比较灵敏电流计的指针偏转的角度．
(4)实验现象：
用两根条形磁铁快速插入螺线管或拔出螺线管，比用一根时灵敏电流计的指针偏转的角度_____；将条形磁铁快速插入螺线管比慢速插入螺线管，灵敏电流计的指针偏转的角度_______ ．
(5)实验结论：
感应电动势的大小与磁通量变化的_______ (磁通量的变化率)有关．
大
大
快慢
2．磁通量的变化率
(1)定义：磁通量的_________跟产生这个变化所用时间的比值．
(2)表达式：磁通量的变化率表示为________ ，单位：_________.
(3)物理意义：表示磁通量变化______的物理量．
变化量
Wb/s
快慢
三、法拉第电磁感应定律
1．内容：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．
2．表达式：(1)在国际单位制中，感应电动势E的单位是伏特(V)，Φ的单位是韦伯(Wb)，t的单位是秒(s)，公式为E＝_______.
变化率
(2)若闭合电路有n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都________，由于n匝线圈可以看做是由n个单匝线圈串联而成，因此，整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍，即E＝________.
相同
思考感悟
3．闭合电路置于磁场中，电路所在平面与磁场方向垂直，那么，当磁感应强度很大时，感应电动势可能为零吗？当磁感应强度为零时，感应电动势可能很大吗？
提示：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率而不是磁通量的大小．所以，以上两种情况均有可能．
四、感应电动势的另一种表述
1．磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时，如图1－4－2所示，E＝________.
BLv
图1－4－2
2．导体棒与磁场方向垂直，导体棒运动方向与导体本身垂直，但与磁场方向夹角为θ时，如图1－4－3所示，E＝____________.
BLvsinθ
图1－4－3
核心要点突破
一、Φ、ΔΦ、 的比较
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)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
图1－4－4
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.如图1－4－5所示，半径为r的金属圆环，其电阻为R，绕通过某直径的轴OO′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B.从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，求金属圆环由图示位置分别转过30°角和由30°角转到330°角的过程中，金属圆环中产生的感应电动势分别是多大？
图1－4－5
三、公式E＝n 与E＝BLvsinθ的对比理解
E＝n E＝BLvsinθ
区
别 求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应 求的是Δt时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应
求的是整个回路的感应电动势．整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零 求的是回路中一部分导体切割磁感线时产生的感应电动势
E＝n E＝BLvsinθ
区别 由于是整个回路的感应电动势，因此电源部分不容易确定 由于是一部分导体切割磁感线的运动产生的感应电动势，该部分就相当于电源
联
系 公式E＝n和E＝BLvsinθ是统一的，当Δt→0时，E为瞬时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，现在还不能这样求瞬时感应电动势，而公式E＝BLvsinθ中的v若代入，则求出的E为平均感应电动势
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3. (单选)如图1－4－6所示，空间内存在一竖直向上的匀强磁场，一金属棒ab垂直于磁场方向水平抛出，有关其感应电动势的大小和两端电势的高低，以下说法中正确的是(　　)
图1－4－6
A．运动过程中感应电动势的大小不变，φa>φb
B．运动过程中感应电动势的大小不变，φa<φb
C．由于速率不断增大，所以感应电动势变大，φa>φb
D．由于速率不断增大，所以感应电动势变大，φa<φb
解析：选A.因为水平方向的速度没有改变，竖直方向的速度虽然在增大，但只有水平方向的速度能产生感应电动势，故运动过程中感应电动势的大小不变，又由右手定则可判断a端电势高，故A正确．
四、电磁感应现象中的电路问题
1．分析思路
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．
特别提醒：
(1)求解电路问题首先要找出电源，确定内电路和外电路，解题时不能忽略内阻．
(2)求解电路中通过的电荷量，一定要用平均电动势和平均电流计算．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4．如图1－4－7甲所示，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的圆形区域内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乙所示．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
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；
(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量．
图1－4－7
课堂互动讲练
法拉第电磁感应定律的应用
(单选)如图1－4－8所示，圆环a和b的半径之比R1∶R2＝2∶1，且粗细相同，由同样材料的导线构成，连接两环的导线电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中两种情况下，A、B两点的电势差之比为(　　)
例1
A．1∶1　　　　　　　　
B．2∶1
C．3∶1
D．4∶1
【思路点拨】　解决本题应确定圆环a和b谁在磁场中，谁产生了感应电动势而作为电源，分清内外电路，以便利用闭合电路欧姆定律解决问题．
图1－4－8
【精讲精析】　要求A、B两点的电势差之比，实际是求题述两种情况下外电路电压之比，即：
设b环的面积为S，由题可知a环的面积为4S，若b环的电阻为R，则a环的电阻为2R.
当a环置于磁场中时，a环等效为内电路，b环等效为外电路，A、B两端的电压为路端电压，根据法拉第电磁感应定律
【答案】　B
【方法总结】　(1)感应电动势的方向：在内电路中，电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极，跟内电路的电流方向一致．产生感应电动势的那部分电路就是电源，用右手定则或楞次定律所判定的感应电流方向，就是电源内部的电流方向，所以此电流方向就是感应电动势的方向．判断出感应电动势方向后，进而可判定电路中各点电势的高低．
(2)感应电流的大小与E和回路总电阻(R＋r)有关．对于这一部分内容，要善于把它们和前面“恒定电流”的知识联系起来，找出相当于电源的内电路，画出含有内电路、外电路的等效电路图，把电磁感应问题转化为电路问题．
导体切割磁感线产生的感应电动势
如图1－4－9所示，有一半径为R的圆形匀强磁场区域，磁感应强度为B，一条足够长的直导线以速度v进入磁场，则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中，求
(1)感应电动势的最大值为多少？
(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何？
(3)从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感应电动势为多少？
例2
图1－4－9
【精讲精析】　(1)由E＝Blv可知，当导体切割磁感线的有效长度l最大时，E最大，又l最大为2R，所以感应电动势的最大值E＝2BRv.
电磁感应中的电路问题
把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，如图1－4－10所示．一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当棒以恒定速度v向右移动，经过圆心O时，求：金属棒上电流的大小及棒两端的电压．
例3
图1－4－10
【思路点拨】　首先要明确其等效电路，可知棒两端的电压为闭合回路的外电压．求出感应电动势后，由闭合电路欧姆定律即可求棒上的电流和棒两端的电压．
变式训练　(单选)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图1－4－11所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是(　　)
图1－4－11
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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