法拉第電磁感應(yīng)定律(賦能課—精細(xì)培優(yōu)科學(xué)思維)第2節(jié)課標(biāo)要求學(xué)習(xí)目標(biāo)通過實驗,理解法拉第電磁感應(yīng)定律。1.理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容。2.能夠運用法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的大小。3.能夠分析和計算部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。4.知道導(dǎo)線切割磁感線,通過克服安培力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。1課前預(yù)知教材/落實主干基礎(chǔ)2課堂精析重難/深度發(fā)掘知能3課時跟蹤檢測CONTENTS目錄課前預(yù)知教材/落實主干基礎(chǔ)一、電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動勢:在____________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。2.感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系(1)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于_____。(2)電路中有感應(yīng)電流,就一定有感應(yīng)電動勢。(3)如果電路沒有閉合,這時雖然沒有感應(yīng)_____,感應(yīng)_______依然存在。電磁感應(yīng)電源電流電動勢

變化率

BlvΔtBlv2.不垂直切割:如果導(dǎo)線的運動方向與導(dǎo)線本身是垂直的,但與磁感線方向有一個夾角θ(如圖),速度v可以分解為兩個分量:垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ,只有v1切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=Blv1=________。Blvsinθ3.動生電動勢:一段導(dǎo)線做切割磁感線的運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,其非靜電力與__________有關(guān)。(1)當(dāng)l⊥B,v⊥B時,E=Blv。(2)當(dāng)l不垂直于B或?qū)w彎曲時,應(yīng)確定導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。洛倫茲力1.如圖所示,將條形磁鐵從同一高度插入線圈中,快速插入和緩慢插入有什么相同和不同?提示:線圈中的磁通量變化相同,但磁通量變化快慢不同?？焖俨迦霑r電流表指針偏轉(zhuǎn)角度較大。微情境·大道理2.如圖,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈相當(dāng)于直流電路中的電池。判斷下列說法的正誤。(1)電路中有感應(yīng)電動勢,一定產(chǎn)生感應(yīng)電流。

()(2)穿過某回路的磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。

()(3)閉合電路垂直放在強(qiáng)磁場中,感應(yīng)電動勢可能為0。

()××√3.導(dǎo)體棒長度為l,從中間彎成90°后,以速度v運動時,如圖所示,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大?

課堂精析重難/深度發(fā)掘知能如圖所示,我們可以通過實驗探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的決定因素和遵循的物理規(guī)律。(1)在實驗中,電流表指針偏轉(zhuǎn)的原因是什么?提示:插入磁鐵時,線圈中的磁通量發(fā)生變化,線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流。強(qiáng)化點(一)對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(2)電流表指針偏轉(zhuǎn)程度跟感應(yīng)電動勢的大小有什么關(guān)系?提示:感應(yīng)電動勢越大,感應(yīng)電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)程度越大。

要點釋解明

[典例]

將P、Q兩單匝閉合圓形導(dǎo)線環(huán)按如圖所示放置,導(dǎo)線環(huán)Q恰好與正方形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域邊界內(nèi)切,磁場方向垂直于兩導(dǎo)線環(huán)的平面,P、Q導(dǎo)線環(huán)的半徑之比rP∶rQ=2∶1。若磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻增大,則P、Q導(dǎo)線環(huán)中感應(yīng)電動勢之比為

(

)A.1∶1

B.4∶1C.4∶π D.2∶π√

1.(2023·湖北高考)近場通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊,其天線類似一個壓平的線圈,線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大。如圖所示,一正方形NFC線圈共3匝,其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm,圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強(qiáng)磁場垂直通過此線圈,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s,則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最接近

(

)A.0.30V B.0.44VC.0.59V D.4.3V題點全練清√

2.(2024·廣東廣州期末)(多選)穿過固定不動的線框的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖所示,下列說法正確的是

(

)A.第1s末感應(yīng)電動勢的大小等于2VB.第1s內(nèi)和第2s內(nèi),感應(yīng)電動勢一樣大C.2s末到第4s末這段時間內(nèi),感應(yīng)電動勢最大D.第5s內(nèi)感應(yīng)電動勢比最初2s內(nèi)感應(yīng)電動勢大,且方向相反√√

[例1·平動切割]

如圖所示,MN、PQ是間距為L的平行金屬導(dǎo)軌,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場中,M、P間接有一阻值為R的電阻,不計導(dǎo)軌電阻。一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為R的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運動,則

(

)強(qiáng)化點(二)導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢A.通過電阻R的電流方向為P→R→MB.a、b兩點間的電壓為BLvC.a端電勢比b端高D.a端電勢比b端低√

[例2·轉(zhuǎn)動切割]

(2024·浙江湖州期末)圖甲是法拉第在一次會議上展示的圓盤發(fā)電機(jī),圖乙是這個圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖。銅盤安裝在水平的銅軸上,它的邊緣正好在兩磁極之間,兩塊銅片

C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸。若銅盤半徑為

L,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,從左往右看,銅盤以角速度ω沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動,則

(

)

√

1.應(yīng)用E=Blv需注意的問題(1)當(dāng)B、l、v三個量方向相互垂直時,E=Blv;當(dāng)有任意兩個量的方向平行時,E=0。(2)公式中的l應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時的有效長度。若切割磁感線的導(dǎo)線是彎曲的,則應(yīng)取其與B和v方向都垂直的等效線段長度來計算。如圖甲、乙、丙中線段ab的長即為導(dǎo)線切割磁感線的有效長度。思維建模型(3)公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)線和磁場的相對速度,當(dāng)導(dǎo)線不動而磁場運動時,也有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。2.導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線時的感應(yīng)電動勢如圖所示,長為l的導(dǎo)體棒ab以

a

為圓心、以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,其感應(yīng)電動勢可從兩個角度推導(dǎo)。

1.(2024·湖北武漢期末)如圖是中國人民解放軍裝備的“無偵-8”無人戰(zhàn)略偵察機(jī)。某次執(zhí)行任務(wù)時,它在某空域以速度v沿水平方向由北向南沿直線飛行,若該地地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下、大小為B,偵察機(jī)機(jī)身長為L,機(jī)翼兩端點A、C的距離為d,此時A、C間的電勢差為U。下列判斷正確的是

(

)題點全練清A.U=Bdv,C點電勢高于A點電勢B.U=Bdv,A點電勢高于C點電勢C.U=BLv,C點電勢高于A點電勢D.U=BLv,A點電勢高于C點電勢解析:偵察機(jī)切割磁感線的豎直分量的長度等于機(jī)翼的長度,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,A、C間的電勢差U=Bdv,根據(jù)右手定則,感應(yīng)電動勢的方向由A指向C,所以C點的電勢高于A點的電勢?！?.(2023·江蘇高考)如圖所示,圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,OC導(dǎo)體棒的O端位于圓心,棒的中點A位于磁場區(qū)域的邊緣?，F(xiàn)使導(dǎo)體棒繞O點在紙面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)動,O、A、C點電勢分別為φO、φA、φC,則

(

)A.φO>φC

B.φC>φAC.φO=φA D.φO-φA=φA-φC√解析:由題圖可看出導(dǎo)體棒OA段轉(zhuǎn)動切割磁感線,根據(jù)右手定則可知感應(yīng)電動勢的方向由A指向O,所以φO

>

φA,導(dǎo)體棒AC段不在磁場中,不切割磁感線,不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,則φC=φA,A正確,B、C錯誤;根據(jù)以上分析可知φO-φA

>

0,φA-φC=0,則φO-φA

>

φA-φC,D錯誤。3.(多選)如圖所示,水平放置足夠長光滑金屬導(dǎo)軌abc和de,ab與de平行,bc是以O(shè)為圓心的圓弧導(dǎo)軌。圓弧be左側(cè)和扇形Obc內(nèi)有方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場。金屬桿OP的O端與e點用導(dǎo)線相接,P端與圓弧bc接觸良好,初始時,可滑動的金屬桿MN靜止在平行導(dǎo)軌上。若金屬桿OP繞O點在勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi)從b到c勻速轉(zhuǎn)動時,回路中始終有電流,則此過程中,下列說法正確的是

(

)

√√金屬桿OP切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,由右手定則可判斷出金屬桿MN中電流從M到N,根據(jù)左手定則可知金屬桿MN所受安培力向左,金屬桿MN向左運動,切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電流與金屬桿OP切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反,故金屬桿OP與金屬桿MN中的電流會逐漸減小,金屬桿OP所受安培力逐漸減小,金屬桿MN做加速度逐漸減小的加速運動,B、C錯誤,D正確。平均電動勢與瞬時電動勢的比較強(qiáng)化點(三)平均電動勢與瞬時電動勢要點釋解明

平均電動勢瞬時電動勢區(qū)別求解公式E=Blvsin

θ物理意義求的是Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢,E與某段時間或某個過程相對應(yīng)求的是瞬時感應(yīng)電動勢,E與某個時刻或某個位置相對應(yīng)區(qū)別適用范圍求的是整個電路的感應(yīng)電動勢。整個電路的感應(yīng)電動勢為0時,其電路中某段導(dǎo)線的感應(yīng)電動勢不一定為0求的是電路中一部分導(dǎo)線切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢研究對象由于是整個電路的感應(yīng)電動勢,因此研究對象即電源部分不容易確定由于是一部分導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,該部分就相當(dāng)于電源續(xù)表聯(lián)系續(xù)表

(2)線圈在1s末時的感應(yīng)電動勢大小。

[答案]

0[解析]

當(dāng)線圈轉(zhuǎn)了1

s時,恰好轉(zhuǎn)過了90°,此時線圈的BC邊的速度方向與磁感線的方向平行,線圈的BC邊不切割磁感線(或認(rèn)為切割磁感線的有效速度為0),所以線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,E'=0。

1.(2024·內(nèi)蒙古赤峰期中)如圖所示,一導(dǎo)線彎成半徑為R的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場,直徑CD始終與MN垂直。從D點到達(dá)邊界開始到C點進(jìn)入磁場為止,下列結(jié)論正確的是

(

)題點全練清

√

2.如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。一個匝數(shù)n=50的矩形線圈邊長ab=0.2m,bc=0.1m,以角速度ω=314rad/s繞ab邊勻速轉(zhuǎn)動。求:(π=3.14)(1)在圖示位置時的瞬時感應(yīng)電動勢;答案:(1)157V解析:線圈在題圖中位置時的瞬時感應(yīng)電動勢E=nB·dc·v=nB·ab·bc·ω=50×0.5×0.2×0.1×314

V=157

V。

課時跟蹤檢測123456789101112A級——基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.(2024·北京海淀期末)下列關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的說法正確的是(

)A.穿過閉合電路的磁通量越大,閉合電路中的感應(yīng)電動勢越大B.穿過閉合電路的磁通量為零時,閉合電路中的感應(yīng)電動勢一定為零C.穿過閉合電路的磁通量變化越多,閉合電路中的感應(yīng)電動勢越大D.穿過閉合電路的磁通量變化越快,閉合電路中的感應(yīng)電動勢越大√6789101112

12345156789101112

234√1567891011123.(2024·浙江杭州期末)我國自主研制的C919飛機(jī)機(jī)長38.9米、翼展35.8米,北京地區(qū)地磁場的豎直分量約為4.5×10-5T,水平分量約為3.0×10-5T。該機(jī)在北京郊區(qū)水平試飛速度為聲速(約330m/s)

的0.8倍。有關(guān)C919飛機(jī)的說法正確的是

(

)A.C919飛機(jī)往北飛的時候,西面機(jī)翼的電勢較低。兩側(cè)機(jī)翼尖間的最大電勢差約為0.43伏B.C919飛機(jī)往南飛的時候,西面機(jī)翼的電勢較低。兩側(cè)機(jī)翼尖間的最大電勢差約為0.28伏234156789101112C.無論C919飛機(jī)往哪個方向飛,都是左邊機(jī)翼的電勢較低。兩側(cè)機(jī)翼尖間的最大電勢差約為0.28伏D.無論C919飛機(jī)往哪個方向飛,都是右邊機(jī)翼的電勢較低。兩側(cè)機(jī)翼尖間的最大電勢差約為0.43伏234√156789101112解析:北京地區(qū)地磁場的豎直分量豎直向下,當(dāng)飛機(jī)在北京郊區(qū)水平飛行時,機(jī)翼切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,無論C919飛機(jī)往哪個方向飛,由右手定則可知,都是左邊機(jī)翼的電勢比右邊的電勢高。由法拉第電磁感應(yīng)定律E=BLv,可得兩翼尖間的電勢差U=E=4.5×10-5×35.8×0.8×330

V≈0.43

V,故選D。2341567891011124.(2024·湖南高考)如圖,有一硬質(zhì)導(dǎo)線Oabc,其中

是半徑為R的半圓弧,b為圓弧的中點,直線段Oa長為R且垂直于直徑ac。該導(dǎo)線在紙面內(nèi)繞O點逆時針轉(zhuǎn)動,導(dǎo)線始終在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中。則O、a、b、c各點電勢關(guān)系為(

)A.φO>φa>φb>φc B.φO<φa<φb<φcC.φO>φa>φb=φc D.φO<φa<φb=φc234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

234156789101112

234√156789101112

23415678910111210.(2024·北京昌平期末)如圖甲所示,100匝(圖中只畫了2匝)圓形線圈面積為0.01m2,電阻不計。線圈內(nèi)存在方向垂直紙面向里且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化的磁場;t=0時,B=0。線圈兩端A、B與一個電壓傳感器相連,電壓傳感器測得A、B兩端的電壓按圖乙所示規(guī)律變化。在t=0.05s時

(

)234156789101112A.磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率為0.01T/sB.磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率為20T/sC.穿過每匝線圈的磁通量為2.5×10-4WbD.穿過每匝線圈的磁通量為5.0×10-4W