第四章4習題

1、教學教法分析,課前自主導學,當堂雙基達標,課后知能檢測,教學方案設計,課堂互動探究,4 法拉第電磁感應定律,●課標要求1．舉例說明電磁感應在生活和生產中的應用．2．理解法拉第電磁感應定律．,●課標解讀1．知道什么叫感應電動勢．,6．感悟從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題的方法，培養(yǎng)學生對不同事物進行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想．●教學地位本節(jié)知識是高中物理的重點知識，也是高考的重點，既有單獨考查

2、，又有與其它知識的綜合考查，是電學知識的基礎，學習時應引起足夠的重視．,●新課導入建議如圖教4­4­1所示是某同學設計的用來測定風速的簡易裝置，根據你所學的知識感覺這個裝置能否用來測量風速？其基本原理是什么？通過這節(jié)課的學習，就可以解決這些問題．,●教學流程設計,1.基本知識(1)感應電動勢①在_________現(xiàn)象中產生的電動勢．②產生感應電動勢的那部分導體相當于______．,電磁感應,電源,(2)法拉第

3、電磁感應定律①內容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的________________成正比．,磁通量的變化率,2．思考判斷(1)穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越大，產生的感應電動勢也越大．( )(2)感應電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷．( )(3)穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應電動勢一定最大．( ),×,√,×,3．探究交流產生感應電動勢的條件是什么？【提示】　不

4、管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會產生感應電動勢．,1.基本知識(1)磁場方向、導體棒與導體棒運動方向三者兩兩垂直時：E＝_____．(2)如圖4­4­1所示，導體棒與磁場方向垂直，導體棒的運動方向與導體棒本身垂直，但與磁場方向夾角為θ時，E＝_________．,Blv,Blvsin θ,2．思考判斷(1)對于E＝Blv中的B、l、v三者必須相互垂直．( )(2)導體棒在磁

5、場中運動速度越大，產生的感應電動勢一定越大．( )(3)當B、l、v三者大小、方向均不變時，在Δt時間內的平均感應電動勢和它在任意時刻產生的瞬時感應電動勢相同．( ),√,×,√,3．探究交流如圖4­4­2所示，一邊長為L的正方形導線框abcd垂直于磁感線，以速度v在勻強磁場中向右運動，甲同學說：由法拉第電磁感應定律可知，這時穿過線框的磁通量的變化率為零，所以線框中感應電動勢應該為零

6、，乙同學說線框中ad和bc邊均以速度v做切割磁感線運動，由E＝BLv可知，這兩條邊都應該產生電動勢且Ead＝Ebc＝BLv.他們各執(zhí)一詞，到底誰說的對呢？,【提示】　這兩個同學說的并不矛盾，雖然ad邊與bc邊都產生感應電動勢，但由于方向相反，相當于兩個電源并聯(lián)沒有對外供電，所以整個回路的電動勢為零．可見，用法拉第電磁感應定律求出的是整個回路的感應電動勢，而用E＝BLv求的是回路中做切割磁感線的那部分導體產生的電動勢．,1.基本知識(1

7、)定義：電動機轉動時，由于切割磁感線，線圈中產生的______電源電動勢作用的電動勢．(2)作用：______線圈的轉動．,削弱,阻礙,2．思考判斷(1)電動機通電轉動，電動機中出現(xiàn)的感應電動勢為反電動勢，反電動勢會阻礙線圈的運動．( )(2)電動機正常工作時，反電動勢會加快線圈的運動．( )(3)電動機工作中由于機械阻力過大而停止轉動，就沒有了反電動勢，線圈中的電流會很大，很容易燒毀電動機．( ),√,

8、15;,√,3．探究交流電動機工作時，加在電動機上的電壓U和流經電動機的電流I及電動機線圈電阻r三者之間是否滿足,【問題導思】　1．面積為S的平面垂直于磁場放置，將此面翻轉180°，穿過此面的磁通量是否發(fā)生變化？,有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20 m的正方形，放在磁感應強度B＝0.50 T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀在5 s內由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程

9、中穿過線圈的磁通量改變了多少？磁通量的變化率是多少？線圈的感應電動勢是多少？【審題指導】　解答本題時應注意以下幾點：(1)周長相同的所有形狀中，圓形的面積最大．(2)磁通量的變化率并不等同于電動勢．,【解析】　線圈橫截面是正方形時的面積S1＝L2＝(0.20)2 m2＝4.0×10－2 m2.穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2 Wb＝2.0×10－2 Wb,所以，磁

10、通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0) ×10－2 Wb＝5.5×10－3 Wb.,【答案】　5.5×10－3 Wb　1.1×10－3 Wb/s　0.11 V,磁通量、磁通量的變化量和磁通量的變化率，三者均與線圈的匝數(shù)無關．對n匝線圈，穿過每一匝線圈的磁通量的變化率都相同，每一匝線圈的電動勢都相等，相當于n個電動勢相同的電源串聯(lián)，即感應電動勢的大小與匝數(shù)n有關．,1．(多選)(201

11、3·四川高考)如圖4­4­3所示，邊長為L、不可形變的正方形導線框內有半徑為r的圓形磁場區(qū)域，其磁感應強度B隨時間t的變化關系為B＝kt(常量k>0)．回路中滑動變阻器R的最大阻值為R0，滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝ .閉合開關S，電壓表的示數(shù)為U，不考慮虛線MN右側導體的感應電動勢，則(　　),A．R2兩端的電壓為B．電容器的a極板帶正電C．滑動變阻器R的熱功

12、率為電阻R2的5倍D．正方形導線框中的感應電動勢為kL2,【解析】　本題是電磁感應與電路問題，利用法拉第電磁感應定律、楞次定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路特點及歐姆定律和電功率的計算公式解決問題．,根據楞決定律知回路中的電流為逆時針方向，即流過R2的電流方向向左，所以電容器b極板帶正電，選項B錯誤；,【問題導思】　1．公式E＝Blv能否用來求解平均感應電動勢？2．導體棒繞一端垂直于勻強磁場做勻速圓周運動時，如何求感應電動勢？3．若導線是彎曲

13、的，如何求其切割磁感線的有效長度？,1．該公式可看成法拉第電磁感應定律的一個推論，一般用于導體各部分切割磁感線的速度相同的情況，當v為瞬時速度時，E為瞬時電動勢；若v是平均速度，則E為平均感應電動勢．如果導體各部分切割磁感線的速度不相等，可取其平均速度求電動勢．例如如圖4­4­4，導體棒在磁場中繞A點在紙面內以角速度ω勻速轉動，磁感應強度為B，則AC在切割磁感線時產生的感應電動勢為：E＝Blv＝Bl·

14、; ωl＝ Bl2ω.,2．公式中的v應理解為導線和磁場間的相對速度，當導線不動而磁場運動時，也有電磁感應現(xiàn)象產生．3．公式中的l應理解為導線切割磁感線時的有效長度．如果導線不和磁場垂直，l應是導線在垂直磁場方向投影的長度；如果切割磁感線的導線是彎曲的，l應取導線兩端點的連線在與B和v都垂直的直線上的投影長度．,例如，如圖4­4­5所示的三幅圖中切割磁感線的導線是彎曲的，則切割磁感線的有效長度應取與B和v垂直

15、的等效直線長度，即ab的長．,(2013·課標全國卷Ⅰ)如圖4­4­6，在水平面(紙面)內有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構成“V”字型導軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸．下列關于回路中電流i與時間t的關系圖線，可能正確的是(　　),【審題指導】　(1)導體切割磁感線的有效

16、長度與時間的關系．(2)閉合回路的總電阻與導軌長度的關系．(3)感應電流由閉合電路歐姆定律求出．,【解析】　設圖示位置時a距棒的距離為l0，導體棒勻速切割磁感線的速度為v，單位長度金屬棒的電阻為R0，導軌夾角為θ，運動時間t時，切割磁感線的導體棒長度l＝2(l0＋vt)tan ，有效電路中導體棒長度l總＝l＋,【答案】　A,1．明確電路結構，分清內、外電路．2．根據產生感應電動勢的方式計算感應電動勢的大小，如果是磁場變化，由E

17、＝n 計算；如果是導體切割磁感線，由E＝Blv計算，且注意B、l和v隨時間的變化關系．3．根據楞次定律判斷感應電流的方向．4．根據閉合電路歐姆定律列出相應的方程式．,2．(2014·青島二中高二檢測)如圖4­4­7所示，平行金屬導軌間距為d，一端跨接電阻R，勻強磁場磁感應強度為B，方向垂直于導軌平面，一根長金屬棒與導軌成θ角放置，棒與導軌電阻不計，當棒沿垂直于棒的方向以恒定速率v在導軌上滑行時，通

18、過電阻的電流是(　　),【問題導思】　1．一般情況下，計算感應電動勢的平均值和瞬時值時分別用哪個公式？2．兩個公式的適用條件是什么？能用E＝BLvsin θ計算平均感應電動勢嗎？,(多選) (2014·蘇州中學高二檢測)如圖4­4­8所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點到達

19、邊界開始到C點進入磁場為止，下列結論正確的是(　　),A．感應電流方向不變B．CD段始終不受安培力C．感應電動勢最大值E＝BavD．感應電動勢平均值E＝ πBav,【審題指導】　(1)感應電流的方向可由楞次定律或右手定則判定．(2)安培力的方向可由左手定則判定．(3)感應電動勢的瞬時值可由E＝Blv求解．,【解析】　在閉合電路進入磁場的過程中，通過閉合電路的磁通量逐漸增大，根據楞次定律可知感應電流的方向為逆時針方向不變，A正

20、確．根據左手定則可以判斷，CD段受安培力向下，B不正確．當半圓閉合回路進入磁場一半時，等效長度最大為a，這時感應電動勢最大為E＝Bav，C正 確．,3．如圖4­4­9所示，一單匝線圈從左側進入磁場．(1)在此過程中，線圈的磁通量是增加還是減少？(2)若上述過程所經歷的時間為0.1 s，線圈中的磁通量變化了0.02 Wb，則線圈中產生的感應電動勢是多少？(3)如果上述線圈是由100匝構成，則線圈中產生的

21、感應電動勢是多少？,(2014·杭州二中高二檢測)把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中，如圖4­4­10所示，一長度為2a，電阻等于R，粗細均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸，當金屬棒以恒定速度v向右移動經過環(huán)心O時，求：,(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN；(2)圓環(huán)消耗的熱功率和在圓環(huán)及金屬棒上消耗的總

22、熱功率．,【審題指導】　金屬棒MN切割磁感線產生感應電動勢，把金屬棒看成一個具有內阻為R，電源電動勢為E的電源，兩個半圓環(huán)看成兩個電阻R并聯(lián)的外電路，等效電路如圖所示．,【規(guī)范解答】　(1)金屬棒MN切割磁感線產生的感應電動勢為E＝Blv＝2Bav,電磁感應中的電路問題，實際上是電磁感應和恒定電流問題的綜合題．感應電動勢大小的計算、方向的判定以及電路的等效轉化，是解決此類問題的關鍵．,1．(2013·荊州中學高二檢測)由法拉

23、第電磁感應定律知(設回路的總電阻一定)(　　)A．穿過閉合電路的磁通量達到最大時，回路中的感應電流達最大B．穿過閉合電路的磁通量為零時，回路中的感應電流一定為零C．穿過閉合電路的磁通量變化量越大，回路中的感應電流越大,D．穿過閉合電路的磁通量變化越快，回路中的感應電流越大【解析】　本題考查對法拉第電磁感應定律的理解．關鍵是抓住感應電動勢的大小和磁通量的變化率成正比．感應電動勢大小和磁通量大小、磁通量變化量的大小無關，它由磁通量變

24、化率決定，故選D.【答案】　D,2．關于反電動勢，下列說法中正確的是(　　)A．只要線圈在磁場中運動就能產生反電動勢B．只要穿過線圈的磁通量變化，就產生反電動勢C．電動機在轉動時線圈內產生反電動勢D．反電動勢就是發(fā)電機產生的電動勢【解析】　反電動勢是與電源電動勢相反的電動勢，其作用是削弱電源的電動勢，產生反電動勢的前提是必須有電源存在，故正確答案為C.【答案】　C,3．(2013·浙江高考)磁卡的磁條中有用于存儲

25、信息的磁極方向不同的磁化區(qū)，刷卡器中有檢測線圈．當以速度v0刷卡時，在線圈中產生感應電動勢，其E­t關系如圖4­4­11所示．如果只將刷卡速度改為 ，線圈中的E­t關系圖可能是(　　),【解析】　由公式E＝Blv可知，當刷卡速度減半時，線圈中的感應電動勢最大值減半，且刷卡所用時間加倍，故本題正確選項為D.【答案】　D,4．穿過單匝閉合線圈的磁通量每秒鐘均勻連續(xù)地增大2 Wb，則(　　)

26、A．線圈中的感應電動勢將均勻增大B．線圈中的感應電流將均勻增大C．線圈中的感應電動勢將保持2 V不變D．線圈中的感應電流將保持2 A不變,5. (2014·天津河西區(qū)檢測)如圖4­4­12所示，足夠長的水平導體框架的寬度L＝0.5 m，電阻忽略不計，定值電阻R＝2 Ω.磁感應強度B＝0.8 T的勻強磁場方向垂直于導體框平面，一根質量為m＝0.2 kg、有效電阻r＝2 Ω的導體棒MN垂直跨放在

27、框架上，該導體棒與框架間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，導體棒在水平恒力F＝1.2 N的作用下由靜止開始沿框架運動到剛開始勻速運動時，通過導體棒截面的電量共為q＝2 C，求：,(1)導體棒做勻速運動時的速度；(2)導體棒從開始運動到剛開始勻速運動這一過程中，導體棒產生的電熱．(g取10 m/s2),【解析】　(1)當物體開始做勻速運動時，有：F－μmg－F安＝0又：F安＝BIL，I＝ ，E＝BLv解得v＝5 m/s,【

28、答案】　(1)5 m/s　(2)0.75 J,【備選習題】 1．(多選)無線電力傳輸目前取得重大突破，在日本展出了一種非接觸式電源供應系統(tǒng)．這種系統(tǒng)基于電磁感應原理可無線傳輸電力．兩個感應線圈可以放置在左右相鄰或上下相對的位置，原理示意圖如圖教4­4­2所示．下列說法中正確的是(　　)A．若A線圈中輸入電流，B線圈中就會產生感應電動勢B．只有A線圈中輸入變化的電流，B線圈中才會產生感應電動勢,C．A中電流

29、越大，B中感應電動勢越大D．A中電流變化越快，B中感應電動勢越大 【解析】　根據產生感應電動勢的條件，只有處于變化的磁場中，B線圈中才能產生感應電動勢，A錯，B對；根據法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小取決于磁通量變化率，所以C錯，D對．【答案】　BD,2．(多選)某地的地磁場磁感應強度的豎直分量方向向下，大小為4.5×10－5 T．一靈敏電壓表連接在當?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00 m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導

30、體)流過．設落潮時，海水自西向東流，流速為2 m/s.下列說法中正確的是 (　　)A．電壓表記錄的電壓為5 mVB．電壓表記錄的電壓為9 mVC．河南岸的電勢較高D．河北岸的電勢較高,【解析】　可以將海水視為垂直河岸方向放置的導體，而電壓表記錄的電壓應為導體平動切割地磁場的磁感線而產生的感應電動勢，由E＝Blv＝9 mV知B選項正確；由右手定則可知，感應電流方向由南向北，故河北岸的電勢較高，D選項正確．【答案】　BD,3

31、．(2014·廣東省汕頭金山中學高二檢測)如圖教4­4­3，虛線右側存在垂直于紙面向里的勻強磁場，半圓形閉合線框與紙面共面，繞過圓心O且垂直于紙面的軸勻速轉動．線框中的感應電流以逆時針方向為正方向，那么下圖中哪個圖能正確描述線框從圖教4­4­3所示位置開始轉動一周的過程中，線框中感應電流隨時間變化的情況(　　),【解析】　線框從題圖所示位置開始轉動周的過程中，導體棒切割磁感線的有效長度不