2018-2019高中物理 第3章 划时代的发现 3.1 法拉第的探索 3.2 一条来之不易的规律——法拉第电磁感应定律学案 沪科版选修1 -1.doc

31法拉第的探索32一条来之不易的规律法拉第电磁感应定律1(3分)如图所示中磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是()【解析】由左手定则不难判定ABC均正确，D选项错误，导线所受安培力方向应向左故答案为D.【答案】D2(3分)(多选)如图311所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用，要使安培力增大，可采用的方法有()图311A增大磁感应强度B减小磁感应强度C增大电流D减小电流【解析】本题考查安培力的计算，由FBIL可知A、C正确【答案】AC3(4分)(多选)在真空环境中，原来做匀速直线运动的电子进入到与它运动方向垂直的匀强磁场中，在洛伦兹力的作用下，形成圆弧运动轨迹，下面的说法中正确的是 ()A电子所受的洛伦兹力是恒力B进入磁场后电子动能不变C进入磁场后电子的速度不变D电子所受洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直【解析】电子所受的洛伦兹力方向总与速度方向垂直，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，对电子总不做功，故B、D正确，A、C错【答案】BD课标导思1.了解电磁感应现象发现的历史过程，体会科学家探索自然规律的科学态度和科学方法2通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件(重点)3知道法拉第电磁感应定律会用电磁感应定律计算感应电动势的大小(难点)一、法拉第的探索1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法，比较著名的物理学家有：安培、科拉顿等，都没有成功或半途而废英国科学家法拉第始终坚信自然界各种不同现象之间有着联系一直坚持探索电磁感应现象前后历时数十年的探索，终于悟出了磁生电的基本原理磁生电是一种瞬间效应，磁作用对电流的感应是一种动态过程二、电磁感应定律1产生感应电流的几种典型情况：正在变化的电流；正在变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁铁；在磁场中运动的导体2法拉第实验(1)闭合电路的部分导体做切割磁感运动时，回路中电流表的指针偏转如图312所示图312图313(2)磁铁与螺线管有相对运动时也能产生电流：在条形磁铁插入或拨出螺线管的瞬间，电流表的指针偏转条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针不偏转如图313所示(3)如图314，接通或断开开关S，或接通S后移动变阻器的滑片，改变原线圈A中的电流大小，副线圈B中电流表指针发生偏转图3143从现象到本质穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就产生电磁感应现象电磁感应现象中产生的电流叫感应电流4从定性到定量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变化率成正比(2)公式En，n为线圈的匝数，E、t的单位分别为V、Wb、s.一、对产生感应电流的条件的理解1感应电流产生的条件：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化，主要体现在“变化”上，回路中穿过的磁通量大小，是否为零不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流【特别提醒】产生感应电流的条件与磁通量的变化有关，与磁通量的大小无关.2产生感应电流的方法(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动如图315所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生图315(2)磁铁在线圈中运动如图316所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生图316(3)改变螺线管AB中的电流如图317所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过图317二、如何区分磁通量、磁通量的变化量，磁通量的变化率物理量单位物理意义磁通量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磁通量的变化量Wb表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少磁通量的变化率Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢1.是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时，BS.2是过程量，是表示闭合回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即21.常见磁通量变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁场中相对位置改变(如转动等)总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化3.表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率【特别提醒】、的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、v、三者类比.值得指出的是：很大，可能很小；很小，可能很大；0，可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时).当按正弦规律变化时，最大时，0，反之，当为零时，最大.三、对法拉第电磁感应定律的理解1感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率，与的大小、的大小没有必然的联系，与电路的电阻R也无关，而感应电流的大小与E和R有关2公式En适用于回路中磁通量发生变化产生的感应电动势的计算，回路可以闭合，也可以不闭合感应电动势是整个闭合电路的感应电动势，不是电路中某部分导体的电动势3公式只表示感应电动势的大小，不涉及方向；切割磁感线产生的感应电流的方向用右手定则来判断【深化探究】产生感应电流和产生感应电动势的条件一样吗？提示：不论电路是否闭合，只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电动势，而产生感应电流，还需要电路是闭合的一、对磁通量变化的认识磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量如图318所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量的变化量分别为1和2，则()图318A1>2B12C1<2 D无法确定【解析】设线框在位置1时的磁通量为1，在位置2时的磁通量为2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则112；若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此212.根据分析知1<2，选项C正确【答案】C磁通量变化的判断(1)磁通量不是矢量，而是一个双向标量，其正负表示与规定的正方向相同或相反(2)确定磁通量变化时要注意考虑始末位置磁通量的符号1.有一根由金属丝绕制成的闭合环套在条形磁铁上，如图319所示，当闭合环收缩导致它所围的面积减小时：图319(1)穿过它的磁通量是否有变化？如有变化，怎样变？(2)闭合环中是否存在感应电流，为什么？【解析】条形磁铁内部的磁感线方向由S极到N极，外部从N极到S极；条形磁铁外部向下穿过闭合环的磁通量抵消了一部分内部向上穿过的磁通量，当环收缩时被抵消的部分减少，所以穿过闭合环的磁通量增加，由于穿过环的磁通量有变化，所以在环中产生感应电流【答案】(1)变化；增加(2)有；因为穿过闭合环的磁通量有变化二、感应电流有无的判断(多选)如图3110所示，竖直放置的长直导线通过恒定电流，有一矩形框与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是()图3110A导线中电流变大B线框向右平动C线框向下平动D线框以ab边为轴转动E线框以直导线为轴转动【导析】根据产生感应电流的条件来判断【解析】分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，就是搞清楚磁感线的分布，亦即搞清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化对A选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使穿过线框的磁通量增大，故A正确对B选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故B正确对C选项，由下图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故C错对D选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在图甲图示的位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90时，通过线框的磁通量为零，因此可以判定线框以ab轴转动时磁通量一定变化，故D正确对E选项，先画出俯视图如下图乙所示，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流，故E错【答案】ABD分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，分析磁通量是否变化，可通过分析穿过线圈的磁感线条数是否变化.2如图3111所示，两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流表，下列哪种情况不可能使线圈B中产生感应电流() 【导学号：17592037】图3111A将开关S接通或断开的瞬间B开关S接通一段时间之后C开关S接通后，改变变阻器滑片的位置时D拿走铁环，再做这个实验，开关S接通或断开的瞬间【解析】根据法拉第对产生感应电流的五类概括知，A、C、D选项符合变化的磁场(变化的电流)产生感应电流的现象而开关S接通一段时间之后，线圈A中是恒定电流，故不能使线圈B中产生感应电流【答案】B三、法拉第电磁感应定律的应用一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10 ，置于水平面上若穿过线框的磁通量在0.02 s内，由垂直纸面向里，从6.4102 Wb均匀减小到零，再反向均匀增加到9.6102 Wb.则在此时间内，线圈内导线中的感应电流大小为_A.【导析】1.求出磁通量的变化量；2用公式En求出感应电动势的大小；3用公式I求出感应电流的大小【解析】设垂直纸面向外为正方向，在0.02 s内，磁通量的变化2(1)219.6102 Wb6.4102 Wb0.16 Wb根据法拉第电磁感应定律：En10 V80 V根据闭合电路欧姆定律I A8.0 A.【答案】8.0计算时注意的问题磁通量的变化21.在0.02 s内磁场的方向发生了一次反向设垂直纸面向外为正方向，则2(1)21.3有一正方形单匝线圈abcd处于匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，在t0.5 s的时间内，磁通量由13 Wb均匀增加到26 Wb.求：(1)在t内线圈中产生的感应电动势(2)要使线圈中产生的感应电动势更大，可采取什么措施？【解析】(1)由法拉第电磁感应定律得En V6 V.(2)由法拉第电磁感应定律知，要想增大感应电动势可增加线圈匝数n或增大磁通量的变化率【答案】(1)6 V(2)增加线圈匝数增大磁通量的变化率1下列现象中涉及电磁感应的是()【解析】A，D是磁场对运动电荷的作用，C是磁场对电流的作用，B是利用电磁感应现象【答案】B2如图3112所示，将一个矩形线圈放入匀强磁场中，若线圈平面平行于磁感线，则下列运动中，哪些在线圈中会产生感应电流()图3112A矩形线圈做平行于磁感线的平移运动B矩形线圈做垂直于磁感线的平移运动C矩形线圈绕AB边转动D矩形线圈绕BC边转动【解析】A、B、D三个选项中在发生运动状态的变化时，没有引起磁通量的变化，故都没有发生电磁感应现象，所以没有感应电流的产生C选项中，线圈的磁通量发生了改变，故线圈中产生了感应电流【答案】C3若某处的地磁场为匀强磁场，一同学在该处手拿矩形线圈面向南方，如图3113所示，则能够使线圈中产生感应电流的操作是()图3113A上下移动线圈B南北移动线圈C东西移动线圈D将线圈转到水平【解析】根据感应电流的产生条件，只要让通过线圈中的磁通量发生变化，回路中就能产生感应电流根据该处地磁场分布，无论线圈是上下、南北、还是东西移动，通过线圈的磁通量均不变，不能产生感应电流而D项操作，线圈中的磁通量发生变化，能产生感应电流【答案】D4一个20匝、面积为200 cm2的圆形线圈放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若该磁场的磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量为_，磁通量的平均变化率为_，线圈中感应电动势的大小为_【解析】磁通量变化量为21B2SB1S0.50.02 Wb0.10.02 Wb0.008 Wb， Wb/s0.16 Wb/s，En200.16 V3.2 V.【答案】0.008 Wb0.16 Wb/s3.2 V5.如图3114所示，水平放置的平行金属导轨，相距l0.50 m，左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度B0.40 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v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，用两种方法求解ab棒中感应电动势的大小. 【导学号：17592038】图3114【解析】本题主要考查导体棒做切割磁感线运动时感应电动势的求法解法一：根据法拉第电磁感应定律得：EB0.80 V.解法二：(感应电动势的变形公式)根据法拉第电磁感应定律，ab棒中的感应电动势为：EBlv0.400.504.0 V0.80 V.【答案】0.80 V