《2018-2019高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.4 法拉第電磁感應(yīng)定律課件 新人教版選修3-2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.4 法拉第電磁感應(yīng)定律課件 新人教版選修3-2.ppt（115頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

4法拉第電磁感應(yīng)定律,一、電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):(1)定義:在_________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。(2)電源:產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分_____相當(dāng)于電源。(3)產(chǎn)生條件:穿過電路的磁通量發(fā)生變化,與電路是否閉合_____。,電磁感應(yīng),導(dǎo)體,無關(guān),2.電磁感應(yīng)定律:(1)內(nèi)容:閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過這一電路的磁通量的_______成正比,后人稱之為法拉第電磁感應(yīng)定律。(2)表達(dá)式:E=____(單匝線圈);E=_____(n匝線圈)。,變化率,二、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.垂直切割:導(dǎo)體棒垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),B、l、v兩兩垂直時(shí),如圖甲所示,E=___。,Blv,2.不垂直切割:導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直,與磁感線方向夾角為θ時(shí),如圖乙所示,則E=____=________。,Blv1,Blvsinθ,三、反電動(dòng)勢(shì)1.定義:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于切割磁感線,線圈中產(chǎn)生的_____電源電動(dòng)勢(shì)作用的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.作用:_____線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。,削弱,阻礙,【思考辨析】(1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),就一定有感應(yīng)電流。()(2)磁通量越大,磁通量的變化量也越大。()(3)穿過某電路的磁通量變化量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。(),(4)閉合電路置于磁場(chǎng)中,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度很大時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能為零;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能很大。(),提示:(1)。不管電路是否閉合,只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化,電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定存在感應(yīng)電流(要看電路是否閉合),有感應(yīng)電流一定存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)。Φ與ΔΦ的大小沒有直接關(guān)系。穿過一個(gè)平面的磁通量大,磁通量的變化量不一定大。,(3)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率,而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系。(4)√。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率而不是磁通量的大小,所以上述兩種情況均有可能。,【生活鏈接】生活中有一種手壓式自發(fā)電手電筒，只要用手輕輕按壓發(fā)電手柄，就可以為L(zhǎng)ED光源供電，連續(xù)按壓發(fā)電手柄15秒所產(chǎn)生的電能可以維持LED光源持續(xù)發(fā)光。那么這種手電筒照明時(shí)不需要電池，那么它的電能是從哪里來的？,提示：通過按手柄，使塑料齒輪帶動(dòng)銅絲線圈內(nèi)磁性飛輪高速旋轉(zhuǎn)，銅絲切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，使LED光源發(fā)光。,知識(shí)點(diǎn)一對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解探究導(dǎo)入:如圖所示,磁鐵迅速插入線圈或緩慢插入線圈,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)有何不同?,提示:磁鐵迅速插入線圈時(shí),指針偏轉(zhuǎn)的角度大。,【歸納總結(jié)】1.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ及磁通量的變化率的比較:,2.公式E=n的理解:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率,而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然關(guān)系,與電路的電阻R無關(guān);感應(yīng)電流的大小與E和回路總電阻R有關(guān)。,(2)用公式E=n所求的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而不是回路中某部分導(dǎo)體兩端的電動(dòng)勢(shì)。(3)公式E=n只表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,不涉及其正負(fù),計(jì)算時(shí)ΔΦ應(yīng)取絕對(duì)值,至于感應(yīng)電流的方向,可以用楞次定律去判定。,【易錯(cuò)提醒】(1)Φ、ΔΦ、均與線圈匝數(shù)無關(guān)。(2)Φ、ΔΦ、三者的大小之間沒有直接關(guān)系,Φ很大,ΔΦ、可能很小,也可能很大;Φ=0,可能不為零。,【典題通關(guān)】【典例】如圖甲所示,一個(gè)圓形線圈匝數(shù)n=1000匝、面積S=210-2m2、電阻r=1Ω。在線圈外接一阻值為R=4Ω的電阻。把線圈放入一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直線圈平面向里,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。求:,(1)0～4s內(nèi),回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)t=5s時(shí),a、b兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高。(3)t=5s時(shí),電阻R兩端的電壓U。,【解題探究】(1)根據(jù)_______________定律可求得回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)根據(jù)_____定律可求得回路中的感應(yīng)電流的方向。(3)根據(jù)_____________定律可求得回路中的感應(yīng)電流的大小。,法拉第電磁感應(yīng),楞次,閉合電路歐姆,【正確解答】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得,0～4s內(nèi),回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n=1000=1V(2)t=5s時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減弱,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是垂直紙面向里,故a點(diǎn)的電勢(shì)高。,(3)在t=5s時(shí),線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E′=n=1000=4V根據(jù)閉合電路歐姆定律得電路中的電流為I==0.8A故電阻R兩端的電壓U=IR=0.84V=3.2V答案:(1)1V(2)a點(diǎn)的電勢(shì)高(3)3.2V,【規(guī)律方法】運(yùn)用E=n求解的三種思路(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,垂直于磁場(chǎng)的回路面積S發(fā)生變化,則E=nB(2)垂直于磁場(chǎng)的回路面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化,則E=nS(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、垂直于磁場(chǎng)的回路面積S均發(fā)生變化,則E=n,【過關(guān)訓(xùn)練】1.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,下列說法正確的是()A.穿過閉合電路的磁通量最大時(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定最大B.穿過閉合電路的磁通量為零時(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零,C.穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定為零D.穿過閉合電路的磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定不為零,【解析】選D。磁通量的大小與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小不存在內(nèi)在的聯(lián)系,故A、B錯(cuò)誤;當(dāng)磁通量由不為零變?yōu)榱銜r(shí),閉合電路的磁通量一定改變,一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生,有感應(yīng)電流就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故C錯(cuò)、D對(duì)。,2.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb,不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(),A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向,【解析】選B。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大,根據(jù)楞次定律“增反減同”,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相反,所以由安培定則可知,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向,A、C錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=S,而故Ea∶Eb=4∶1,B正確,D錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.一閉合圓形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈的軸線與磁場(chǎng)方向成30角,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化。在下列方法中能使線圈中感應(yīng)電流增加一倍的是()A.把線圈匝數(shù)增大一倍B.把線圈面積增大一倍C.把線圈半徑增大一倍D.把線圈匝數(shù)減少到原來的一半,【解析】選C。設(shè)感應(yīng)電流為I,電阻為R,匝數(shù)為n,線圈半徑為r,線圈面積為S,導(dǎo)線橫截面積為S′,電阻率為ρ。由法拉第電磁感應(yīng)定律知E=由閉合電路歐姆定律知I=,由電阻定律知R=則I=cos30。其中、ρ、S′均為恒量,所以I∝r,故選C。,2.一個(gè)200匝、面積為20cm2的線圈,放在磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向與線圈平面成30角,若磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05s內(nèi)由0.1T增加到0.5T,在此過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為多少?,【解析】由題意知:n=200,S=20cm2,Δt=0.05s,B1=0.1T,B2=0.5T,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小答案:1.6V,3.如圖甲所示的螺線管,匝數(shù)n=1500匝,橫截面積S=20cm2,方向向右穿過螺線管的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化。則,(1)2s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量是多少?(2)磁通量的平均變化率多大?(3)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為多少?,【解析】(1)磁通量的變化量是由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的,則Φ1=B1S,Φ2=B2S,ΔΦ=Φ2-Φ1,所以ΔΦ=ΔBS=(6-2)2010-4Wb=810-3Wb(2)磁通量的變化率為=410-3Wb/s,(3)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=n=1500410-3V=6.0V答案:(1)810-3Wb(2)410-3Wb/s(3)6.0V,知識(shí)點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)探究導(dǎo)入:如圖所示的裝置,由一塊安裝在列車車頭底部的強(qiáng)磁鐵和埋設(shè)在軌道下面的一組線圈及電學(xué)測(cè)量?jī)x器組成(記錄測(cè)量?jī)x器未畫出)。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時(shí),由于穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。請(qǐng)思考:,如果已知強(qiáng)磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈垂直列車運(yùn)行方向的長(zhǎng)度l、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E,能否測(cè)出列車的運(yùn)行速度呢?,提示:可以測(cè)出列車的運(yùn)行速度。列車運(yùn)行時(shí),線圈會(huì)切割磁感線,由公式E=Blv可求得列車的運(yùn)行速度。,【歸納總結(jié)】1.導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):(1)對(duì)公式E=Blvsinθ的理解:①該公式可看成法拉第電磁感應(yīng)定律的一個(gè)推論,通常用來求導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度為v時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),隨著v的變化,E也相應(yīng)變化;若v為平均速度,則E也為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,②當(dāng)B、l、v三個(gè)量方向互相垂直時(shí),θ=90,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,E=Blv;當(dāng)有任意兩個(gè)量的方向互相平行時(shí),θ=0,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,E=0。,(2)有效長(zhǎng)度:E=Blv中的l應(yīng)理解為導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的有效長(zhǎng)度,導(dǎo)體切割磁感線的情況應(yīng)取與B和v垂直的等效導(dǎo)體長(zhǎng)度。,2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):當(dāng)導(dǎo)體繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如圖所示,由于導(dǎo)體上各點(diǎn)的速度不同,自圓心向外隨半徑增大,速度是均勻增加的,所以導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的平均速度為由公式E=Bl得,E=Bl,【典題通關(guān)】考查角度1導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線【典例1】如圖,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻④,質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上,t=0時(shí),金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下②由靜止開始運(yùn)動(dòng)①,t0時(shí)刻,,金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域④,且在磁場(chǎng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng)③。桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì),兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。重力加速度大小為g。②求:,(1)金屬桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小。(2)電阻的阻值。,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】(1)由題意可知0～t0時(shí)間內(nèi)受力分析如圖甲所示F合=F-f①f=μmg②物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)F合=ma③,物體勻加速進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間的速度為v,則v=at0④由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=Blv⑤由①②③④⑤可得E=(F-μmg)⑥,(2)金屬桿在磁場(chǎng)中的受力分析如圖乙所示由桿在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)可知F-F安-f=0⑦f=μmg⑧由安培力可知F安=BIl⑨,由歐姆定律可知I=⑩由⑥⑦⑧⑨⑩可知R=答案:(1)(F-μmg)(2),考查角度2導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線【典例2】(多選法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是(),A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則電流大小恒定B.若從上往下看,圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b的方向流動(dòng)C.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍,【正確解答】選A、B。若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則相當(dāng)于無數(shù)切割磁感線的導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度恒定,切割磁感線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Br2ω也恒定,則電流大小恒定,A正確;由右手定則可知,從上往下看,只要圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),電流就沿a到b的方向流動(dòng),不會(huì)改變,B正確,C錯(cuò)誤;由于電流在R上的熱功率與電流的平方成正比,圓盤,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí),圓盤切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉淼?倍,電流也變?yōu)樵瓉淼?倍,電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.如圖,空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E,將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且相互垂直的折,彎,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi),當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E′,則等于(),【解析】選B。若直金屬棒的長(zhǎng)為L(zhǎng),則彎成折線后,有效切割長(zhǎng)度為根據(jù)E=Blv可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與有效切割長(zhǎng)度成正比,故B正確。,2.(2018揭陽(yáng)高二檢測(cè))一直升機(jī)停在南半球的地磁極上空。該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。直升機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為l,螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f,順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳,螺旋槳按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示。如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,用E表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即(),A.E=πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B.E=2πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C.E=πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D.E=2πfl2B,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì),【解析】選A。螺旋槳葉片繞著O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv=Blvb=Bl(ωl)=B(2πf)l2=πfl2B,由右手定則判斷出b點(diǎn)電勢(shì)比a點(diǎn)電勢(shì)高。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)如圖所示,一個(gè)金屬圓環(huán)放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,將它勻速拉出磁場(chǎng),下列說法中正確的是(不計(jì)重力)(),A.環(huán)中感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針方向B.環(huán)中感應(yīng)電流的強(qiáng)度大小不變C.所施加水平拉力的大小不變D.若將此環(huán)向左拉出磁場(chǎng),則環(huán)中感應(yīng)電流的方向也是順時(shí)針方向,【解析】選A、D。環(huán)向右拉出的過程中,在磁場(chǎng)中的部分切割磁感線,相當(dāng)于電源,故根據(jù)右手定則,可以判斷出感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針方向,或向右拉出的過程中,環(huán)中的磁通量在減少,所以根據(jù)楞次定律可以判斷出環(huán)中電流的方向是順時(shí)針方向,A正確;因?yàn)槭莿蛩倮?所以拉力的大小應(yīng)等于環(huán)受到的安培力的大小,環(huán)中的,電流是先增大后減小,切割磁感線的有效長(zhǎng)度也是先增大后減小,所以安培力是先增大后減小,故拉力是先增大后減小,B、C錯(cuò)誤;若將環(huán)向左拉出磁場(chǎng),環(huán)中的磁通量在減少,根據(jù)楞次定律可以判斷出環(huán)中感應(yīng)電流的方向也是順時(shí)針方向,D正確。,2.長(zhǎng)為l的金屬棒ab以a點(diǎn)為軸在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度ω做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求:,(1)ab棒各點(diǎn)的平均速率。(2)ab兩端的電勢(shì)差。(3)經(jīng)時(shí)間Δt金屬棒ab所掃過面積中磁通量為多少?此過程中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?,【解析】(1)ab棒各點(diǎn)的平均速率(2)ab兩端的電勢(shì)差:E=(3)經(jīng)時(shí)間Δt金屬棒ab所掃過的扇形面積為ΔS,則:,由法拉第電磁感應(yīng)定律得:答案:,知識(shí)點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的電路問題探究導(dǎo)入:如圖所示,甲圖中導(dǎo)體棒(有電阻)沿水平導(dǎo)軌做切割磁感線運(yùn)動(dòng),乙圖中磁鐵靠近線圈時(shí),電路中均產(chǎn)生了感應(yīng)電流。,(1)甲圖電路中哪部分產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?(2)乙圖電路中哪部分產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?提示:(1)導(dǎo)體棒產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)線圈產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,【歸納總結(jié)】1.內(nèi)電路和外電路:(1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源。(2)該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻,其余部分是外電路。,2.問題分類:(1)確定等效電源的正負(fù)極、感應(yīng)電流的方向、電勢(shì)高低、電容器極板帶電性質(zhì)等問題。(2)根據(jù)閉合電路求解電路中的總電阻、路端電壓、電功率等問題。(3)根據(jù)電磁感應(yīng)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求解電路中通過的電荷量:,3.公式E=與E=Blvsinθ的區(qū)別與聯(lián)系:,【典題通關(guān)】考查角度1公式E=在電路中的應(yīng)用【典例1】(2018廊坊高二檢測(cè))如圖所示,面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律為B=2+0.2tT,定值電阻R1=6Ω,線圈電阻R2=4Ω,求:,(1)磁通量變化率,回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)a、b兩點(diǎn)間電壓Uab。,【正確解答】(1)由B=(2+0.2t)T得=0.2T/s故=0.04Wb/sE=n=4V,(2)線圈相當(dāng)于電源,Uab是外壓Uab=R1=2.4V。答案:(1)0.04Wb/s4V(2)2.4V,考查角度2公式E=Blv在電路中的應(yīng)用【典例2】固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd,邊長(zhǎng)為l,其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲,其余三邊均為電阻可忽略的銅線。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里?，F(xiàn)有一段與ab段的,材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度均相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上,如圖所示。若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc,當(dāng)其滑過l的距離時(shí),通過aP段電阻的電流是多大?方向如何?世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)86176012,【正確解答】PQ右移切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),相當(dāng)于電源,外電路由Pa與Pb并聯(lián)而成,PQ滑過時(shí)的等效電路如圖所示,PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=Blv,方向由Q指向P。,外電路總電阻為R外=電路總電流為:I=aP段電流大小為IaP=,方向由P到a。答案:方向由P到a,【規(guī)律方法】電磁感應(yīng)中電路問題的分析方法(1)明確哪一部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),該導(dǎo)體或電路就是電源,其他部分是外電路。(2)用法拉第電磁感應(yīng)定律及推導(dǎo)公式計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。,(3)將發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的導(dǎo)體看作電源,與電路整合,作出等效電路。(4)運(yùn)用閉合回路歐姆定律,部分電路歐姆定律,串、并聯(lián)電路的性質(zhì)及電壓、電功率分配等公式進(jìn)行求解。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2018天津高考)如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下。現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說法正確的是(),A.ab中的感應(yīng)電流方向由b到aB.ab中的感應(yīng)電流逐漸減小C.ab所受的安培力保持不變D.ab所受的靜摩擦力逐漸減小,【解析】選D。金屬棒ab、電阻R、導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小(=k為定值),則閉合回路中的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,可知回路中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,ab中的電流方向由a到b,故A錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E==kS,回路面積S不變,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為定值,根據(jù)歐姆定律I=,所以ab中的電流大小不變,故B錯(cuò)誤;安培力,F=BIL,電流大小不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,則安培力減小,故C錯(cuò)誤;金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài),所受合力為零,對(duì)其受力分析,水平方向靜摩擦力f與安培力F等大反向,安培力減小,則靜摩擦力減小,故D正確。,2.如圖所示,傾角為α的光滑導(dǎo)軌上端接入一定值電阻,Ⅰ和Ⅱ是邊長(zhǎng)都為L(zhǎng)的兩正方形磁場(chǎng)區(qū)域,其區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)方向都垂直于導(dǎo)軌平面向上,區(qū)域Ⅰ中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,恒定不變,區(qū)域Ⅱ中磁場(chǎng)隨時(shí)間按B2=kt變化,一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿穿過區(qū)域Ⅰ垂直地跨放在兩導(dǎo)軌上,并恰能保持靜止(金屬桿所受安培力沿斜面向上)。試求:,(1)通過金屬桿的電流大小。(2)定值電阻的阻值為多大?,【解析】(1)對(duì)金屬桿:mgsinα=B1IL①解得:I=②(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E==kL2③閉合電路的電流I=④,,聯(lián)立②③④得:答案:,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于線框平面(紙面)向里,其邊界與正方形線框的邊平行。現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同的方向平移出磁場(chǎng),如圖所示,則在移出過程中線框一邊a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是(),【解析】選B。線框在移出的過程中,始終只有一條邊在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),因此四種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都相等。又因?yàn)榫€框是由粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形,所以每一邊的電阻都相同。當(dāng)只有ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作為電源時(shí),其兩點(diǎn)間的電壓為路端電壓,即為三條邊的電阻兩端的總電壓,這時(shí)其兩點(diǎn)間的電勢(shì)差絕對(duì)值才會(huì)最大。,2.有一匝數(shù)為100匝的線圈,單匝線圈的面積為100cm2。線圈中總電阻為0.1Ω,線圈中磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖所示,且磁場(chǎng)方向垂直于環(huán)面向里,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?,【解析】取線圈為研究對(duì)象,在1～2s內(nèi),其磁通量的變化量為ΔΦ=Φ2-Φ1=(B2-B1)S,磁通量的變化率為由公式E=得E=100=0.1V。答案:0.1V,【拓展例題】考查內(nèi)容:瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)和平均電動(dòng)勢(shì)【典例】如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。一個(gè)匝數(shù)n=50的矩形線圈邊長(zhǎng)ab=0.2m,bc=0.1m,以角速度ω=314rad/s繞ab邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求:,(1)圖示位置時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過90這段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,【正確解答】(1)在題圖中位置的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由公式E=nBlv得E=500.50.20.1314V=157V。(2)這段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由公式得答案:(1)157V(2)100V,科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境——空間站運(yùn)行中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)【命題素材】空間站在運(yùn)行過程中展開的太陽(yáng)能電池板,因切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)?在電池板的兩端連接小燈泡時(shí),小燈泡能否發(fā)光呢?,【信息提取流程】1.信息定位:太陽(yáng)能電池板切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.物理模型:導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3.物理知識(shí):E=Blv。4.結(jié)果討論:太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和燈泡相接時(shí),燈泡能否發(fā)光。,【案例示范】據(jù)報(bào)道,一法國(guó)攝影師拍到“天宮一號(hào)”空間站飛過太陽(yáng)的瞬間。照片中,“天宮一號(hào)”的太陽(yáng)帆板輪廓清晰可見。如圖所示,假設(shè)“天宮一號(hào)”正以速度v=7.7km/s繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方向與太陽(yáng)帆板兩端M、N的連線垂直,M、N間的距離L=20m,地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于v、MN所在平面的分量B=1.010-5T,將太陽(yáng)帆板視為導(dǎo)體。,(1)求M、N間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E。(2)在太陽(yáng)帆板上將一只“1.5V0.3W”的小燈泡與M、N相連構(gòu)成閉合電路,不計(jì)太陽(yáng)帆板和導(dǎo)線的電阻。試判斷小燈泡能否發(fā)光,并說明理由。,【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=BLv,代入數(shù)據(jù)得E=1.54V。(2)不能,因?yàn)榇┻^閉合回路的磁通量不變,不產(chǎn)生感應(yīng)電流。答案:(1)1.54V(2)不能,理由見解析,【類題訓(xùn)練】(多選)“衛(wèi)星懸繩發(fā)電”是人類為尋找衛(wèi)星的新型電力能源供應(yīng)系統(tǒng)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)在實(shí)驗(yàn)中,用飛機(jī)拖著一根很長(zhǎng)的金屬線(其下端懸掛一個(gè)金屬球,以保證金屬線總是呈豎直狀態(tài)),在我國(guó)上空平行地面飛行,如果用該系統(tǒng)為衛(wèi)星供電,則下列說法正確的是(),A.這是利用運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線切割地磁場(chǎng)的磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理,金屬線相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的繞組線圈B.如果飛機(jī)自西向南飛行,金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生C.如果飛機(jī)自南向北飛行,金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生D.如果飛機(jī)由西北方向飛向東南方向,金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生,【解析】選A、B、D。用飛機(jī)拖著一根很長(zhǎng)的金屬線(其下端懸掛一個(gè)金屬球,以保證金屬線總是呈豎直狀態(tài)),飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí),只要做切割磁感線運(yùn)動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故是利用運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線切割地磁場(chǎng)的磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理,金屬線相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的繞組線圈,故A正確;由于地理的南極是地磁的北極,地理的北極是地磁,的南極,故磁感線是呈南北分布的,故如果飛機(jī)自西向南飛行,能做切割磁感線運(yùn)動(dòng),故金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故B正確;磁感線是呈南北分布的,如果飛機(jī)自南向北飛行,導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向平行,故不能產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C錯(cuò)誤;磁感線是呈南北分布的,如果飛機(jī)由西北方向飛向東南方向,能做切割磁感線運(yùn)動(dòng),故金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故D正確。,