高中物理《法拉第電磁感應(yīng)定律》學(xué)案 （人教版選修3-2）

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111 選修3-2第四章第4節(jié)《法拉第電磁感應(yīng)定律》 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) （1）．知道什么叫感應(yīng)電動勢。 （2）．知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別Φ、ΔΦ、 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 1、什么是感應(yīng)電動勢和反電動勢 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，當(dāng)_________________，必產(chǎn)生電動勢，這種電動勢叫做感應(yīng)電動勢。 2、法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是什么 電路中感應(yīng)電動勢的大小跟______________________成正比，這個規(guī)律就叫做法拉第電磁感應(yīng)定律，其表達(dá)式為_________________。 3．穿過一個電阻為R=1的單匝閉合線圈的磁通量始終每秒鐘均勻的減少2Wb，則： （A）線圈中的感應(yīng)電動勢每秒鐘減少2V (B)線圈中的感應(yīng)電動勢是2V (C)線圈中的感應(yīng)電流每秒鐘減少2A （D）線圈中的電流是2A 4．下列幾種說法中正確的是： (B) 線圈中的磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 (C) 穿過線圈的磁通量越大，線圈中的感應(yīng)電動勢越大 (D) 線圈放在磁場越強(qiáng)的位置，線圈中的感應(yīng)電動勢越大 (E) 線圈中的磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大 5．有一個n匝線圈面積為S，在時間內(nèi)垂直線圈平面的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化了，則這段時間內(nèi)穿過n匝線圈的磁通量的變化量為 ，磁通量的變化率為 ，穿過一匝線圈的磁通量的變化量為 ，磁通量的變化率為 。 6．如圖1所示，前后兩次將磁鐵插入閉合線圈的相同位置，第一次用時0.2S，第二次用時1S；則前后兩次線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之比 7．如圖2所示，用外力將單匝矩形線框從勻強(qiáng)磁場的邊緣勻速拉出．設(shè)線框的面積為S，磁感強(qiáng)度為B，線框電阻為R，那么在拉出過程中，通過導(dǎo)線截面的電量是______． 自主學(xué)習(xí)答案： 3.BD 4.D 5. 6.5:1 7. 三、提出疑惑 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？ 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，磁通量發(fā)生變化的方式有哪些情況？ 恒定電流中學(xué)過，電路中存在持續(xù)電流的條件是什么？ 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，既然閉合電路中有感應(yīng)電流，這個電路中就一定有電動勢。 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢。下面我們就來探討感應(yīng)電動勢的大小決定因素。 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) （1）．理解法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式，知道E=BLvsinθ如何推得。 （2）．會用和E=BLvsinθ解決問題。 學(xué)習(xí)重難點(diǎn)： 重點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律的建立和理解 難點(diǎn)： （1）.磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率三者的區(qū)別。 （2）.理解E=nΔφ/Δt是普遍意義的公式，計算結(jié)果是感應(yīng)電動勢相對于Δt時間內(nèi)的平均值，而E=BLv是特殊情況下的計算公式，計算結(jié)果一般是感應(yīng)電動勢相對于速度v的瞬時值。 二、學(xué)習(xí)過程 探究一：感應(yīng)電動勢 在圖a與圖b中，若電路是斷開的，有無電流？有無電動勢？ 電路斷開，肯定無電流，但有電動勢。 電動勢大，電流一定大嗎？電流的大小由電動勢和電阻共同決定。 圖b中，哪部分相當(dāng)于a中的電源？螺線管相當(dāng)于電源。 圖b中，哪部分相當(dāng)于a中電源內(nèi)阻？線圈自身的電阻。 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電動勢.有感應(yīng)電動勢是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。 探究二：電磁感應(yīng)定律 問題1：在實驗中，電流表指針偏轉(zhuǎn)原因是什么? 問題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? 問題3：第一個成功實驗中，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快插入和慢插入有什么相同和不同? 探究三：導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 導(dǎo)體切割磁感線時，感應(yīng)電動勢如何計算呢？用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？ 三. 反思總結(jié) 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 -讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 四 當(dāng)堂檢測 展示如圖所示電路，閉合電路一部分導(dǎo)體ab處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢？（課件展示） 解析：設(shè)在Δt時間內(nèi)導(dǎo)體棒由原來的位置運(yùn)動到a1b1，這時線框面積的變化量為 ΔS=LvΔt 穿過閉合電路磁通量的變化量為 ΔΦ=BΔS=BLvΔt 據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，得 E==BLv 這是導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢計算更簡捷公式，需要理解 （1）B,L,V兩兩垂直 （2）導(dǎo)線的長度L應(yīng)為有效長度 （3）導(dǎo)線運(yùn)動方向和磁感線平行時，E=0 （4）速度V為平均值（瞬時值），E就為平均值（瞬時值） 問題：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向跟磁感線方向有一個夾角θ，感應(yīng)電動勢可用上面的公式計算嗎？ 教師：讓我們進(jìn)行下面的推導(dǎo)。用CAI課件展示如圖所示電路，閉合電路的一部分導(dǎo)體處于勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體棒以v斜向切割磁感線，求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 解析：可以把速度v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。后者不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。前者切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 E=BLv1=BLvsinθ ［強(qiáng)調(diào)］在國際單位制中，上式中B、L、v的單位分別是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），θ指v與B的夾角。 例題2：下列說法正確的是（ ） ? A.線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 ? B.線圈中的磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 ? C.線圈處在磁場越強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大 ? D.線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大 例題3：一個匝數(shù)為100、面積為10cm2的線圈垂直磁場放置，在0. 5s內(nèi)穿過它的磁場從1T增加到9T。求線圈中的感應(yīng)電動勢。 解：由電磁感應(yīng)定律可得E=nΔΦ/Δt① ΔΦ＝ ΔＢＳ② 由① ②聯(lián)立可得E=n ΔＢＳ/Δt 代如數(shù)值可得Ｅ＝１６Ｖ 課后練習(xí)與提高 1.法拉第電磁感應(yīng)定律可以這樣表述：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小 （ ） A.跟穿過這一閉合電路的磁通量成正比 B.跟穿過這一閉合電路的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比 C.跟穿過這一閉合電路的磁通量的變化率成正比 D.跟穿過這一閉合電路的磁通量的變化量成正比 點(diǎn)評：熟記法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容 2.將一磁鐵緩慢地或迅速地插到閉合線圈中同樣位置處，不發(fā)生變化的物理量有 （ ） A.磁通量的變化率 B.感應(yīng)電流的大小 C.消耗的機(jī)械功率 D.磁通量的變化量 E.流過導(dǎo)體橫截面的電荷量 點(diǎn)評：插到同樣位置，磁通量變化量相同，但用時不同 3.恒定的勻強(qiáng)磁場中有一圓形閉合導(dǎo)線圈，線圈平面垂直于磁場方向，當(dāng)線圈在磁場中做下列哪種運(yùn)動時，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流 （ ） A.線圈沿自身所在平面運(yùn)動 B.沿磁場方向運(yùn)動 C.線圈繞任意一直徑做勻速轉(zhuǎn)動 D.線圈繞任意一直徑做變速轉(zhuǎn)動 點(diǎn)評：判斷磁通量是否變化 4.一個矩形線圈，在勻強(qiáng)磁場中繞一個固定軸做勻速運(yùn)動，當(dāng)線圈處于如圖所示位置時，此線圈 （ ） A.磁通量最大，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動勢最小 B.磁通量最大，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動勢最大 C.磁通量最小，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動勢最大 D.磁通量最小，磁通量變化率最小，感應(yīng)電動勢最小 解析：這時線圈平面與磁場方向平行，磁通量為零，磁通量的變化率最大. 5．一個N匝的圓線圈，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成30角，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻變化，線圈導(dǎo)線規(guī)格不變.下列方法中可使線圈中感應(yīng)電流增加一倍的是 （ ） A.將線圈匝數(shù)增加一倍 B.將線圈面積增加一倍 C.將線圈半徑增加一倍 D.適當(dāng)改變線圈的取向 解析：A、B中的E雖變大一倍，但線圈電阻也相應(yīng)發(fā)生變化. 6．如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)運(yùn)動的整個過程中棒的取向不變且不計空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將 （ ） A.越來越大 B.越來越小 C.保持不變 D.無法確定 點(diǎn)評：理解E=BLv中v是有效切割速度 7．如圖所示，C是一只電容器，先用外力使金屬桿ab貼著水平平行金屬導(dǎo)軌在勻強(qiáng)磁場中沿垂直磁場方向運(yùn)動，到有一定速度時突然撤銷外力.不計摩擦，則ab以后的運(yùn)動情況可能是 A.減速運(yùn)動到停止 B.來回往復(fù)運(yùn)動 C.勻速運(yùn)動 D.加速運(yùn)動 點(diǎn)評：電容器兩端電壓不變化則棒中無電流 8．橫截面積S=0.2 m2、n=100匝的圓形線圈A處在如圖所示的磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為0.02 T/s.開始時S未閉合，R1=4 Ω，R2=6Ω，C=30 μF，線圈內(nèi)阻不計，求： （1）閉合S后，通過R2的電流的大??； （2）閉合S后一段時間又?jǐn)嚅_，問S斷開后通過R2的電荷量是多少? 所以Q=CU2=3010-60.04 C=7.210-6 C. 答案：1.C,2. DE, 3.CD, 4.C, 5.CD, 6.C, 7.C 8:解：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率的大小為=0.02 T/s，B逐漸減弱， 所以E=n=1000.020.2 V=0.4 V I= A=0.04 A，方向從上向下流過R2. （2）R2兩端的電壓為U2=0.4 V=0.24 V 111