2019-2020年高中物理 1.5《法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用(一)》學(xué)案 粵教版選修3-2.doc
2019-2020年高中物理 1.5法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用(一)學(xué)案 粵教版選修3-2一.法拉第電磁感應(yīng)定律1、內(nèi)容: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變化率成正比 2、公式: 3、理解法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意(1)、/t的區(qū)別磁通量為狀態(tài)量,指“線圈在某位置(某一時(shí)刻)的磁通量”;磁通變化量為過程量,指 “線圈從某一位置到另一位置過程中(某段時(shí)間內(nèi))的磁通變化量”; 磁通量的變化量一般有三種情況:當(dāng)回路面積S不變的時(shí)候, ;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變的時(shí)候,;當(dāng)回路面積S和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都不變,而他們的相對(duì)位置發(fā)生變化(如轉(zhuǎn)動(dòng))的時(shí)候,(S1是回路面積S在與B垂直方向上的投影的變化量) /t磁通變化率也是狀態(tài)量,它是描寫磁通量變化快慢的物理量,等于磁通變化量與完成這一變化所用時(shí)間的比值。磁通量通常為時(shí)間的函數(shù),這一函數(shù)如果存在最大值和最小值,則磁通量最大的時(shí)刻,磁通的變化率一定為零。 (2)公式適用于回路磁通量變化的的情況,但是回路不一定要閉合。(3)公式中,若t 取一段時(shí)間,則E為t這段時(shí)間內(nèi)的平均值,要注意的是當(dāng)磁能量的變化率不是均勻變化時(shí),平均電動(dòng)勢(shì)一般不等于初態(tài)與末態(tài)電動(dòng)勢(shì)的算術(shù)平均值。若t趨近于零,則E為瞬時(shí)值。(4)不能決定E的大小,/t才能決定E的大小,而/t與之間無大小上的必然聯(lián)系。圖1(5)當(dāng)僅由B的變化引起時(shí),當(dāng)僅由S的變化引起時(shí),則。4、導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)公式推導(dǎo),如圖1當(dāng)導(dǎo)體由ab勻速移動(dòng)到a1b1時(shí),S=Lvt,=BS=BLvt,由得E=BLv (2)E=BLv中,v是導(dǎo)體垂直切割磁感線時(shí)的速度,L是做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的部分導(dǎo)體的長(zhǎng)度,此式只適用于BLv三者相互垂直的情況。圖2VVV圖3(3)若導(dǎo)線是曲折的,或L、V與B不是兩兩垂直,則L應(yīng)是導(dǎo)線的有效切割長(zhǎng)度。如圖2所示三種情況下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。 (4) 導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi),繞一端以角速度w勻速轉(zhuǎn)動(dòng),切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),如圖3所示 E=BLV中=BL2w/2式中的V中為導(dǎo)體桿中心的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度。(5)兩種方法求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比較是求整個(gè)回路的總電動(dòng)勢(shì),并且求出的是t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而公式E=BLV求出的只是切割磁感線的那部分導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),不一定是回路中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),并且它一般用于求某一時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).二典型例題圖4例1、有一面積為S=100cm2的金屬環(huán),電阻為R=0.1W,環(huán)中磁場(chǎng)的變化規(guī)律如下圖4所示,且磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,在t1到t2時(shí)間內(nèi),通過金屬環(huán)的電量是多少?解析由圖象可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為 線圈中的磁通量的變化率線圈中的感應(yīng)電流通過環(huán)的電量圖5【點(diǎn)評(píng)】本題是磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)類型,此外還需用閉合電路歐姆定律,電流的定義,并能由圖象識(shí)別環(huán)中磁場(chǎng)的變化規(guī)律,方能正確解題。例2、如圖5所示,長(zhǎng)L的金屬導(dǎo)線下懸一小球,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作圓錐擺運(yùn)動(dòng),圓錐的半頂角為q,擺球的角速度為w,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,試求金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解析金屬導(dǎo)線切割磁感線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)=Lsinq,各點(diǎn)平均切割速度為,所以金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).圖6例3如圖6所示,粗細(xì)均勻的電阻為r的的金屬環(huán)放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的垂直環(huán)面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,圓環(huán)直徑為d,長(zhǎng)d、電阻為r/2的金屬棒ab在中點(diǎn)處與環(huán)相切,使ab始終以垂直棒的速度V向左運(yùn)動(dòng),當(dāng)達(dá)到圓環(huán)直徑位置時(shí),ab棒兩端的電勢(shì)差大小為多少?圖7解析ab到達(dá)虛線所示的的直徑位置時(shí),ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=BdV 電路等效如圖7所示, 【點(diǎn)評(píng)】本題是電磁感應(yīng)中的電路問題,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體(或線圈)相當(dāng)于電源,這部分導(dǎo)體(或線圈)要看作內(nèi)電路,導(dǎo)體(或線圈)的電阻是電源的內(nèi)阻;解決這類問題還要結(jié)合電路的有關(guān)規(guī)律,如歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)等進(jìn)行求解。例4、有一單匝線圈位于磁場(chǎng)中,線圈平面和磁場(chǎng)方向垂直,線圈的質(zhì)量不計(jì),在t1=0.1s時(shí)間內(nèi)將線圈勻速拉出磁場(chǎng),設(shè)外力所做的功為W1,通過導(dǎo)線的感應(yīng)電量q1;若在t2=0.5s時(shí)間內(nèi)重將一圈勻速平移到磁場(chǎng)原位置,設(shè)外力所做的功為W2,通過導(dǎo)線的感應(yīng)電量為q2,則A.W1>W2,q1>q2 B. W1<W2,q1<q2C. W1<W2,q1=q2 D. W1>W2,q1=q2解析線圈從磁場(chǎng)中勻速拉出或拉進(jìn)時(shí),由于穿過線圈的磁通量減少或增多,使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,此電流又受安培力的作用,為使其勻速平移,必施以一方向與此相反的外力且大小與安培力相等,由此可看出外力做的功完全用來轉(zhuǎn)化為線圈的電熱,即,L為邊長(zhǎng),d為線圈平移的位移,L、d為線圈平移的位移,L、d均不變,因?yàn)閠1:t2=5:1,所以W1:W2= t2:t1=5:1,即W1>W2,又與t無關(guān),所以q1=q2【點(diǎn)評(píng)】本題是關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問題,通過數(shù)學(xué)計(jì)算,拉出過程中,磁通量變化相同,而時(shí)間不同,t越短,做功越多,也可定性分析,由W=Fd可知第一次快拉F大;第二次F小,故W1>W2.另外,所以只要是同一線圈,不論是以多長(zhǎng)時(shí)間拉出磁場(chǎng)或拉進(jìn),導(dǎo)線內(nèi)通過的電量取決于磁通量的變化和線圈電阻