高二物理教案：第02讲 感应电动势 12页

辅导教案 学员姓名： 学科教师： ‎ 年 级：高二 辅导科目：物理 ‎ 授课日期 ‎××年××月××日 ‎ 时 间 A / B / C / D / E / F段 主 题 感应电动势 教学内容 ‎1. 能够掌握感应电动势的基本计算方法 ‎2. 会画动生电动势的等效电路图 教法指导：本环节采用提问抢答的进行，如果学生的抢答不积极，可以适当采用轮换回答的方式进行。建议时间10分钟。‎ ‎1 法拉第电磁感应定律 ‎（1）内容：闭合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：，n为线圈匝数。‎ ‎2 导体切割磁感线的情形 ‎（1）若B、l、v相互垂直，则。‎ ‎（2），为运动方向与磁感线方向的夹角。‎ ‎（3）导体棒在磁场中转动：导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势（平均速度取中点位置线速度）‎ 特别提示：往往用来求时间内的平均感应电动势；而常用来求瞬时感应电动势，但两公示又是统一的。一般来说，公示适用于磁场变化求感应电动势，适用于切割磁感线求感应电动势。‎ 一、 感生电动势的计算 教学指导：注意加强对于公式的讲解，使学生能够充分理解公式中的基本物理量 例1：:一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直．先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍．接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半．先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为( )‎ A． B．1 C．2 D．4 ‎ ‎【解析】根据法拉第电磁感应定律E＝＝，设初始时刻磁感应强度为B0，线圈面积为S0，则第一种情况下的感应电动势为E1＝＝＝B0S0；第二种情况下的感应电动势为E2＝＝＝B0S0，所以两种情况下线圈中的感应电动势相等，比值为1，故选项B正确．‎ ‎【答案】B 变式练习1有一面积为S＝100 cm2的金属环如图甲所示，电阻为R＝0.1 Ω，环中磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直环面向里，在t1到t2时间内 ‎(1)环中感应电流的方向如何？‎ ‎(2)通过金属环的电荷量为多少？‎ ‎【答案】（1）逆时针 （2）0.01C 变式练习2穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图中的甲～丁所示．下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是(　　)‎ A．图甲中回路产生的感应电动势恒定不变 B．图乙中回路产生的感应电动势一直在变大 C．图丙中回路在0～t1时间内产生的感应电动势小于在t1～t2时间内产生的感应电动势 D．图丁中回路产生的感应电动势先变小后变大 ‎【答案】D ‎ 变式练习3一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中，如图所示，线圈平面与磁场方向成60°角，磁感应强度随时间均匀变化，用下列哪些方法可使感应电流增加一倍(　　)‎ A．把线圈匝数增加一倍 B．把线圈面积增加一倍 C．把线圈半径增加一倍 D．改变线圈与磁场方向的夹角 ‎【答案】C 一、 公式的应用 教学指导：注意以引导学生对于有效切割的理解，以及区分与感生电动势的区别 例2： 如图所示，平行导轨间距为d，左端跨接一个电阻R，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于平行金属导轨所在平面．一根金属棒与导轨成θ角放置，金属棒与导轨的电阻均不计．当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金属导轨上滑行时，通过电阻R的电流是(　　) ‎ A． B． C． D．‎ ‎【解析】杆子与速度相互垂直，所以不需要进行分解，运用公式即可 ‎【答案】 D 变式练习1 如图中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)(　　)‎ A．由c到d，I＝Br2ω/R B．由d到c，I＝Br2ω/R C．由c到d，I＝Br2ω/(2R)‎ ‎ D．由d到c，I＝Br2ω/(2R)‎ ‎【答案】 D 变式练习2 在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒PQ以初速度v0水平抛出，如图所示．棒在运动过程中始终保持水平，空气阻力不计，那么，下列说法中正确的是(　　)‎ A．PQ棒两端的电势一定满足φP<φQ B．PQ棒中的感应电动势越来越大 C．PQ棒中的感应电动势越来越小 D．PQ棒中的感应电动势保持不变 ‎【答案】AD 变式练习3 如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO′对称的位置时(　　)‎ A．穿过回路的磁通量为零 B．回路中感应电动势大小为2Blv0‎ C．回路中感应电流的方向为顺时针方向 D．回路中ab边与cd边所受安培力方向相同 ‎【答案】ABD ‎（时间30分钟，满分100分，附加题20分）‎ ‎【A组】‎ ‎1、在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为L＝0.4 m，如图所示，框架上放置一质量为0.05 kg，电阻为1 Ω的金属杆cd，框架电阻不计．若cd杆以恒定加速度a＝2 m/s2，由静止开始做匀变速运动，则 ‎(1)在5 s内平均感应电动势是多少？‎ ‎(2)第5 s末，回路中的电流多大？‎ ‎2、如图甲所示，一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路．线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计．求0至t1时间内：通过电阻R1上的电流大小和方向；‎ ‎3、某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过．设落潮时，海水自西向东流，流速为2 m/s.下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表记录的电压为5 mV B．电压表记录的电压为9 mV C．河南岸的电势较高 D．河北岸的电势较高 ‎4、如图所示，在宽为0.5m的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为r=0.6Ω的直导体，在导轨的两端分别连接两个电阻R1=4Ω、R2=6Ω，其它电阻不计。整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中，如图所示，磁感应强度B=0.1T。当直导体在导轨上以V=6m/s的速度向右运动时, 求:直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大小。‎ 5、 一个200匝、面积为20cm2在圆形线圈，放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面成300角，磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T。在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量是多大？磁通量的平均变化率是多大？线圈中感应电动势的大小为少？‎ ‎6、有一面积为100cm2的金属环，其电阻，环处于一变化的磁场中，其变化规律按图所示规律进行，已知环面与磁场方向垂直，求当在时间内磁场发生变化时，引起环上产生感应电流的大小为__________，方向为________。‎ ‎【答案】1、(1)0.4 V　(2)0.8 A　‎ ‎2、I1＝ 电流方向从b到a ‎3、BD ‎4、E＝BLV=0.1×0.5×6=0.3V Uab=ER外/(R外+r)=0.3×2.4/（2.4+0.6）=0.24V I1=Uab/ R1 =0.06A I2= Uab/ R2=0.04A 5、 ΔΦ=ΔB×S×sin300=(0.5-0.4) 20×10-4×0.5=8×10-4Wb；ΔΦ/Δｔ=8×10-4/0.05=1.6×10-2Wb/s；‎ E=ｎΔΦ/Δｔ=1.6×10-2 ×200=3.2V ‎ ‎6、 ；逆时针方向 ‎【B组】‎ ‎1、如图所示，用带有绝缘外皮的导线制成一个圆环，环内用完全相同的导线折成一个圆内接正四边形，把它们放在一个均匀变化的磁场中，已知圆环中产生的感应电流为mA，试求内接正四边形中产生的感应电流为多大？（设圆环内及正四边形的电流磁场不影响外磁场的变化）‎ ‎2、在垂直于匀强磁场的平面内，固定着同种导线制成的同心金属圆环A、B，环半径为RB=2RA。当磁场随时间均匀变化时，两环中感应电流IA：IB为（ ）‎ A、1：2 B、2：1 C、1：4 D、4：1。‎ ‎3、一根长L＝0.40m的直导线，在磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中运动，设直导线垂直于磁感线，运动方向跟磁感线也垂直，那么当直导线的速度为__ __m/s时，该直导线中感应电动势的大小才能为1.5V。‎ ‎4、如图所示匀强磁场方向水平向外，磁感应强度B＝0.20T，金属棒Oa长L＝0.60m，绕O点在竖直平面内以角速度ω＝100rad/s顺时针匀速转动，则金属棒中感应电动势的大小是__________。‎ O a ‎5、在磁感应强度B为0.4T的匀强磁场中，让长0.2m的导 体 ab在金属框上以6m/s的速度向右移动，如图所示，此时ab中感应电动势的大小等于________V；如果R1＝6Ω，R2=3Ω，其他部分的电阻不计，则通过ab的电流大小为______A。‎ v a b R1‎ R2‎ ‎6、以下四种情况中，匀强磁场的磁感应强度为B，M、N轨道间距为d，轨道及杆电阻不计，外电阻为R，当杆运动速度v相同时，通过R上的电流（ ）‎ ‎ A. A、C中电流相同 B. B、C电流相同 ‎ C. B中电流最小 D. D中电流最大 1、 ‎【答案】1.I′=0.5 mA.2.B 3、7.5m/s 4 、720V 5、 0.48V；0.24A 6、 ACD ‎1导体棒在磁场中转动：导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势（平均速度取中点位置线速度）‎ ‎2感生电动势与动生电动势的计算公式分别为？‎ 感生电动势：；动生电动势 ‎3什么时候乘N倍？‎ 感应电动势需要N，磁通量不需要N ‎（时间30分钟）‎ ‎（1建议作业控制在学生30分钟内能够完成）‎ ‎【巩固练习】‎ ‎1、如图所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根L=0.4m的金属棒ab，其电阻r=0.1Ω．框架左端的电阻R=0.4Ω．垂直框面的匀强磁场的磁感强度B=0.1T．当用外力使棒ab以速度v=5m／s右移时，ab棒中产生的感应电动势E=__，通过ab棒的电流I=__，ab棒两端的电势差Uab=_ ，在电阻R上消耗的功率PR= W，在ab棒上消耗的发热功率Pr=_ W，切割运动中产生的电功率P=_ _ W 。‎ ‎2、在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图 4-3-2 甲所示，当磁场的磁感应强度B 随时间t 如图乙变化时，下列选项中正确表示线圈中感应电动势E变化的是（ ）‎ ‎ 图 4-3-2‎ ‎ ‎ ‎3、如图4-3-4所示，在磁感应强度B=1.2T的匀强磁场中，让导体PQ在U型导轨上以速度υ0=10m/s向右匀速滑动，两导轨间距离L=0.5m，则产生的感应电动势的大小和PQ中的电流方向分别为（　　）‎ ‎ 图4-3-4‎ A 0.6V 由P向Q B 0.6V 由Q向P C 6V 由P向Q D 6V 由Q向P ‎4、如图 4-3-3 所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L 和2L的两只闭合线框 a 和 b，以相同的速度从磁感应强度为 B 的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的动能变化，则Qa：Qb为( )‎ ‎ 图4-3-3‎ A 1:4 B 1:2 C 1:1 D 不能确定 ‎5、如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R(指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，与环的最高点A铰链连接的长度为2a、电阻为的导体棒AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为(　　)‎ ‎ ‎ A. 　　　　　　　　　　 B. ‎ C. D．‎ ‎6、一导体棒长l＝40 cm，在磁感强度B＝0.1 T的匀强磁场中做切割磁感线运动，运动的速度v＝5.0 m/s，导体棒与磁场垂直，若速度方向与磁感线方向夹角β＝30°，则导体棒中感应电动势的大小为________V，此导体棒在做切割磁感线运动时，若速度大小不变，可能产生的最大感应电动势为________V.‎ ‎7、闭合电路中感应电动势的大小，应是（ ）‎ ‎ A. 电路中磁通量越大，感应电动势就越大 ‎ B. 电路中磁通量变化的越大，感应电动势就越大 ‎ C. 电路中磁通量变化的越快，感应电动势就越大 ‎ D. 电路中某一瞬间的磁通量等于零时，则感应电动势也一定等于零 ‎8、如图所示，导体框ACB和导体棒MN均由同种金属制成，且接触良好，当MN沿导轨AC和BC匀速向右运动时，下列判断正确的是（ ）‎ ‎ A. 导体杆MN与导体框接触的两点间产生的感应电动势逐渐增大 ‎ B. 闭合电路中的电流强度逐渐减小 ‎ C. 闭合电路中的电流强度不变 ‎ D. 闭合电路中的电功率逐渐增大 ‎9、如图所示，将一半径为R的圆形导线水平放入竖直向下的有界匀强磁场中，磁场区域为圆形，区域半径为r（R>r），若磁场的磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为________，若该线圈有N匝，则磁通量为_____________，若磁感应强度B均匀增加，且为定值，N匝线圈产生的感应电动势为________‎ ‎10、如图所示，为地磁场磁感线的示意图，在北半球地磁场的竖直分量竖直向下。飞机在我国上空匀速巡航机翼保持水平，飞行高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为U1，右方机翼末端处的电势为U2，则（ ）‎ ‎ A. 若飞机由西向东飞，U1比U2高 ‎ B. 若飞机由东向西飞，U2比U1高 ‎ C. 若飞机由南向北飞，U1比U2高 ‎ D. 若飞机由北向南飞，U2比U1高 ‎ 11. 如图所示，一圆环与外切正方形线圈均由相同的绝缘导线制成，并各自形成闭合电路，匀强磁场布满整个方形线圈，当磁场均匀变化时，线圈和圆环中的感应电动势之比为_______，感应电流之比为________；若匀强磁场只布满圆环，则感应电动势之比为_____，感应电流之比为________。‎ ‎ 12. 如图所示的线框，如果绕OO’轴以角速度匀速转动，穿过线圈的磁通量为，产生的感应电动势为E，则下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A. 时，E最大 ‎ B. 时，E＝0‎ ‎ C. 最大时，‎ ‎ D. 最大时，E也最大 ‎【答案】‎ ‎1、E=_0.2V_， I=_0.4A_， Uab=0.16V_， PR=0.064W_， Pr=_0.016W， P=__0.08W_ 。‎ 1、 A 2、 D 3、 A 4、 A 5、 ‎0.1　0.2‎ 6、 C 7、 ACD 8、 ‎；；‎ 9、 ‎ AC 10、 ‎ ‎ 11、 ‎ A ‎