专题02 法拉第电磁感应定律及其应用-【教育机构专用】2021年春季高二物理辅导讲义

专题2 法拉第电磁感应定律及其应用（教师版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 法拉第电磁感应定律 重点 动生电动势 难点 二、知识点解析 1．法拉第电磁感应定律 (1)感应电动势 ①定义：当闭合电路中磁通量发生变化时，电路中产生感应电流．则必然存在电动势；若电路不闭合，即使没有感应电流，电动势也依然存在．在电磁感应现象中产生的电动势就称为感应电动势． ②特点：产生感应电动势的那部分导体在电路中相当于电源，在产生感应电动势的导体内部，电流从负极流向正极． (2)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表达式：．若线圈匝数为n，相当于n个单匝线圈串联，则感应电动势． ③单位：伏特，简称伏，符号V，． ④磁通量变化的三种情况 a．磁感应强度B不变，垂直于磁场方向的回路面积随时间发生变化：，则． b．垂直于磁场方向的回路面积不变，磁感应强度随时间发生变化：，则，其中叫磁感应强度的变化率，等于图象上某点切线的斜率． c．磁场和垂直于磁场方向的回路面积同时发生变化，则 2．动生电动势 (1)平动切割磁感线 ①探究 如图1所示，金属导轨放置于磁场中，导体棒以速度v向右匀速运动，整个闭合回路的平面与磁场方向垂直，导体棒的长度为l，磁感应强度为B，在Δt的时间内导体棒从MN运动到． 图1 在Δt的时间导体棒向右移动的距离：x = vΔt 这段过程中闭合电路的面积变化为：ΔS = l·x = lvΔt 则穿过闭合电路的磁通量的变化量为： 根据法拉第电磁感应定律： ②理解 a．当B、l、v三者两两垂直时，导体平动切割磁感线产生的感应电动势大小为．在国际单位制中，电动势E、磁感应强度B、导线长度l和速度v的单位分别是伏特(V)、特斯拉(T)、米(m)和米每秒(m/s)． b．速度与磁场不垂直 如图2所示，速度v与磁感应强度B有一定的夹角θ，这时可以将速度v沿磁场方向和垂直于磁场方向正交分解，垂直于磁场方向的速度切割磁感线产生感应电动势，而沿磁场方向的速度没有切割磁感线，因此在这种情况下，导体运动过程中产生的感应电动势为． 图2 c．有效长度 公式或中的l指切割磁感线的有效长度．若研究的导线不是直导线，需将导线的首尾相连，再投影到与速度垂直的方向上，这时的投影长度才是切割磁感线的有效长度． 图3(a)(b)中，半径为R的圆弧形导线在垂直于磁场方向的平面内以不同方向的速度v运动，(a)中导线向右运动，(b)中导线沿与水平方向成角右斜向上运动，两种情况下的有效长度分别为OM和MN，产生的感应电动势分别为和． 图3 (2)转动切割磁感线 如图4所示，长为l的导体棒MN绕M点在垂直于磁场方向的平面内以角速度ω做匀速圆周运动，磁感应强度为B． 图4 从图中可以看出导体棒在Δt内扫过的面积为扇形的面积，设为ΔS，这段时间内导体棒走过的角度为θ，扫过的弧长为．；则 三、考查方向 题型1：法拉第电磁感应定律公式的灵活运用 典例一：（2019年 全国一卷）空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为，将该导线做成半径为的圆环固定在纸面内，圆心在上。时磁感应强度的方向如图（a）所示；磁感应强度随时间的变化关系如图（b）所示。则在到的时间间隔内　　 A．圆环所受安培力的方向始终不变 B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向 C．圆环中的感应电流大小为 D．圆环中的感应电动势大小为 题型2：导体棒平动切割磁感线 典例二：（2020秋•金台区期末）如图所示，在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆在平行金属导轨上以速度向右匀速滑动，长度为，间电阻为，杆的电阻为，则通过电阻的电流方向及金属杆产生的电动势大小　　 A．， B．， C．， D．， 题型3：导体棒旋转切割磁感线 典例三：（2016•新课标Ⅱ•多选）法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片、分别于圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，圆盘旋转时，关于流过电阻的电流，下列说法正确的是　　 A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B．若从上往下看，圆盘顺时针转动，则电流沿到的方向流动 C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在上的热功率也变为原来的2倍 四、模拟训练 一、基础练习 1.（多选）如图所示，n=100匝的线框垂直放在匀强磁场中，线框面积为S=20 cm2，线框的总电阻为R=20 Ω，若磁场的磁感应强度在△t=0.2 s的时间内由0.1 T增加到0.5 T，则下面说法正确的是( ) A．线框中的感应电流方向是顺时针 B．线框