第二章 第2节 法拉第电磁感应定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第2节　法拉第电磁感应定律 [学习目标要求]　1.知道什么叫感应电动势。2.知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能区分Φ、ΔΦ、。3.理解法拉第电磁感应定律的内容，会用E＝n和E＝Blvsin θ求解感应电动势。 　电磁感应定律 1．感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 2．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：E＝n，其中n为线圈的匝数。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)，感应电动势的单位是伏(V)。 [判一判] 　(1)在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势；反之，有感应电动势，就一定有感应电流。(×) (2)线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大。(×) (3)线圈中磁通量的变化量ΔΦ越小，线圈中产生的感应电动势一定越小。(×) (4)线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大。(√) 　导线切割磁感线时的感应电动势 1．导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图1所示，E＝Blv。 2．导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图2所示，E＝Blvsin θ。 图1　　　　　　　图2 3．导体棒切割磁感线产生感应电流，导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向相反，导体棒克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能。 [练一练] 图甲、乙中，金属导体中产生的感应电动势分别为E甲＝ ，E乙＝ 。 甲　　　　　　　　　乙　 提示：Blv　Blvsin θ 学习任务一　法拉第电磁感应定律 [导学探究] 如图所示，将条形磁体从同一高度插入线圈的实验中。 (1)快速插入和缓慢插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？电流计指针偏转角度相同吗？ (2)分别用同种规格的一根磁体和两根磁体以相同速度快速插入，磁通量的变化量ΔΦ相同吗？电流计指针偏转角度相同吗？ (3)感应电动势的大小取决于什么？ 提示：(1)相同　不同。(2)不同　不同。(3)取决于的大小。 [思维深化] 1．对感应电动势的理解 (1)感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数n共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系，和电路的电阻R无关。 (2)E＝n计算的是Δt时间内平均感应电动势，其中n为线圈匝数，ΔΦ取绝对值。当Δt→0时，E＝n的值才等于瞬时感应电动势。 (3)E＝n的三种基本形式 ①ΔΦ仅由B变化引起，则E＝nS。 ②ΔΦ仅由S变化引起，则E＝nB。 ③磁感应强度B和线圈面积S均变化，则E＝n。 提醒：注意n匝线圈可视为由n个单匝线圈串联组成，分析问题时不要忽视n的存在。 2．在Φ-t图像中，磁通量的变化率是图像上某点切线的斜率。 3．感应电动势E的大小与方向 (1)感应电动势E的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与Φ的大小及ΔΦ的大小没有必然联系。 (2)感应电动势的方向 ①方向规定：感应电动势是标量，但有方向，其方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，与电源内部电流方向一致。 ②判断方法：用楞次定律或右手定则判断感应电动势的方向。 　如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面向里，已知磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋0.2t)T，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻R2＝4 Ω，求： (1)回路中的感应电动势； (2)通过R1的电流大小及方向； (3)a、b两点间电压Uab。 解析：(1)由B＝(2＋0.2t) T可知＝0.2 T/s，磁通量变化率为＝S＝0.04 Wb/s。由法拉第电磁感应定律可知回路中的感应电动势为E＝n＝100×0.04 V＝4 V。 (2)根据闭合电路欧姆定律得通过R1的电流为 I＝＝0.4 A 由楞次定律可得线圈中感应电流方向为逆时针，则a点相当于电源正极，b点相当于电源负极，流过R1的电流方向由下向上。 (3)a、b两点间电压Uab等于定值电阻R1两端的电压，即路端电压，则Uab＝IR1＝2.4 V。 答案：(1)4 V　(2)0.4 A，方向由下向上 (3)2.4 V [针对训练] 1．(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图所示，图线为正弦曲线的一部分，则(　　) A．在t＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大 B．在t＝1×10－2 s时刻，感应电动势最大 C．在t＝2×10－2 s时刻，感应电动势为零 D．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零 解析：BC　由法拉第电磁感应定律知E∝，故t＝0及t＝2×10－2 s时刻，E＝0，A项