第2章 第2节 法拉第电磁感应定律-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

第二章电磁感应 A.感应电流方向是N·M A.实验前应该先仔细观察，清楚线圈的绕向 B.感应电流方向是M→V B.开关闭合后，将滑动变阻器的滑片匀速滑动 C.安培力方向水平向左 使接入电路的阻值逐渐减小，会观察到电流 D.安培力方向水平向右 计指针不发生偏转 4.(探究影响感应电流方向的因素)(1)图甲为某 C.开关闭合后，线圈A从线圈B中拔出和插 实验小组探究感应电流方向的规律的实验装 入过程中会观察到电流计指针偏转方向 置，关于实验过程中应该注意的事项和实验现 象，以下说法正确的是 相反 D.开关闭合与断开瞬间，电流计指针都会偏转 但偏转方向相同 (2)当电流从灵敏电流计正接线柱流人时指针 向正接线柱一侧偏转.现将其与线圈相连之 后，将上端为S极的磁铁插入线圈中，图乙中 电流计指针偏转的方向应为偏向 (选 填“正”或“负”)接线柱.根据图丙中电流计指 针偏转方向可以判断出插入线圈的磁铁下端 的磁极为 (选填“N”或“S”)极. 友情提示完成P,课时作业（八） 第2节 法拉第电磁感应定律 答案精解Pa 学习目标J1,理解感应电动势的概念：理解法拉第电磁感应定律（物理观念），2，知道En湾 和E=Blusin0的内在联系：经历推理得出E=Blusin0的过程，体会矢量分解的方法：会用法拉第电 磁感应定律求解相关问题（科学思维）.3.通过法拉第电磁感应定律的应用，能体会科学家的不断创造 推动了社会的进步：对动手做实验有浓厚的兴趣，能体会法拉第电磁感应定律等物理定律之美（科学 态度与责任) 课前 教材预案●。 教材梳理 (2)公式：E= ,其中n为线圈的匝数 知识点1 电磁感应定律 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是 1.感应电动势 感应电动势的单位是 在 现象中产生的电动势叫作感 知识点2儿导线切割磁感线时的感应电动势 应电动势，产生感应电动势的那部分导体就相 1.导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图 当于 2.法拉第电磁感应定律 甲所示，E= (1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿 2.导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方 过这一电路的磁通量的 成正比 向夹角为时，如图乙所示，E ·37· 物理选择性必修第二册课堂学案 (3)穿过闭合回路的磁通量最大时，其感应电 动势一定最大 (4)导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感 应电动势一定越大。 () 2.关于感应电动势的大小，下列说法正确的是 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的方向 A.穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动 导体棒克服 做功，把其他形式的能转 势一定最大 化为电能. B.穿过闭合电路的磁通量为零时，其感应电动 I自主检测川 势一定为零 1.判断下列说法的正误. (1)穿过某闭合线圈的磁通量的变化量越大， C.穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时， 产生的感应电动势就越大， 其感应电动势一定为零 (2)感应电动势的方向可用右手定则或楞次定 D.穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时， 律判断。 ) 其感应电动势一定不为零 课堂深度探究● 考点①儿法拉第电磁感应定律 2.感应电动势的表达式 (1)当△Φ仅由B的变化引起时，则E 【情境导学】如图所示，将条形磁铁从同一高度插 入线圈 n4B·S △t (2)当△仅由S的变化引起时，则E= B·△S △t (3)当△Φ由B、S的变化同时引起时，则E= (1)快速插入和缓慢插人，磁通量的变化量 △中相同吗？指针偏转角度相同吗？ nB,SBSl≠nAB·△S △M △t (2)分别用一根磁铁和两根磁铁以相同速度 3.中，△中与地三者之间的关系 快速插入，磁通量的变化量△Φ相同吗？指针 △1 偏转角度相同吗？ 物理量 单位 物理意义 计算公式 (3)指针偏转角度大小取决于什么？ 表示某时刻或 某位置时穿过 磁通量Φ Wh Φ=B·S 某一面积的磁 感线的净条数 表示在某一过 子知识拓展 磁通量的 程中穿过某一 Wb 1.感应电动势大小 面积的磁通量 △Φ=中一中 变化量△中 感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变 变化的多少 化率碧和线圈的匝数n共同决定，而与磁通 磁通量的 表示穿过某一 B.AS Wbis 面积的磁通量 △ 量中、磁通量的变化量△Φ的大小没有必然联 变化常49 △ △B 系，和电路的电阻R无关 变化的快慢 4 ·38 第二章电磁感应 4.对两种图像的理解 (1)当导体沿OP方向以速度v做匀速运动 在Φ-1图像中，图像上某点切线的斜率表示 时，其感应电动势的大小是多少？ 磁通量的变化率光：在B1图像中，某点切线 (2)当导体沿MN方向以速度？做匀速运动 时，其感应电动势的大小是多少？ 的斜率表示磁感应强度的变化率 △ 【例题1】如图甲所示，螺线管匝数=1000匝， 横截面积S=10cm,螺线管导线电阻r 1,电阻R=4,磁感应强度B的B-t图 像如图乙所示（以向右为正方向），下列说法 争知识拓展 正确的是 ( 对公式的理解 4B/T (1)当B、1、v三个量的方向互相垂直时，E C RA B1:当有任意两个量的方向互相平行时，导线 将不切割磁感线，E=0. 如 (2)当l垂直于B且l垂直于u,而与B成0 A.通过电阻R的电流方向不变 角时，导线切割磁感线产生的感应电动势大小 B.感应电流的大小保持不变 为E-Blusin 6. C.电阻R两端的电压为6V (3)若导线是弯折的，或l与v不垂直时，E一 D.C点的电势一直保持4.8V不变 Blo中的1应为导线两端点在与v垂直的方向 思维导引：(1)由楞次定律判断感应电流的方 上的投影长度，即有效切割长度. 向，从而确定通过电阻R的电流方向：(2)由 E-”曾南定感应电动势，由闭合电路的欧 、0 姆定律求电流及电阻R两端电压，(3)由电流 方向结合A点接地，可确定C点电势的大小 图甲中的有效切割长度为：l=cdsin0: 及正负： 图乙中的有效切割长度为：l=MN: 【变式1】关于感应电动势的大小，下列说法中正 图丙中的有效切割长度为：沿山的方向运动 确的是 时，l=√2R:沿w的方向运动时，l=R. A.穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感 【例题2】如图所示，将长为2m的导线从正中间 应电动势就一定最大 折成120°的角，使其所在的平面垂直于磁感 B.穿过线圈的磁通量的变化量△中增大时， 应强度为2T的匀强磁场.为使导线中产生 所产生的感应电动势也增大 20V的感应电动势，则导线切割磁感线的最 C.穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感 小速度为 () 应电动势就一定为0 D穿过线圆的磁通量的变化率光越大，所产 生的感应电动势就越大 x×B×× ×××× 考点2导体切割磁感线时的感应电动势 A.1 m/s B.10 m/s 【情境导学】如图所示，一个半径为r的半圆形导 体，处在磁感应强度为B的匀强磁场中. C.25 m/s D号3ms ·39· 物理选择性必修第二册课堂学案 思维导引：(I)由E=Blu知，若切割的速度最 们之间相当于电源的并联结构，圆盘上的感应 小，则导线的有效长度1最大：(2)由图可知， 电动势为E=B厅-号Bro 在ABC平面内，沿与AC垂直的方向匀速运 动时，切割的有效长度最大， 【变式2】如图所示，MN、PQ是间距为L的平行 金属导轨，置于磁感应强度大小为B、方向垂 直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间 接有一阻值为R的电阻.一根与导轨接触良 【例题3】（多选）如图所示，ab为一金属杆，它处 好，有效阻值为R的导体棒ab垂直导轨放 在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕a点 置，并在水平外力F的作用下以速度v向右 在纸面内转动；S是以a为圆心位于纸面内 的金属圆环在杆转动过程中，杆的b端与金 匀速运动，则（不计导轨电阻） ( 属环保持良好接触：A为电流表，其一端与金 属环相连，一端与a点良好接触.当杆沿顺时 针方向转动时，某时刻ab杆的位置如图所示， P xxx b x 则此时刻 () A.通过电阻R的电流方向为P→R→M B.a、b两点间的电压为BL型 C.a端电势比b端高 D.a端电势比b端低 导体棒转动切割磁感线时的感 A.有电流通过电流表，方向由c→d 考点3应电动势 B.有电流通过电流表，方向由d→( C.作用于ab的安培力向右 【情境导学】如图所示，长为L的金属棒ab,绕b D.作用于ab的安培力向左 端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度，匀 【变式3】如图所示，金属圆盘水平放置在竖直向 速转动，磁感应强度大小为B,则ab棒所产生 下的匀强磁场中，圆盘圆心处周定一个摇柄， 的感应电动势大小的表达式. 边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导 线将电刷与零刻度在中央的电流表连接起来 (eh 形成回路.转动摇柄，使圆盘逆时针（俯视）匀 速转动.下列说法正确的是 () 知识拓展 1.当导体棒在垂直于磁场的平面内，一端固定， 以角速度如匀速转动时，如图所示，产生的感 A.圆盘的磁通量不变，电流表指针指向零 应电动势为E=Bl0=B0am 刻度 B.若圆盘转动的角速度增大，产生的感应电 流减小 B C.若磁场的磁感应强度增大，产生的感应电 xxxxx 流增大 2.圆盘在磁场中以角速度w绕圆心匀速转动时， D.若圆盘顺时针（俯视）匀速转动，电流从导 如图所示，相当于无数根“辐条”转动切割，它 线b流入电流表 ·40· 第二章电磁感应 ●课末随堂演练● 1,(对电做感应史律的理解)如图所示，一个圆形 A由c到d,I=B 线圈的匝数为，半径为4，线圈平面与匀强磁 R 场垂直，且一半处在磁场中.在△1时间内，磁 B由d到c,I=Br@ R 感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到 2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为 C由c到d,1=Ba 2R ( D.由d到c,I=Bw 2R 4.(对E-Blv的应用)如图所示，abd为水平放 置的平行U形光滑金属导轨（电阻不计），间距 为，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁 A.anBa B.Ba2 感应强度大小为B,导轨电阻不计.已知金属 △t 2△ 杆MN倾斜放置，与导轨成0角，单位长度的 C.zBu? DπBa2 电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的 △M 2△1 方向滑动（金属杆滑动过程中与导轨接触良 2.(对电藏感应史律的理解)单匝线圈在匀强磁 好).求： 场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的 (1)电路中感应电动势E: 磁通量Φ随时间1的变化图像如图所示，则 (2)电路中感应电流的大小： (3)金属杆所受安培力的大小. /×10W) xiirs到 ×8××X× A.在=0时，线圈中磁通量最大，感应电动势 也最大 B.在0一2×102s时间内，线圈中感应电动势 的平均值为零 C.在t=2×10s时，线圈中磁通量最小，感 应电动势最大 D.在1=1×102s时，线圈中磁通量最小，感 应电动势最大 3.(转动切割)如图所示，半径为”的金属圆盘在 垂直于盘面的匀强磁场（磁感应强度为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) 友情提示完成P课时作业（九） ·41·[例陋4]D解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环 的碰通量增大，金属圆环中产生感应电流：根据楞次定律可 第2节法拉第电磁感应定律 知，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增大，一是用绵小面积 课前·教材预案 的方式进行阻碍：二是用远离直导线的方式进行阻碍，选项 【教材梳理】 D正确. 知识点1 [变式4幻BD解析ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的 1.电磁感应 电源 电流，该电流在线圈L中产生恒定的磁场，在1中不产生 2.(1)变化率 (2)n4 (3)韦伯伏 感应电流，所以cd杆不动，选项A错误：αb杆向右加速运 动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电 知识点2 流，根据安培定则，在L中产生方向向上且增强的磁场，该 1.B1o 磁场向下通过L2,由楞次定律，在cd杆上产生c到d的感 2.Blusin 0 3.相反安培力 应电流，根据左手定则，cd.杆受到向右的安培力，d杆将 【自主检测】 向右运动，选项B正确：同理可得选项C错误，D正确. 1.(1)×(2)/(3)×(4)× 课末·随堂演练 1.CD解析对于导线回路来说，圆形面积最大，即由于磁场变 2.D解析磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的 联系，选项A、B错误：当磁通量由不为零变为零时，闭合电 化，导致导线回路面积变大，根据楞次定律“增缩减扩”，可判 路的磁通量一定改变，一定有感应电动势，选项C错误， 断磁场在减弱，可能是方向垂直软导线回路平面向外的磁场 D正确 逐渐减弱，也可能是方向垂直软导线回路平面向里的磁场逐 渐减弱，选项CD正确. 课堂·深度探究 【情境导学】 2.D解析条形磁铁从线图正上方等高快速经过时，通过线图 答室(1)磁通量的变化量相同，但磁通量变化的快慢不同，快 的磁通量先增加后减小，根据楞次定律，当通过线周的磁通 速插入比缓慢插人时指针偏转角度大： 量增加时，为阻碍其增加，在竖直方向上线圈有向下运动的 趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有 (2)用两根磁铁快速插入时磁通量变化量较大，磁通量变化率 也较大，指针偏转角度较大 向右运动的趋势：当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减 小，在竖直方向上线图有向上运动的趋势，所以线圈受到的 (③)指针偏转角度的大小取决于会”的大小 支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势：综上 [例题1]B解析由楞次定律可知，0一1s内，电流从C~R一 所述，线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势 A,1~2s内，电流从A→R→C,选项A错误：由题图可知， 总是向右，选项D正确， 3.AC解析以导体棒MN为研究对象，所处位置磁场方向向 5=6T(s,大小不变，由法拉第电磁感应定律，可知感应 △ 下，导体棒的运动方向向右，由右手定则可知，感应电流方向 电动势E=nA0=1000×6X10×10V=6V不变，所以 是从N→M,选项A正确，B错误：再由左手定则可知，导体 △1 棒受到的安培力方向为水平向左，选项C正确，D错误. 感痘电流的大小1一R名-开A=12A不实，选项B 4.解析(1)实验是探究感应电流方向的规律的，因此实验前要 正确：由闭合电路的欧姆定律，可知电阻R两端的电压为 仔细观察，弄清楚线周绕向，搞清线圈电流方向与电流计指 U=R=1.2×4V=4.8V,选项C错误：由于A,点接地，所 针偏转方向的关系，选项A正确：开关闭合后，将滑动变阻 以C点的电势为十4.8V或一4.8V,选项D错误. 器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小，导致穿过线 [变式]D解析根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 园B的磁通量变化，从而产生感应电流，会观察到电流计指 针发生偏转，选项B错误：开关闭合后，线图A从线图B中 的大小与磁通量的变化率把成正比，与磕通量心及酷通量 拔出和插入过程中，穿过线圈B的磁通量变化不同，前者减 的变化量△Φ没有必然联系：当磁通量Φ等于0时，其变化 少，后者增加，会观察到电流计指针偏转方向相反，选项C正 率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而△中增大 确：开关闭合与断开眸间，穿过线园B的磁通量都会变化且 变化不同，开关闭合瞬间磁通量增加，断开瞬间磁通量减少， 时，恶可能减小，如图所示山时刻，0最大，但E=0,0一1 会观察到电流计指针偏转，而且偏转方向不同，选项D错误. 时间内，△0增大，但A吧减小，E减小；时刻，中=0，但 △ △ (2)当电流从灵敏电流计正接线柱流入时指针向正接线柱一 侧偏转，若将上瑞为S极的磁铁插入线圈中，原磁场方向向 最大，即E最大，选项A、B、C错误，D正确」 4中 下且磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向 向上，根据安培定则可知感应电流从电流计正接线柱流入， 故指针偏向正接线柱一侧：根据题图丙中电流计指针偏向负 接线柱一侧，可知感应电流是从负接线柱流入电流计的，根 据安培定则，可知感应电流的磁场方向向下，因条形磁铁向 【情境导学】 下运动，磁通量增加，根据楞次定律，可知原磁场方向向上， 答索(1)2Br(2)Br 则插入线图的磁铁下端的磁极为S极 [例题2]A解析导线切割磁感线产生的感应电动势与连接 答案(1)AC(2)正S A、C的导线产生的感应电动势等效，若速度方向垂直于 ·163 AC,则产生所要达到的感应电动势需要的切割速度最小， 培优课四电磁感中的电路、电荷量及图像问题 即E=AC·,解得=5m,选项A正痛 课堂·深度探究 [变式2门]C解析导体棒做切割磁感线运动，可等效为电源. [例题1门解析(1)把切割磁感线的金属棒看成一个内阻为R、 根据右手定则，感应电流的方向为b→a,a点的电势高于b 电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等 点电势，通过电阻R的电流方向为M→R→P,选项A,D错 效电路如图所示 误，C正确：感应电动势大小为E=BL,感应电流大小为 1取平R:故电程R两瑞的电区为U-R-吉肌，选项B 错误 【情境导学】 图E=之Bra 等效电源电动势为E=2Bu, [例题3]AC解析金属杆顺时针转动到题图所示位置时，b 杆相对磁场向左切割磁感线，由右手定则可知a山上感应电 外电路的总电程务R一吉风 流方向是由：指向b,ab杆成为闭合回路的电源，b为正极， 持上电流大小为1厂民。R+R E 2Bav4Bav 3R· :为负极，所以有电流通过电流表，方向是由c→d,选项A 正确，B错误：由左手定则可知，ab杆受到向右的安培力，选 由右手定则可知金属棒中电流方向为从N流向M 项C正确，D错误 根据闭合电路欧姆定律知，棒两端的电压为路端电压， [变式3]C解扬圆盘转动时，沿半径R方向的导体棒切割磁 Un=lR+=号Ba 感线产生感应电动势，其大小为E-2B服，回路中电阻 (2)圆环和金属棒消耗的总热功率为P=1E-8B正 不变，则电流也不变，当圆盘转动的角速度增大或磁感应强 3R 度增大时，产生的感应电流都会增大，选项A,B错误，C正 图图1)架方向为从N流向M导m(285朵 3R 确：若圆盘顺时针匀速转动，根据右手定则可知电表从导线 [变式1门C解析由题图乙可知，线图中的磁通量增加，根据 a流入电流表，选项D错误 楞次定律，线圈中产生逆时针方向的电流，所以电阻R两端 课末·随堂演练 b点比点电势低，选项A错误：线图产生的感应电动势为 1B胫析由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E=n △ E=V0=200×0.015-0.010yV=10V,电阻R两瑞的电 △M 0.1 nABs=n2B-B. △ △ 交a2=nBa2 2,选项B正确，A.C,D 压大小为U=R尽F=9,6V,选项B错误：根播功能关系， 错误 2.D解析=0时刻，线圈中磁通量最大，线圈与磁场垂直，磁 非静电力所微的功特化为电路的电能，有W=B=导 通量的变化率最小，感应电动势最小，选项A错误：在0一 2×10”s时间内，磁通量的变化量不为零，则线圈中感应电 Q21.01s时间内道过也阻R的电荐量为g晋-号C 动势的平均值不为零，选项B错误；在t=2×102s时，线圈 0.02C,选项C正确，D错误 中磁通量最大，线图与磁场垂直，磁通量的变化率最小，感应 电动势最小选项C错误：在1=1×10”s时线图中磁通量 [例题]C霸由法拉第电磁感应定律E=:温闭合电路 为零，最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，选项D 欧好定律1一是电行量的公式=山，联立可得q=n黑。 正确。 由于开始线圈平面与磁场垂直，现把探测线图翻转180°，则 3.D解扬根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E=Br· 名m一号B㎡@，由欧好定律得道过电阻R的电流1一景 有△0-25：所以由以上公式可得9一2，时磁高应强度 B-器选项C正确，A,BD错说。 令”家，因盘相当于也源，由右于定到可如电流方白 [变式习C霸由-架·山释g-笑-賀s为 为由边缘指向圆心，所以电阻R中的电流方向为由d到c, 圆环面积，故=.选项C正确 选项D正确。 [例题3]D解在0~t时间内磁通量为向上减少，。~2 4解析(1)由法拉第电磁感应定律，可得感应电动势为 时同内磁通量向下增加，两者等效，且根据B~1图线可知， E=BLvvusin 0=Blv. 两段时间内磁通量的变化率相等，根据楞次定律可判断 (2)感应电流I=￡=Bu_Bsin0 0~2时间内均产生由b到a的大小、方向均不变的感应 R r sinr 电流，选项A,B错误；在0~时间内可判断ab所受安培 力的方向水平向右，则所受水平外力方向向左，大小下 （③)安培力大小F=B1品。型 B随B的减小呈线性减小；在6一21。时间内，可判断所 答系（q)Blu(2)Bsin0(3)E包 受安培力的方向水平向左，则所受水平外力方向向右，大小 F=B随B的增加呈线性增加，选项C错误，D正确. 164