第2节 法拉第电磁感应定律（导学案）物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦法拉第电磁感应定律，引导学生理解定律内涵、掌握感应电动势公式及切割应用，通过知识回顾（楞次定律、右手定则）与自主预习（感应电动势概念）衔接旧知，搭建“旧知—新知”学习支架。 资料突出科学探究与科学思维培养，设计“探究感应电动势与磁通量变化关系”实验，让学生参与方案设计、数据处理，推导定律公式，区分磁通量、变化量与变化率，提升逻辑推导能力，结合ABS传感器、电动汽车刹车储能等实际案例，帮助学生建立“磁通量变化率→感应电动势”的物理观念，培养运用规律解决实际问题的科学态度与责任。

2. 法拉第电磁感应定律 导学案 物理观念 能理解法拉第电磁感应定律的内涵，掌握感应电动势大小公式，建立“磁通量变化率→感应电动势”的定量认知。 科学思维 能结合实验现象推导法拉第电磁感应定律，区分磁通量、磁通量变化量与变化率，运用定律分析切割磁感线等场景的电动势，提升逻辑推导与定量分析能力。 科学探究 能参与“探究感应电动势与磁通量变化关系”实验，设计方案、控制变量、处理数据，归纳感应电动势与磁通量变化率的正比关系，培养实验设计与数据处理能力。 科学态度 与责任 认识法拉第电磁感应定律对发电机等电力设备的奠基作用，体会科学家探索电磁规律的执着精神，增强运用物理规律服务能源发展的责任意识。 重点：理解法拉第电磁感应定律内涵，掌握及切割式的应用。 难点：区分磁通量、变化量与变化率，分析定律在复杂情境中的定量计算。 【知识回顾】 一、楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 2．适用范围 适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 【自主预习】 一、电磁感应定律 1．感应电动势 (1)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)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有感应电流，但感应电动势依然存在。 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＝。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则E＝n。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，感应电动势的单位是伏特。 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1．动生电动势 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导线相当于一个电源。 2．动生电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，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，如图乙所示，E＝Blvsin_θ。 3．动生电动势中的非静电力 自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力，非静电力与洛伦兹力有关。 4．动生电动势中的功能关系 闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服安培力做功，其他形式的能转化为电能。 【思考交流1】 图为现代汽车的ABS（防抱死制动系统）中装有电磁脉冲传感器，用于检测车轮是否转动。其原理是：当齿轮（与车轮同步转动）靠近永久磁铁外的线圈时，磁通量变化产生感应电流；齿轮离开时，磁通量反向变化，产生反向电流‌；转速变化，电流信号的强弱也发生变化。为什么车轮转速变化会影响电流信号强弱呢？ 【问题体验1】感应电动势 1.定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势; 甲 2.条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势。 与电路是否闭合无关。 ①有感应电流一定存在感应电动势； ②有感应电动势不一定存在感应电流。 3.电磁感应的实质：磁通量变化是电磁感应的根本原因; 产生感应电动势是电磁感应现象的本质.（产生感应电流只不过是一个现象，表示电路中输送着电能；而产生感应电动势才是电磁感应现象的本质，它表示电路已经具备随时输出电能的能力） 4.总结：感应电动势的有无，完全取决于穿过闭合电路中的磁通量是否发生变化，与电路的通断，电路的组成是无关的。 5.感应电动势的大小是怎样的呢？它可能与哪些因素有关？ 提出自己的猜想并交流 【问题体验2】法拉第电磁感应定律 探究1：实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管20cm,30cm,40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结果。 探究2：实验装置如图所示，保持磁场强弱相同，改变条形磁铁插入或拔出的方式，注意观察电流表指针发生偏转的情况。 条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针偏转角度 探究3：保持条形磁铁插入或拔出快慢相同，改变磁场的强弱，注意观察电流表指针发生偏转的情况。 条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针偏转角度 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: 线圈有n匝： 3.注意： （1）公式中Δφ取绝对值，不涉及正负，感应电流的方向另行判断。 （2）产生感应电动势的那部分导体相当于电源，感应电动势即该电源的电动势。 【问题体验3】导线切割磁感线时的感应电动势 思考：如图所示闭合线框一部分导体ab长l,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势。 回路在时间Δt内增大的面积为：ΔS=LvΔt 穿过回路的磁通量的变化为 产生的感应电动势为： 那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？ 如果将与B的方向夹角为θ速度按右图中所示分解在与磁场垂直和与磁场平行方向上，他们各自的产生电动势是多少？ ①垂直于磁感线的分量：v1=vsinθ ②平行于磁感线的分量：v2=vcosθ 只有垂直于磁感线的分量切割磁感线，于是产生感应电动势：E=BLv1=Blvsinθ 【归纳总结1】 1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率的比较： 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理意义 当B、S互相垂直时的大小 2.与的区别与联系 公式 研究对象 适用范围 联系 1.关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大 B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大 C．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率越大，所产生的感应电动势就越大 【答案】　D 【详解】　根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系．当磁通量Φ很大时，感应电动势可能很小，甚至为0；当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也可能很大，而ΔΦ增大时，可能减小．如图所示，t1时刻，Φ最大，但E＝0；0～t1时间内，ΔΦ增大，但减小，E减小；t2时刻，Φ＝0，但最大，即E最大，故A、B、C错误，D正确。 2.线圈炮由加速线圈和弹丸线圈构成，根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作。如图所示，弹丸线圈放在绝缘且内壁光滑的水平发射导管内。闭合开关后，在加速线圈中接通方向如图所示、大小变化的电流，发现静止的弹丸线圈向右发射，则下列说法正确的是（　　） A．加速线圈内部磁场方向向左 B．穿过弹丸线圈的磁通量减小 C．加速线圈中的电流变大 D．加速线圈中的电流变化越快，弹丸线圈中感应电动势越小 【答案】C 【详解】A．根据安培定则可知，加速线圈内部磁场方向向右，A错误； BC．静止的弹丸线圈向右发射，则弹丸线圈内产生感应电流，根据楞次定律可知，加速线圈中应通有增大的电流使得通过弹丸线圈磁通量增大，弹丸远离加速线圈，B错误，C正确； D．根据法拉第电磁感应定律可知，加速线圈中的电流变化越快，弹丸线圈中感应电动势越大，D错误。 故选C。 3.磁场对脑部神经组织的影响及临床医学应用的装置如图所示，将金属线圈放置在头部上方几厘米处，给线圈通以瞬时脉冲电流，线圈中产生瞬间的高强度脉冲磁场穿过头颅时在脑部特定区域产生感应电流，从而对脑神经产生电刺激作用，下列结论正确的是（　　） A．脉冲电流流经线圈在其周围会产生高强度的磁场，这是电磁感应现象 B．脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是电流的磁效应 C．若将脉冲电流改为恒定电流，也可持续对脑神经产生电刺激作用 D．若脉冲电流最大强度不变，缩短脉冲电流时间，则在脑部产生的感应电流会增大 【答案】D 【详解】A．脉冲电流流经线圈在其周围会产生高强度的磁场，这是电流的磁效应，A错误； B．脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是电磁感应现象，B错误； C．若将脉冲电流改为恒定电流就不能产生变化的磁场，也就不会产生感应电流，不可持续对脑神经产生电刺激作用，C错误； D．若脉冲电流最大强度不变，但缩短脉冲电流时间，则产生的磁场变化的更快，在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，D正确。 故选D。 4.使用感应电流大小以测量手掌张合速度的侦测器：在空心软橡胶直筒中间置1000圈半径为的导电圆环回路，且在直筒两端各置一磁铁，产生的均匀磁场垂直通过导电圆环平面。当右手掌心朝上、手指紧握横放的橡胶筒时，磁场方向朝右，以右手压缩橡胶筒，如图所示（含条纹之箭头代表施力方向）。若在间使导电圆环半径收缩为，则下列叙述哪些正确？（　　） A．导电圆环回路的感应电流方向与手抓握橡胶筒的四指弯曲方向相同 B．导电圆环每圈的面积时变率为 C．导电圆环每圈的磁通量时变率为 D．导电圆环回路的感应电动势量值为 【答案】ABD 【详解】A．因线圈面积减小，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场与原磁场方向相同，根据右手螺旋定则可知，导电圆环回路的感应电流方向与手抓握橡胶筒的四指弯曲方向相同，选项A正确； B. 导电圆环每圈的面积时变率为 选项B正确； C．导电圆环每圈的磁通量时变率为 选项C错误； D．导电圆环回路的感应电动势量值为 选项D正确。 故选ABD。 5.如图甲所示，一辆电动汽车在北京的一段平直公路上以速度v自东向西匀速行驶，金属车头上左右对称的B点与A点间距为L。图乙是从外侧看汽车左前轮转动的示意图，C点在金属轮毂边缘，D点在转轴中心。已知当地地磁场磁感应强度竖直分量大小为、水平分量大小为。下列说法正确的是（　　） A．B点电势比A点电势低 B．C点电势比D点电势低 C．A、B之间的电势差 D．A、B之间的电势差 【答案】B 【详解】ACD．北京在北半球，所以地磁场竖直分量向下，根据右手定则，拇指指西，磁感线穿入手心，此时四指指向B点，所以B点相当于电源正极，即B点电势比A点电势高，则A、B之间电势差，故ACD错误； B．地磁场的水平分量向北，根据右手定则，拇指指向与C、D连线上点的线速度方向相同，磁感线穿入手心，此时四指指向D点，所以D点相当于电源正极，即D点电势比C点电势高，故B正确。 故选B。 6.电动汽车刹车时利用储能装置储蓄能量，其原理如图所示，矩形金属框部分处于匀强磁场中，磁场方向垂直金属框平面向里，磁感应强度大小为B，金属框的电阻为r，ab边长为L。刹车过程中ab边垂直切割磁感线，某时刻ab边相对磁场的速度大小为v，金属框中的电流为I。此时刻： (1)判断ab边中电流的方向，并求出感应电动势大小E； (2)求储能装置两端的电压U和金属框的输出电功率P。 【答案】(1)方向，(2)， 【详解】（1）由右手定则得ab中的电流方向； 感应电动势大小为 （2）由闭合电路欧姆定律 解得储能装置两端的电压 根据 解得金属框的输出电功率 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 法拉第电磁感应定律 导学案 物理观念 能理解法拉第电磁感应定律的内涵，掌握感应电动势大小公式，建立“磁通量变化率→感应电动势”的定量认知。 科学思维 能结合实验现象推导法拉第电磁感应定律，区分磁通量、磁通量变化量与变化率，运用定律分析切割磁感线等场景的电动势，提升逻辑推导与定量分析能力。 科学探究 能参与“探究感应电动势与磁通量变化关系”实验，设计方案、控制变量、处理数据，归纳感应电动势与磁通量变化率的正比关系，培养实验设计与数据处理能力。 科学态度 与责任 认识法拉第电磁感应定律对发电机等电力设备的奠基作用，体会科学家探索电磁规律的执着精神，增强运用物理规律服务能源发展的责任意识。 重点：理解法拉第电磁感应定律内涵，掌握及切割式的应用。 难点：区分磁通量、变化量与变化率，分析定律在复杂情境中的定量计算。 【知识回顾】 一、楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从 进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时 所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 2．适用范围 适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 【自主预习】 一、电磁感应定律 1．感应电动势 (1)在电磁感应现象中产生的电动势叫作 ，产生感应电动势的那部分导体相当于 。 (2)在电磁感应现象中，若闭合导体回路中有感应电流，电路就一定有感应电动势；如果电路断开，这时虽然没有感应电流，但 依然存在。 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 成正比。 (2)公式： 。 若闭合电路是一个匝数为n的线圈，则 。 (3)在国际单位制中，磁通量的单位是 ，感应电动势的单位是 。 二、导线切割磁感线时的感应电动势 1．动生电动势 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。切割磁感线的导线相当于一个电源。 2．动生电动势的大小 (1)导线垂直于磁场运动，B、l、v两两垂直时，如图甲所示，E＝ 。 (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，如图乙所示，E＝ 。 3．动生电动势中的非静电力 自由电荷因随导体棒运动而受到洛伦兹力，非静电力与 有关。 4．动生电动势中的功能关系 闭合回路中，导体棒做切割磁感线运动时，克服 力做功，其他形式的能转化为 。 【思考交流1】 图为现代汽车的ABS（防抱死制动系统）中装有电磁脉冲传感器，用于检测车轮是否转动。其原理是：当齿轮（与车轮同步转动）靠近永久磁铁外的线圈时，磁通量变化产生感应电流；齿轮离开时，磁通量反向变化，产生反向电流‌；转速变化，电流信号的强弱也发生变化。为什么车轮转速变化会影响电流信号强弱呢？ 【问题体验1】感应电动势 1.定义： 2.条件： 3.电磁感应的实质： 4.总结： 5.感应电动势的大小是怎样的呢？它可能与哪些因素有关？ 【问题体验2】法拉第电磁感应定律 探究1：实验装置如图所示，线圈的两端与电压表相连。将强磁体从长玻璃管上端由静止下落，穿过线圈。分别使线圈距离上管20cm,30cm,40cm和50cm,记录电压表的示数以及发生的现象。分别改变线圈的匝数、磁体的强度，重复上面的实验，得出定性的结果。 探究2：实验装置如图所示，保持磁场强弱相同，改变条形磁铁插入或拔出的方式，注意观察电流表指针发生偏转的情况。 条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针偏转角度 探究3：保持条形磁铁插入或拔出快慢相同，改变磁场的强弱，注意观察电流表指针发生偏转的情况。 条形磁铁数目 条形磁铁插入或拔出方式 螺线管中磁通量变化的大小 电流表指针偏转角度 法拉第电磁感应定律： 1.内容： 。 2.公式: 。 线圈有n匝： 。 3.注意： （1） 。 （2） 。 【问题体验3】导线切割磁感线时的感应电动势 思考：如图所示闭合线框一部分导体ab长l,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势。 回路在时间Δt内增大的面积为： 穿过回路的磁通量的变化为 产生的感应电动势为： 那要是B、L、v不垂直怎么计算呢？ 如果将与B的方向夹角为θ速度按右图中所示分解在与磁场垂直和与磁场平行方向上，他们各自的产生电动势是多少？ 只有垂直于磁感线的分量切割磁感线，于是产生感应电动势： 【归纳总结1】 1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率的比较： 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 物理意义 当B、S互相垂直时的大小 2.与的区别与联系 公式 研究对象 适用范围 联系 1.关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量Φ最大时，所产生的感应电动势就一定最大 B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ增大时，所产生的感应电动势也增大 C．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0 D．穿过线圈的磁通量的变化率越大，所产生的感应电动势就越大 2.线圈炮由加速线圈和弹丸线圈构成，根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作。如图所示，弹丸线圈放在绝缘且内壁光滑的水平发射导管内。闭合开关后，在加速线圈中接通方向如图所示、大小变化的电流，发现静止的弹丸线圈向右发射，则下列说法正确的是（　　） A．加速线圈内部磁场方向向左 B．穿过弹丸线圈的磁通量减小 C．加速线圈中的电流变大 D．加速线圈中的电流变化越快，弹丸线圈中感应电动势越小 3.磁场对脑部神经组织的影响及临床医学应用的装置如图所示，将金属线圈放置在头部上方几厘米处，给线圈通以瞬时脉冲电流，线圈中产生瞬间的高强度脉冲磁场穿过头颅时在脑部特定区域产生感应电流，从而对脑神经产生电刺激作用，下列结论正确的是（　　） A．脉冲电流流经线圈在其周围会产生高强度的磁场，这是电磁感应现象 B．脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电流是电流的磁效应 C．若将脉冲电流改为恒定电流，也可持续对脑神经产生电刺激作用 D．若脉冲电流最大强度不变，缩短脉冲电流时间，则在脑部产生的感应电流会增大 4.使用感应电流大小以测量手掌张合速度的侦测器：在空心软橡胶直筒中间置1000圈半径为的导电圆环回路，且在直筒两端各置一磁铁，产生的均匀磁场垂直通过导电圆环平面。当右手掌心朝上、手指紧握横放的橡胶筒时，磁场方向朝右，以右手压缩橡胶筒，如图所示（含条纹之箭头代表施力方向）。若在间使导电圆环半径收缩为，则下列叙述哪些正确？（　　） A．导电圆环回路的感应电流方向与手抓握橡胶筒的四指弯曲方向相同 B．导电圆环每圈的面积时变率为 C．导电圆环每圈的磁通量时变率为 D．导电圆环回路的感应电动势量值为 5.如图甲所示，一辆电动汽车在北京的一段平直公路上以速度v自东向西匀速行驶，金属车头上左右对称的B点与A点间距为L。图乙是从外侧看汽车左前轮转动的示意图，C点在金属轮毂边缘，D点在转轴中心。已知当地地磁场磁感应强度竖直分量大小为、水平分量大小为。下列说法正确的是（　　） A．B点电势比A点电势低 B．C点电势比D点电势低 C．A、B之间的电势差 D．A、B之间的电势差 6.电动汽车刹车时利用储能装置储蓄能量，其原理如图所示，矩形金属框部分处于匀强磁场中，磁场方向垂直金属框平面向里，磁感应强度大小为B，金属框的电阻为r，ab边长为L。刹车过程中ab边垂直切割磁感线，某时刻ab边相对磁场的速度大小为v，金属框中的电流为I。此时刻： (1)判断ab边中电流的方向，并求出感应电动势大小E； (2)求储能装置两端的电压U和金属框的输出电功率P。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $