一、法拉第電磁感應(yīng)定律1．填一填(1)感應(yīng)電動勢：在 現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系① 電路中有感應(yīng)電動勢就有感應(yīng)電流。②電路不閉合，則沒有感應(yīng) ，但仍有感應(yīng) 。
(3)影響感應(yīng)電動勢大小的因素①實驗裝置②實驗記錄
2．判一判(1)電路中有感應(yīng)電動勢，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流。( )(2)穿過某回路的磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大。( )(3)閉合電路垂直放入磁場中，當(dāng)磁感應(yīng)強度很大時，感應(yīng)電動勢可能為0。( )3．想一想感應(yīng)電動勢和磁通量都和線圈的匝數(shù)成正比嗎？提示：感應(yīng)電動勢的大小和線圈匝數(shù)成正比，但磁通量和線圈的匝數(shù)無關(guān)。
(3)等效電源切割磁感線的導(dǎo)線等效為一個電源，其電流方向由負(fù)極流向正極，可由 判斷導(dǎo)線的電流方向。(4)導(dǎo)線切割磁感線過程的能量轉(zhuǎn)化 ①導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的電能是通過其他外力克服 做功轉(zhuǎn)化而來的， 克服 做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生。 ②電能又通過 做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能，整個過程遵守能量守恒定律。
2．判一判(1)只要導(dǎo)體棒的速度方向與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒運動產(chǎn)生的電動勢即為E＝BLv。 ( )(2)閉合電路在勻強磁場中做切割磁感線的運動，電路中就一定有感應(yīng)電流。( )(3)如圖所示，導(dǎo)體棒平動切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為BLv。 ( )
3．選一選如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B、方向垂直金屬導(dǎo)軌所在平面向里的勻強磁場中，金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1；若磁感應(yīng)強度增大為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變?yōu)镋2。通過電阻R的電流方向及E1與E2之比E1∶E2分別為(　　)A．c→a,2∶1　　　　　　B．a(chǎn)→c,2∶1C．a(chǎn)→c,1∶2 D．c→a,1∶2解析：由右手定則判斷可得，電阻R上的電流方向為a→c，由E＝BLv知E1＝BLv，E2＝2BLv，則E1∶E2＝1∶2，故選項C正確。答案：C　
b．物理意義：揭開了機械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。(3)航母阻攔技術(shù)①阻攔索阻攔模型a．示意圖b．缺點：對阻攔索的硬度和韌性要求較高，制造難度大，且易出現(xiàn)疲勞和老化等問題。
②電磁阻攔模型a．示意圖b．工作原理：飛機著艦后拉著金屬棒一起做切割磁感線運動，受到安培力的阻礙作用，從而使飛機快速停止。c．優(yōu)點：減少了對阻攔索的依賴，提高了飛機著艦的安全性與可靠性。
2．判一判(1)汽車通過“電子眼”處的速度越大，線圈中的電流越大，汽車通過兩線圈間的時間越短。( )(2)法拉第圓盤發(fā)電機轉(zhuǎn)動時，圓盤中心的電勢高于圓盤邊緣的電勢。( )(3)飛機著艦的速度越大，其后拖著的金屬棒產(chǎn)生的阻力也越大。( )
探究(一)　　法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用[問題驅(qū)動] 如圖所示，將條形磁鐵從同一高度插入線圈中，快速插入和緩慢插入有什么相同和不同？提示：線圈中的磁通量變化相同，但磁通量變化快慢不同?？焖俨迦霑r電流表指針偏轉(zhuǎn)角度較大?！　　　?
　典例1 如圖甲所示，一個圓形線圈匝數(shù)n＝1 000匝、面積S＝2×10－2 m2、電阻r＝1 Ω。在線圈外接一阻值為R＝4 Ω的電阻。把線圈放入一個勻強磁場中，磁場方向垂直線圈平面向里，磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間變化規(guī)律如圖乙所示。求：(1)0～4 s內(nèi)，回路中的感應(yīng)電動勢；(2)t＝5 s時，a、b兩點哪點電勢高；(3)t＝5 s時，電阻R兩端的電壓U。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．(2021·惠州高二檢測)下列說法正確的是(　　)A．線圈中的磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大B．線圈中的磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大C．線圈中的磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大D．線圈放在磁場越強的地方，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大解析：線圈中磁通量的改變量越大，不能得出磁通量的變化率越大，所以感應(yīng)電動勢不一定越大，故A錯誤；線圈中磁通量變化越快，即磁通量的變化率越大，所以感應(yīng)電動勢一定越大，B正確；穿過線圈的磁通量越大，不能得出磁通量的變化率越大，所以感應(yīng)電動勢不一定越大，故C錯誤；感應(yīng)電動勢和磁感應(yīng)強度的大小無關(guān)，D錯誤。答案：B　
2．(多選)單匝線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖所示，則(　　)A．在t＝0時，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大B．在t＝1×10－2 s時，感應(yīng)電動勢最大C．在t＝2×10－2 s時，感應(yīng)電動勢為零D．在0～2×10－2 s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動勢的平均值為零
典例2　如圖所示，水平放置的兩平行金屬導(dǎo)軌相距L＝0.50 m，左端接一電阻R＝0.20 Ω，磁感應(yīng)強度B＝0.40 T的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)體棒ac(長為L)垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計。當(dāng)ac棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：(1)ac棒中感應(yīng)電動勢的大小。(2)回路中感應(yīng)電流的大小。(3)維持ac棒做勻速運動的水平外力的大小。
[解題指導(dǎo)]　本題可按以下思路進(jìn)行分析：
(3)ac棒受到的安培力大小為F安＝BIL＝0.40×4.0×0.50 N＝0.80 N，由左手定則知，安培力方向水平向左。由于導(dǎo)體棒勻速運動，水平方向受力平衡，則F外＝F安＝0.80 N，方向水平向右。[答案]　(1)0.80 V　(2)4.0 A　(3)0.80 N
導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢的基本步驟(1)導(dǎo)體棒切割磁感線，導(dǎo)體棒充當(dāng)電路中的電源。(2)B、v、L兩兩垂直。(3)不垂直時要找有效部分。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1. 殲-20戰(zhàn)斗機是中航工業(yè)成都飛機工業(yè)集團公司研制的第五代戰(zhàn)斗機，如圖所示，機身長為L，機翼兩端點C、D的距離為d。殲-20在我國近海海域上空以速度v沿水平方向直線飛行，已知殲-20所在空間地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量方向向下、大小為B，C、D兩點間的電壓為U。則(　　)A．U＝BLv，C點電勢高于D點電勢B．U＝BLv，D點電勢高于C點電勢C．U＝Bdv，C點電勢高于D點電勢D．U＝Bdv，D點電勢高于C點電勢
解析：殲-20在北半球的上空以速度v水平飛行，切割地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量，切割的長度等于機翼兩端點間的距離，所以U＝Bdv，根據(jù)右手定則可知，感應(yīng)電動勢的方向由C指向D，所以D點的電勢高于C點的電勢，故D正確，A、B、C錯誤。答案：D　
2. 一根彎成直角的導(dǎo)線放在B＝0.4 T的勻強磁場中，如圖所示，ab＝30 cm，bc＝40 cm，當(dāng)導(dǎo)線以5 m/s的速度做切割磁感線運動時，可產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢的值為 (　　)A．1.4 V　　　　　　　　B．1.0 VC．0.8 V D．0.6 V解析：由題易得ac＝50 cm，當(dāng)切割磁感線的有效長度L＝ac＝50 cm時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，最大值Em＝BLv＝1.0 V，選項B正確。答案：B　
探究(三)　　平均電動勢與瞬時電動勢的求解【重難釋解】平均電動勢與瞬時電動勢的比較
典例3 如圖所示，邊長為0.1 m的正方形線圈ABCD在大小為0.5 T的勻強磁場中以AD邊為軸勻速轉(zhuǎn)動。初始時刻線圈平面與磁感線平行，經(jīng)過1 s線圈轉(zhuǎn)過了90°，求：(1)線圈在1 s時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值；(2)線圈在1 s末時的感應(yīng)電動勢大小。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．(2021·深圳高二檢測)如圖所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直。從D點到達(dá)邊界開始到C點進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論錯誤的是(　　)
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(選自魯科版新教材課后練習(xí))(多選) 有一種非接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電力。其工作原理可用兩個左右相鄰或上下相對的線圈來說明，如圖所示。下列說法正確的是 (　　)A．若線圈A中輸入電流，則線圈B中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B．只有線圈A中輸入變化的電流，線圈B中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢C．線圈A中電流越大，線圈B中感應(yīng)電動勢也越大D．線圈A中電流變化越快，線圈B中感應(yīng)電動勢越大
解析：根據(jù)感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的條件，只有線圈A中輸入變化的電流，線圈B中的磁通量才會發(fā)生變化，線圈B中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且線圈A中電流變化越快，線圈B中磁通量變化也越快，線圈B中的感應(yīng)電動勢越大，故A、C錯誤，B、D正確。答案：BD　
2．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·福建卷)(多選)由螺線管、電阻和水平放置的平行板電容器組成的電路如圖(a)所示。其中，螺線管匝數(shù)為N，橫截面積為S1；電容器兩極板間距為d，極板面積為S2，板間介質(zhì)為空氣(可視為真空)。螺線管處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小B隨時間t變化的B-t圖像如圖(b)所示。一電荷量為q的顆粒在t1～t2時間內(nèi)懸停在電容器中，重力加速度大小為g，靜電力常量為k。則(　　)
二、注重學(xué)以致用和思維建模3. (2021·北京高二檢測)如圖所示，幾位同學(xué)在做“搖繩發(fā)電”實 驗。把一條長導(dǎo)線的兩端連在一個靈敏電流計的兩個接線柱上， 形成閉合回路。兩個同學(xué)迅速搖動AB這段“繩”。假設(shè)圖中情景發(fā)生在赤道，地磁場方向與地面平行，由南指向北。圖中搖“繩”同學(xué)是沿東西站立的，甲同學(xué)站在西邊，手握導(dǎo)線的A點，乙同學(xué)站在東邊，手握導(dǎo)線的B點。則下列說法正確的是 (　　)A．當(dāng)“繩”搖到最高點時，“繩”中電流最大B．當(dāng)“繩”搖到最低點時，“繩”受到的安培力最大C．當(dāng)“繩”向下運動時，“繩”中電流從A流向BD．在搖“繩”過程中，A點電勢總是比B點電勢高
解析：當(dāng)“繩”搖到最高點時，繩轉(zhuǎn)動的速度與地磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電流最小，故A錯誤。當(dāng)“繩”搖到最低點時，繩轉(zhuǎn)動的速度與地磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電流最小，繩受到的安培力也最小，故B錯誤。當(dāng)“繩”向下運動時，地磁場向北，根據(jù)右手定則判斷可知，“繩”中電流從A流向B，故C正確。在搖“繩”過程中，當(dāng)“繩”向下運動時，“繩”中電流從A流向B，A點相當(dāng)于電源的負(fù)極，B點相當(dāng)于電源正極，則A點電勢比B點電勢低；當(dāng)“繩”向上運動時，“繩”中電流從B流向A，B點相當(dāng)于電源的負(fù)極，A點相當(dāng)于電源正極，則B點電勢比A點電勢低，故D錯誤。答案：C　
4．(多選)某同學(xué)在實驗室里熟悉各種儀器的使用，他將一條形磁鐵放在水平轉(zhuǎn)盤上，如圖甲所示，磁鐵可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，另將一磁感應(yīng)強度傳感器固定在轉(zhuǎn)盤旁邊。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(及磁鐵)轉(zhuǎn)動時，引起磁感應(yīng)強度測量值周期性地變化，該變化的周期與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動周期一致。經(jīng)過操作，該同學(xué)在計算機上得到了如圖乙所示的圖像。該同學(xué)猜測磁感應(yīng)強度傳感器內(nèi)有一線圈，當(dāng)測得磁感應(yīng)強度最大時就是穿過線圈的磁通量最大時。按照這種猜測 (　　)
A．在t＝0.1 s時刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化B．在t＝0.15 s時刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化C．在t＝0.1 s時刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值D．在t＝0.15 s時刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值解析：根據(jù)題圖乙可知，t＝0.1 s時刻磁感應(yīng)強度達(dá)到最大，并且突然從增大變?yōu)闇p小，變化率也達(dá)到最大，所以感應(yīng)電流應(yīng)該最大并且改變方向。故A、C正確。答案：AC　
5．(多選) 汽車上的小明突然不由自主地向前傾去，原來是遇到了紅燈，汽車剎車。小明想，剎車過程中，汽車動能因摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而無法再回收利用，何不在車廂底部靠近車輪處固定永久磁鐵，在剎車時接通裝在車輪上的線圈，這樣就可以利用電磁感應(yīng)原理，將汽車的一部分動能轉(zhuǎn)化為電能，從而回收一部分能量。如圖所示為小明的設(shè)計，扇形區(qū)域勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，五個形狀與磁場邊界形狀完全相同的線圈均勻地固定在車輪內(nèi)側(cè)，已知車軸到線圈內(nèi)側(cè)的距離為r1，到線圈外側(cè)的距離為r2，車輪的半徑為R，設(shè)某次剎車過程中某時刻的車速為v，則此時(　　)

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第二節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律

版本： 粵教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

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