1.3探究感应电动势的大小 学案(2020年沪科版高中物理选修3-2)
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1、1.3 探究感应电动势的大小探究感应电动势的大小 学科素养与目标要求 物理观念:1.知道感生电动势、动生电动势和感应电动势的概念.2.理解和掌握法拉第电磁感 应定律. 科学思维:1.通过比较区分 、 和 t .2.运用法拉第电磁感应定律推导出导线切割磁感线 产生的电动势公式.3.能够运用 EBLv 或 EBLvsin 计算导体切割磁感线时的感应电动势. 一、法拉第电磁感应定律 实验探究:感应电动势大小与磁通量变化的关系 实验装置如图 1 所示,根据实验结果完成表格(填“较大”或“较小”),然后回答下列问题. 图 1 表 1 同样速度快速插入线圈 不同速度插入线圈 一条磁铁 两条磁铁 一条磁铁
2、两条磁铁 指针摆动角度 相对 相对 角度大小和磁铁条数 无必然联系 表 2 一条磁铁缓 慢插入线圈 一条磁铁快 速插入线圈 N 极向下 S 极向下 N 极向下 S 极向下 指针摆动角度 (1)在实验中,为什么可以用电流表指针偏转角度大致判断感应电动势的大小? (2)感应电动势的大小跟磁通量变化的大小有关吗? (3)感应电动势的大小跟磁通量变化的快慢有关吗? (4)磁场方向对感应电动势的大小是否有影响? 答案 较小 较大 较小 较小 较大 较大 (1)穿过闭合电路的 变化产生 E感产生 I感.由闭合电路欧姆定律 I E Rr知,当电路的总 电阻一定时,E感越大,I感越大,指针偏转角度越大. (2
3、)感应电动势的大小跟磁通量变化的大小无必然联系. (3)磁通量变化相同时,磁通量变化越快,感应电动势越大. (4)磁场方向对感应电动势的大小没有影响. 要点总结 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:En t ,其中 n 为线圈匝数, 总是取绝对值. 此公式一般用来表示 t 时间内感应电动势的平均值. 3.对法拉第电磁感应定律的理解 (1)磁通量的变化率 t 和磁通量 没有(选填“有”或“没有”)直接关系. 很大时, t 可能 很小,也可能很大;0 时, t 可能不为 0. (2)En t 有两种常见形式:线圈面积 S 不变,磁感应强度 B 均
4、匀变化:EnB tS.磁感 应强度 B 不变, 线圈面积 S 均匀变化: EnB S t.(其中 t 是 t 图像上某点切线的斜率, B t 为 Bt 图像上某点切线的斜率) (3)产生感应电动势的那部分导体相当于电源.如果电路没有闭合, 这时虽然没有感应电流, 但 感应电动势依然存在. 例 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 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 增大时,所产生的感应电动势也增大 C.穿过线圈的磁通量 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 t 越大,所产生的感应电动势就越大
5、答案 D 解析 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 t 成正比, 与磁 通量 及磁通量的变化量 没有必然联系.当磁通量 很大时,感应电动势可能很小,甚 至为 0.当磁通量 等于 0 时,其变化率可能很大,产生的感应电动势也会很大,而 增大 时, t 可能减小.如图所示,t1时刻, 最大,但 E0;0t1时间内 增大,但 t 减小, E 减小;t2时刻,0,但 t 最大,E 最大.故 D 正确. 例 2 如图 2 甲所示,一个圆形线圈的匝数 n1 000 匝,线圈面积 S200 cm2,线圈的电阻 r1 , 线圈外接一个阻值 R4 的电阻, 把线圈放入一方向垂直于线圈
6、平面向里的匀强磁 场中,磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示,求: 图 2 (1)前 4 s 内的感应电动势的大小及电阻 R 上消耗的功率; (2)前 5 s 内的平均感应电动势. 答案 (1)1 V 0.16 W (2)0 解析 (1)前 4 s 内磁通量的变化量 21S(B2B1) 20010 4(0.40.2) Wb4103 Wb 由法拉第电磁感应定律得 En t 1 000410 3 4 V1 V. I E Rr 1 5 A PRI2R(1 5) 24 W0.16 W (2)由题图乙知,46 s 内的B t0.2 T/s,则第 5 s 末的磁感应强度 B20.2 T,前 5 s 内 磁
7、通量的变化量 21S(B2B1) 20010 4(0.20.2) Wb0 由法拉第电磁感应定律得 E n t 0. t 图像和 Bt 图像的理解 在 t 图像中,图像上某点切线的斜率表示磁通量的变化率 t ;在 Bt 图像中,某点切线 的斜率表示磁感应强度的变化率B t. 二、导体切割磁感线时的感应电动势 如图 3 所示,闭合电路一部分导体 ab 处于匀强磁场中,磁感应强度为 B,ab 的长度为 L,ab 以速度 v 匀速垂直切割磁感线,求回路中产生的感应电动势. 图 3 答案 设在 t 时间内导体由原来的位置运动到a1b1,如图所示,这时闭合电路面积的变化量为 SLvt 穿过闭合电路磁通量的
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