資源簡介

2.2法拉第電磁感應定律——高二物理人教版（2019）選擇性必修二課堂學案
【基礎知識整合】
一、法拉第電磁感應定律
1.內容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。
2.公式：
n是線圈的匝數，是磁通量的變化量，是對應于所用的時間，是磁通量的變化率。
二、感生電場
（1）基本性質：與靜電場相同，能夠對處于其中的電荷產生力的作用。
（2）場源：變化的磁場。
（3）電場線：與變化的磁場正交的閉合曲線。
（4）方向的判定：與判定感應電流方向的方法相同。如圖是磁場向上增強時產生的感生電場示意圖。
三、感生電動勢
（1）概念：由感生電場產生的電動勢叫感生電動勢。
（2）非靜電力：感生電場對自由電荷的作用力。
（3）存在位置：整個包圍磁場區域的回路。
（4）公式：
四、動生電動勢
1.概念:因導體與磁場間的相對運動而產生的感應電動勢叫動生電動勢。
2.非靜電力
動生電動勢的實質是導體內的自由電荷在磁場中隨做切割磁感線運動的導體運動時，磁場對自由電荷的洛倫茲力使其沿導體運動的結果。
3.動生電動勢公式：
4.的適用條件：
（1）勻強磁場；
（2）平動切割(導體上各點切割磁感線速度相同)；
（3）三者相互垂直（不垂直時取垂直分量)
【課堂考點速測】
1.如圖所示，半徑為r的圓形區域內有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t的變化關系為，、k為常量，則圖中半徑為R的單匝圓形線圈中產生的感應電動勢大小為( )
A. B. C. D.
2.如圖所示，足夠長的光滑金屬導軌abc和de置于同一水平面內，其中ab與de平行，bc是以O為圓心的圓弧導軌，圓弧be左側和扇形Obc區域內有方向相反的勻強磁場，磁感應強度大小均為B，金屬桿OP長為L，電阻為r，O端與e點用導線相接，P端與圓弧bc接觸良好；金屬棒MN長為1.5L，電阻為R，固定在平行導軌上.其他電阻不計，若桿OP繞O點順時針以角速度ω由b勻速轉動到c，此過程中，下列說法正確的是( )
A.桿OP產生的感應電動勢的大小為
B.棒MN所受安培力大小為
C.棒MN兩端的電壓為
D.桿OP上O點電勢高于P點電勢
3.如圖所示，在虛線cd兩側分別存在磁感應強度大小相等、方向相反的勻強磁場，磁場方向均垂直于紙面，虛線ab在紙面內且與虛線cd相互垂直.一矩形導線框位于紙面內，開始時矩形導線框的兩條對稱軸分別與虛線重合，下列能使矩形導線框中產生感應電流的是( )
A.將矩形導線框沿虛線ab移動 B.將矩形導線框沿虛線cd移動
C.將矩形導線框繞虛線ab轉動 D.將矩形導線框繞虛線cd轉動
4.如圖所示，兩平行的粗糙金屬導軌水平固定在勻強磁場中，磁感應強度為B，導軌寬度為L，一端與電源連接.一質量為m的金屬棒ab垂直于平行導軌放置并與導軌接觸良好，金屬棒與導軌間的動摩擦因數為，在安培力的作用下，金屬棒以速度向右勻速運動，通過改變磁感應強度的方向，可使流過金屬棒的電流最小，此時磁感應強度的方向與豎直方向的夾角為( )
A.30° B.37° C.45° D.60°
5.如圖所示，為水平放置的平行光滑金屬導軌，間距為間通過導線相連。導軌間有垂直于導軌平面向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，導軌與導線電阻不計。已知金屬桿傾斜放置，與導軌成θ角，單位長度的電阻為r。保持金屬桿以速度v沿平行于的方向滑動（金屬桿滑動過程中與導軌接觸良好）。則( )
A.電路中感應電動勢的大小為 B.電路中感應電流的大小為
C.金屬桿所受安培力的大小為 D.金屬桿的熱功率為
6.如圖甲所示,在絕緣的水平桌面上放置一金屬圓環.在圓環的正上方放置一個螺線管,在螺線管中通入如圖乙所示的電流,電流從螺線管a端流入為正.以下說法中正確的是( )
A.在第1 s末,圓環中的感應電流最大
B.在第2 s末,圓環對桌面的壓力小于圓環的重力
C.在1~2 s內和2~3 s內,圓環中的感應電流的方向相反
D.從上往下看,在0~1 s內,圓環中的感應電流沿順時針方向
答案以及解析
1.答案：A
解析：由法拉第電磁感應定律可知，，A正確.
2.答案：B
解析：桿OP產生的感應電動勢的大小為，故A錯誤；回路中產生的感應電流為，則棒MN所受安培力大小為，故B正確；棒MN兩端的電壓為，C錯誤；根據右手定則可知，桿OP上電流從O流向P，由于桿OP相當于電源，在電源內部電流從低電勢流向高電勢，則O點電勢低于P點電勢，故D錯誤.
3.答案：A
解析：將矩形導線框沿虛線ab移動，穿過線框的磁通量發生變化，產生感應電流，A正確；B、C、D中，穿入矩形導線框的磁通量與穿出的磁通量一直相等，相互抵消，合磁通量為零，不產生感應電流，B、C、D錯誤.
4.答案：A
解析：假設流過金屬棒的電流最小時，安培力方向與豎直方向的夾角是θ，對金屬棒受力分析，如圖所示
根據平衡條件得
解得
而
即
故當時，可使流過金屬棒的電流最小，此時磁感應強度的方向與豎直方向的夾角為30°，故選A。
5.答案：B
解析：金屬桿的運動方向與金屬桿不垂直，電路中感應電動勢的大小為（l為切割磁感線的有效長度），A錯誤；電路中感應電流的大小為，B正確；金屬桿所受安培力的大小為，C錯誤；金屬桿的熱功率為，D錯誤。
6.答案：D
解析：在0~1 s內螺線管中電流增大得越來越慢,到1 s末電流最大,但是變化率為零,所以在第1 s末圓環中的感應電流最小,故A錯誤;在第2 s末金屬圓環中感應電流最大,但螺線管中電流為零,沒有磁場,與圓環間無相互作用,所以第2 s末圓環對桌面的壓力等于圓環的重力,故B錯誤;1～2 s內正向電流減小,2~3 s內反向電流增大,根據楞次定律可知,圓環中感應電流的磁場方向不變,感應電流方向不變,故C錯誤;在0~1 s內螺線管中的電流增大,產生的磁場增大,金屬圓環中磁通量增大,根據楞次定律可知,從上往下看,在0~1 s內,圓環中的感應電流沿順時針方向,故D正確.

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