高中物理(人教版)选修1-1同步教师用书：第3章 第2节 法拉第电磁感应定律

二、法拉第电磁感应定律
[先填空]
1．概念
在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电源．
2．产生条件
只要穿过回路的磁通量发生改变，在回路中就产生感应电动势．
3．探究影响感应电动势大小的因素
实验1：部分电路的一部分导体做切割磁感线运动，如图3-2-1所示，改变导体AB的切割速度，观察电流计示数大小．
图3-2-1
现象分析：导体AB切割速度越快，电流计示数越大，说明感应电动势越大；切割速度越慢，电流计示数越小，则感应电动势越小．
实验2：磁铁在线圈中运动，如图3-2-2所示，以不同的速度将条形磁铁插入或拔出线圈时，比较电流计示数大小．
图3-2-2
现象分析：磁铁插入或拔出的速度越快，电流计的示数越大，产生的感应电动势越大；反之，速度越慢，电流计的示数越小，感应电动势越小．我们从磁通量的变化来看，上面实验由于磁通量都发生变化，均发生电磁感应现象．从实验现象分析可知：无论以何种方式改变磁通量，只要磁通量变化得越快，产生的感应电动势就越大，即感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关．4．磁通量的变化率
磁通量变化量跟发生这个变化所用时间的比值．
[再判断]
1．电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势．(√)
2．只要穿过回路的磁通量发生改变，回路中就有感应电动势产生．(√)
3．线圈放在磁场越强的位置，产生的感应电动势一定越大．(×)
[后思考]
1．回路中有感应电动势时一定有感应电流吗？
【提示】不一定．回路闭合，有感应电动势一定就有感应电流；回路断开，有感应电动势时没有感应电流．
2．磁通量越大，产生的感应电动势越大吗？
【提示】不一定．由实验可知，感应电动势的大小与磁通量的变化快慢有关．与磁通量大小无关．
Φ、ΔΦ、ΔΦ
Δt的区别
1．感应电动势产生的条件是()
【导学号：46852053】A．导体必须做切割磁感线的运动
B．导体回路必须闭合，且回路所包围面积内的磁通量发生变化
C．无论导体回路是否闭合，只要它包围面积内的磁通量发生变化
D．导体回路不闭合
【解析】产生感应电动势的条件是回路中的磁通量发生变化，与回路闭合与否无关，故C选项正确，B、D选项错误；磁通量变化的方式很多，不一定是导体切割磁感线，故选项A错误．
【答案】 C
2．一矩形线圈在匀强磁场中向右做加速运动，如图3-2-3所示，下列说法中正确的是()
【导学号：46852054】
图3-2-3
A．线圈中无感应电流，有感应电动势
B．线圈中有感应电流，也有感应电动势
C．线圈中无感应电流，无感应电动势
D．无法确定
【解析】由于磁通量不变，则无感应电流、无感应电动势．
【答案】 C
3．如图3-2-4所示，电流表与螺线管组成闭合电路．以下关于电流表指针偏转情况的陈述中正确的是()
【导学号：46852055】
图3-2-4
A．磁铁快速插入螺线管时比慢速插入螺线管时电流表指针偏转大
B．磁铁快速插入螺线管和慢速插入螺线管，磁通量变化相同，故电流表指针偏转相同
C．磁铁放在螺线管中不动时螺线管中的磁通量最大，所以电流表指针偏转最大
D．将磁铁从螺线管中拉出时，磁通量减少，所以电流表指针偏转一定减小【解析】电流表的指针的偏转角度是由螺线管产生的感应电动势的大小决定，而感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以选项A正确．【答案】 A
感应电动势的大小只取决于比值ΔΦ
Δt，与Φ、ΔΦ均无关.
[先填空]
1．内容：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＝ΔΦ
Δt，若为n匝线圈，则产生的电动势为E＝n
ΔΦ
Δt.
3．在电磁感应现象中产生了感应电流，一定有其他能向电能转化，在转化的过程中遵守能量守恒定律．
[再判断]
1．线圈中磁通量的变化量越大，产生的感应电动势一定越大．(×)
2．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大．(√)
3．线圈中磁通量变化率越大，产生的感应电流越大．(×)
[后思考]
1．闭合线圈中部分导线以不同速度切割磁感线，观察到电流表指针偏转角度有何不同？
【提示】速度越大，电流表指针偏转角度越大，即产生的感应电流越大．2．电磁感应现象中产生了电能，是否遵守能量守恒定律？
【提示】电磁感应现象中产生了电流，一定有其他能向电能转化，在转化过程中遵守能量守恒定律．
1．感应电动势与磁通量的变化率ΔΦ
Δt成正比，而不能理解为与磁通量Φ或
磁通量的变化量ΔΦ成正比．感应电动势与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然的联系．
2．(1)对公式E＝n ΔΦ
Δt的认识
①适用于回路中磁通量发生变化产生的感应电动势的计算，回路可以闭合，也可以不闭合．
②感应电动势是整个电路的感应电动势．
(2)导体切割磁感线的电动势：在磁感应强度为B的匀强磁场中，长度为L 的导体以速度v沿垂直导体的方向在与磁场垂直的平面内运动时产生的感应电动势为E＝BL v.
3．产生感应电动势的条件：产生感应电动势的条件与产生感应电流的条件不同，不论电路是否闭合，只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电动势；而产生感应电流，还需要电路是闭合的．例如导体在磁场中切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势．
4．如图3-2-5所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05 s，第二次用0.1 s．设插入方式相同，试求：
图3-2-5
(1)两次线圈中平均感应电动势之比；
(2)两次线圈中平均电流之比；
(3)两次通过线圈的电荷量之比.
【导学号：46852056】【解析】(1)由法拉第电磁感应定律得
E1 E2＝
ΔΦ
Δt1·
Δt2
ΔΦ＝
Δt2
Δt1＝
2
1.
(2)利用欧姆定律可得I1
I2
＝
E1
R·
R
E2
＝
E1
E2
＝
2
1.
(3)由q＝I t得
q1 q2＝I1Δt1
I2Δt2
＝
1
1.
【答案】(1)2∶1(2)2∶1(3)1∶1
5．如图3-2-6所示，导体棒ab在间距为L的两导轨上以速度v垂直磁感线运动，磁场的磁感应强度为B.试分析导体棒ab运动时产生的感应电动势为多大．
【导学号：46852057】
图3-2-6
【解析】由法拉第电磁感应定律知，在时间t内
E＝ΔΦ
Δt＝
ΔS
Δt B＝
v tL
t B＝BL v.
【答案】BL v
公式E＝n ΔΦ
Δt求的是Δt时间内的平均电动势，而E＝BL v计算的是导体切割
磁感线时产生的平均电动势或瞬时电动势，但一般多用于计算瞬时电动势．。