2020-2021版高中物理第三章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律学案(全国通用版)选修1

第2讲 法拉第电磁感应定

律

[目标定位] 1. 知道什么是感应电动势.2.理解磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率三者的联系与区别.3.了解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单问题.4.培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力.

一、感应电动势

1.在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势，在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.

2.感应电动势的大小跟磁通量的变化的快慢有关.

3.我们用磁通量的变化率来表示磁通量变化的快慢，它是磁通量的变化量跟产生这个变化所用时间的比值.

想一想 是不是可以说磁通量的变化量越大，磁通量的变化率越大？

答案 不是.磁通量的变化率指单位时间内磁通量的变化量，它们的关系类似于速度的变化量和速度的变化率. 二、法拉第电磁感应定律

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 ＝n ΔΦΔt

.n 为线圈的匝数.ΔΦ是磁通量的变化量.

3.国际单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt 的单位是秒(s)，E 的单位是伏特.

4.电能的产生一定是以消耗其他形式的能量为代价的.各种获得大规模电能的实用方案，都是以法拉第电磁感应定律为理论基础的. 想一想 电磁感应过程中，能量是如何转化的？ 答案 电磁感应过程是其他形式的能转化为电能的过程.

一、感应电动势

1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率

ΔΦ

Δt

的比较 (1)Φ是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS .

(2)ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1. (3)ΔΦΔt 表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化量，又称为磁通量的变化率.

(4)磁通量的变化率ΔΦ

Δt 是Φ－t 图象上某点切线的斜率.如图3－2－1所示，t ＝0.1 s 时，

ΔΦΔt ＝0，t ＝0、0.2 s 、0.4 s 、0.6 s 时图线斜率最大，即ΔΦ

Δt

最大.

图3－2－1

2.感应电动势

(1)由电磁感应产生的电动势叫感应电动势.在闭合电路里，产生感应电动势的那部分导体相当于电源.

(2)当电路闭合时，回路中有感应电流；当电路断开时，回路中没有感应电流，但感应电动势仍然存在.

例1 把一条形磁铁插入同一个闭合线圈中，第一次是迅速地，第二次是缓慢地，两次初、末位置均相同，则在两次插入的过程中( ) A.磁通量变化率相同 B.磁通量变化量相同 C.产生的感应电流相同 D.产生的感应电动势相同 答案 B

解析 两次以不同速率进入闭合线圈，磁通量的变化量相同，但是时间不同，则磁通量的变化率不同，感应电动势不同，感应电流也不同. 针对训练1 下列说法正确的是( ) A.磁通量大，磁通量变化量一定大 B.磁通量变化大，磁通量变化率一定大

C.磁通量为零，磁通量的变化率为零

D.磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零 答案 D

解析 磁通量对应一个状态，而磁通量变化对应一个过程，所以磁通量变化的大小与磁通量的大小无直接关系，选项A 错误；同理磁通量变化的大小与变化的具体过程有关，包括变化的快慢以及变化的时间，而磁通量的变化率只描述磁通量变化的快慢，所以只有选项D 正确. 二、法拉第电磁感应定律

1.内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过该电路的磁通量的变化率成正比.

2.公式：E ＝n ΔΦΔt

.

n 为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量.

电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦ

Δt .而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必

然 联系.

3.单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt 的单位是秒(s)，E 的单位是Wb/s ，E 的国际单位是V.

4.电磁感应现象的本质：在电磁感应现象中，一定产生感应电动势，不一定产生感应电流.能否产生感应电动势是电磁感应现象的本质.

例2 穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb ，则( ) A.线圈中感应电动势每秒钟增加6 V B.线圈中感应电动势每秒钟减少6 V C.线圈中感应电动势保持不变 D.线圈中无感应电动势 答案 C

解析 磁通量始终保持每秒钟均匀地增加6 Wb ，即电动势保持6 V 不变.

针对训练2 如图3－2－2所示，两个半径不同的同心圆线圈置于匀强磁场中，当磁场均匀增大时，线圈1和线圈2产生的感应电动势的关系为( )

图3－2－2

A.E 1＝E 2

B.E 1>E 2

C.E 1

D.无法确定

答案 B

解析 当磁场均匀增大时，在相同时间内穿过线圈1的磁通量的增加量大于穿过线圈2的磁通量的增加量，由E ＝n ΔΦΔt

可知E 1>E 2.

对法拉第电磁感应定律的理解

1.当线圈中的磁通量发生变化时，下列说法正确的是( ) A.线圈中一定有感应电流

B.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量成正比

C.线圈中一定有感应电动势

D.线圈中有感应电动势，其大小与磁通量的变化量成正比 答案 C

解析 线圈中的磁通量发生变化肯定有感应电动势，但不一定有感应电流，由E ＝n ΔΦ

Δt 知，

感应电动势与ΔΦ不成正比.选项C 正确.

2.穿过某单匝线圈的磁通量随时间的变化关系如图3－2－3所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是( )

图3－2－3

A.0～2 s

B.2～4 s

C.4～6 s

D.6～10 s

答案 C

解析 由E ＝ΔΦΔt ，E 的大小由ΔΦΔt

的大小来决定，只有C 正确.

感应电动势大小的计算

3.有一个单匝线圈，在0.2 s 内通过它的磁通量从0.02 Wb 均匀增加到0.08 Wb ，则线圈中