习题课 感应电动势大小的的计算
一、教学目标：
1．熟练应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小。
2．培养学生分析、解决问题的能力
二、教学重点：应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小
三、教学难点：培养学生分析、解决问题的能力
四、教 具：幻灯片、投影仪
五、教 法：讲练结合
六、教学过程：
（一）简要复习基础知识：
1．提问：法拉第电磁感应定律的内容是什么写出计算公式。
答：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。 公式t n E ??=φ（感应电动势的大小） 2．提问：写出导体做切割磁感线运动时产生感应电动势大小的表达式，使用这个公式时应注意什么
答：Blv E =
这个公式表示，在匀强磁场中，当磁感应强度、导线、导线的运动方向三者垂直时，感应电动势等于磁感应强度B 、导线长度l 、导线运动速度v 的乘积。
（二）例题精讲
【例1】如图1所示，是一个水平放置的导体框架，宽
度L=1.50m ，接有电阻R=Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,
磁感应强度B=,方向如图.今有一导体棒ab 跨放在框架上，
并能无摩擦地沿框滑动，框架及导体ab 电阻均不计，当ab
以v=4.0m/s 的速度向右匀速滑动时，试求：
（1）导体ab 上的感应电动势的大小
（2）回路上感应电流的大小
（3）要维持ab 作匀速运动，求外力多大
分析与解答：已知做切割运动的导线长度、切割速度和磁感应强度，可直接运用公式Blv E =求感应电动势；再由欧姆定律求电流强度，最后由平衡条件判定安培力及外力
图 1
（1）导体ab 上的感应电动势的大小
Blv E ==
（2）导体ab 相当于电源，由闭合电路欧姆定律得
0.4=+=r R E I A （3）对导体ab ，所受安培力80.0==BIL F 安N ，由平衡条件知，外力80.0==安F F N. 点评：①若求外力F 的功率，，则可由功率公式P=Fv 求得，因为外力功率和安培力功率相等，也可以用P=IE=I 2R （电路消耗的电功率和外力的机械功率相等）求得
②由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可以用下式求E t
S B t E ??=??=φ ③如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即 E r R R IR U +=
= 【例题2】如图2所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用，第二次用。设插入方式相同，试求：
图 2
（1）：两次线圈中的平均感应电动势之比
解：1
2122121=??=?????=t t t t E E φφ （2）：两次线圈之中电流之比
解：1
2212121==?=E E E R R E I I （3）两次通过线圈的电荷量之比
解：1
1221121=????=t I t I q q （4）两次在R 中产生的热量之比
解：1222212121=??=t R I t R I Q Q 【例题3】如图3所示，有一匀强磁场B=×10-3T ，在垂直磁场的平面内，有一金属棒AO ，绕平行于磁场的O 轴顺时针转动，已知棒长L=0.20m ，角速度ω=20rad/s ，求：棒产生的感应电动势有多大
图 3
分析与解答：
棒转过一周后，所用时间ωπ
2=?t ，OA 扫过的面积2
L S π=， 切割的磁通量BS =?φ，故
421082
2-?===??=ωπωφBL BS t E V 。 点评：此题也可以用Blv E =进行计算，因为从O →A ，各点的线速度是均匀变化的，
故可取棒中点的速度代表棒的平均速度，由2/2/2ωωBL L BL Blv E ===）
（中，仍可得到上面的结果。
【例题4】如图4所示，矩形线圈由100匝组成，ab 边长L 1=0.40m ，ad 边长L 2=0.20m ，在B=的匀强磁场中,一两短边中点的连线为轴转动,转速n ′=50r/s 求：
（1）线圈从图4（a ）所示的位置起，转过180o 的平均感应电动势为多大
（2）线圈从图4（b ）所示的位置起，转过180o 的平均感应电动势为多大
图 4
分析与解答：
（1）
t
n
E
?
?
=
φ
=80
2
1
2
2
1
=
'
=
'
?
n
BS
n
n
n
φ
V
（2）
t
n
E
?
?
=
φ
=0
2
1
1
2=
'
-
n
n
φ
φ
讨论：为什么第一种情况下E≠0，而第二种情况下E=0
这是因为在第一种情况下，感应电动势只是大小发生了变化，而方向没有发生变化，故平均感应电动势不为零；而在第二种情况下，感应电动势的大小和方向均发生了变化，故平均感应电动势为零。
（三）课堂练习与课后作业
1．如图5所示，MN为水平面内的平行金属导轨，导轨处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，ab、cd两根导体棒长为L，并以相同的速度v匀速运动，导轨间电阻为R，则MN间电压为，通过R的电流强度为。
2．有一总电阻为5Ω的闭合导线，其中1m长部分直导线在磁感应强度为2T的水平匀强磁场中，以5m/s的速度沿与磁感线成30o角的方向运动，如图6所示，该直导线产生的感应电动势为V，磁场对直导线部分的作用力大小为N。
3．有一面积为S=100cm2的金属环，电阻R=Ω，环中磁场变化规律如图7所示，磁场方向垂直环面向里，则通过金属环的电荷量为C。
4．如图8所示,线圈内有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时，有一带电粒子静止于平行板（两板水平放置）电容器中间。若线圈的匝数为n，面积为S，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m，带电荷量为q，则磁感应强度的变化率为。
图 6
图5
图7 图8
5．如图9所示，处于水平面内的长平行金属框架内接有电阻R1、R2，R1=R2=1Ω,框架电阻不计，垂直框架平面的匀强磁场B=，平行框架间距L=0.5m，一金属杆ab沿垂直于框架方向放在框架上，其电阻不计，金属杆可以沿框架接触良好的无摩擦地滑动，试求：（1）金属杆中点突然受到一个力打击而以v0=10m/s的初速度沿框架向右滑动，在滑动过程中，金属杆受到的安培力大小怎样变化金属杆的速度和加速度怎样变化（2）若金属杆质量m=0.1kg，则滑行过程中，电阻R1上消耗的电阻多大（设框架足够长）
图9
图9
直流电路的动态分 析 一般思路为： （1）确定电路的外电阻R 外总如何变化； ① 当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小） ② 若电键的闭合使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的闭合使并联的支路增多，总电阻减小。 （2）根据闭合电路欧姆定律r R E I += 外总总确定电路的总电流如何变化； （3）由U 内=I 总r 确定电源内电压如何变化； （4）由U 外=E －U 内确定电源的外电压如何（路端电压）如何变化）； （5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两的电压如何变化； （6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系）。 基本方法 一、“先总后分”。即先判断总电阻和总电流如何变化： 例1、如图，当R 3变小时，R 1 、R 2上的电流、电压及灯泡的亮度如何变化 本题中，引起变化的是电阻R 3，当光照强度增强时，其阻值变小。根据串并联电路的电阻关系可知，电路的总电阻变小。这类题还有个特点，就是电源电动
势恒定的，所以根据闭合电路欧姆定律可得：总 总R E I =，总电阻变小则总电流增大。 二、“先干后支”。即先分析干路部分，再分析支路部分： 分析时要注意电源内阻必须考虑，且电源内阻是在干路上，根据部分电路欧姆定律有：r I U 总内=，总电流增大，则内阻上电压增大。同理有：11R I U R 总=，则R1两端的电压增大，即电压表读数增大。最后由外内U U E +=和并外U U U R +=1可判断并联部分的电压是减小的。 三、“先定后变”。即先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路： 并联部分有两个支路，其中R 2是定值电阻，那么，通过R 2的电流I 2为： 2 2R U I 并= ，并联部分电压变小，则I 2变小。电阻R 3和灯泡所在的支路阻值是变化 的，故不能直接由电压的变化判断其电流的变化。需根据并联电路电流关系来判断，即由32I I I +=总得23I I I -=总，再由前面的分析可知，I 3是增大的，因此灯泡会变亮。 四、“并同串反”。 “并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。电路中R 2上的电流、电压、功率都是变小的。 “串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大。电路中与R 3串联的灯泡上的电流、电压、功率都是增大的。至此，本题的分析结束。
第六讲 上课时间：2014年9月23日星期二 课时：两课时 总课时数：12课时 教学目标：1.掌握导线切割磁感线时的感应电动势计算方法， 2.掌握导体切割磁感线时产生的感应电动势。 3.掌握导体切割磁感线时产生的感应电动势大小的表达式。会计算B、l、v三者相互垂直的情况下，导体切割磁感线时产生的感应电动势的大小。 教学重点：本节重点是导体切割磁感线时产生的感应电动势大小的计算 教学难点：本节重点是导体切割磁感线时产生的感应电动势大小的计算 教具：电子白板 教学过程： 一、组织教学 检查学生人数，填写教室日志，组织学生上课秩序。 二、复习导入 1.磁场中的几个基本物理量。 2.电磁力的大小计算公式及方向的判定。 三、讲授新课： （一）电磁感应 电流和磁场是不可分的，有电流就能产生磁场，同样，变化的磁场也能产生电动势和电流。通常把利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。 在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。用字母e表示，国际单位伏特，简称伏，用符号V表示。 直导体切割磁感线时产生的感应电动势；螺旋线圈中磁感线发生变化时产生的感应电动势。 （二）直导体切割磁感线时产生的感应电动势 直导体切割磁感线时产生的感应电动势的大小可用下面公式计算: e=BL vsinθ 式中：e---感应电动势，单位伏特，简称伏，用符号V表示。 B――为磁感应强度，单位为特斯拉，简称特，用符号T表示。 L――导体在垂直于磁场方向上的长度，单位为米，用符号m表示。 v----导体切割磁感线速度,单位为米/秒，用符号m/s表示。 θ-----为速度v方向与磁感应强度B方向间的夹角。 上式说明：闭合电路中的一段导线在磁场中作切割磁感线时，导线内所产生的感应电动势与磁场的磁感应强度、导线的有效长度和导线切割磁感线的有效速度的乘积成正比。 由上式可知：当B⊥v时，θ=90o, sin90o=1,感应电动势e最大，最大为BL v；当θ=0o时，sin0o=0,感应电动势e最小为0. 感应电动势的方向可用右手定则来判断：平伸右手，大拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内，手心对准N极，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动的方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。 产生感应电动势的实质：穿过回路的磁通量发生变化。 穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生电流，该电流称为感应电流。 注意：1.公式用于匀强磁场 2．公式中v为瞬时速度，e为瞬时感应电动势；v为平均速度，e为平均感应电动势。
1．利用电磁感应定律计算感应电动势 电磁感应定律适用于一切电磁感应现象，作为电磁感应定律的应用之一，是依据这一定律计算感应电动势。 由于穿过闭合电路的磁通量发生变化（或某段导线做切割磁感线运动），在闭合电路中（或在导线中）就产生感应电动势，基于电动势的存在，可视为一电源，做切割磁感线运动的导线，或磁通量发生变化的闭合电路内部，即为电源内部——内电路，和该内电路相连接的那部分电路为外电路。不难看出，在这种情况下，问题便归结为闭合电路的计算问题， 2．运用ε=Blvsinθ应注意的问题 （1）表达成ε=BLvsinθ中的L不是导体的实际长度，而是导线做切割磁感线运动的有效长度，可以理解为产生感应电动势的导体两端点连接线，在切割速度v的垂直方向上投影的长度。 如图所示，导线皆在纸面内运动，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里，各图中导线的有效长度L分别为：
有效长度L=0。 在图1（c）中，按v1方向运动，有效长度L=a/2；a（a为等边三角 方向运动，有效长度 形之边长）按v2方向运动，有效长度L=a/2；按v3 （2）表达式ε=BLvsinθ中，θ为运动速度v与磁感强度B之间的夹角。若θ=kπ（k=c，±1，±2…）时，即运动速度方向与磁感强度B的方向平行时，ε=BLvsinθ=0，尽管导体运动，但没有感应电动势产生。
（3）在运用表达式ε=BLvsinθ解题时，往往遇到磁场方向、导体运动方向、感应电流方向、安培力方向、外力方向比较复杂的空间立体图。此时，应将复杂的空间图形简化为单向视图。 例如，在图2中，导线AB中通以电流，电流方向由B→A，边长为d的正方形闭合线框abcd绕着OO’轴以角速度ω匀速转动，轴OO’与导线AB平行，二者相距为l，线框的电阻值为R，当线框转到与 AB、00’所在平面垂直时，ab、cd边所在处磁场的磁感应强度的大小均为B O ，求此时，线框中感应电流的大小和方向。 分析可知，导线AB中的电流I O在空间所产生的磁场的方向与线框abcd运动的方向成一定的夹角，画出这样一个涉及电流磁场的方向、做切割磁感线运动的导线运动方向、感应电流方向的立体图形比较困难。但是，可将空间图形简化成一单向视图，如图3所示。
第1页 共1页 高二物理 法拉第电磁感应定律－感应电动势的大小 要 点：知道决定感应电动势大小的因素；知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物 理量，并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别；理解法拉第电磁感 应定律的内容和数学表达式；会用法拉第电磁感应定律解答有关问题；会计算导线 切割磁感线时感应电动势的大小。 教学难点：感应电动势的大小的决定因素 考试要求：高考Ⅱ（法拉第电磁感应定律） 课堂设计：本节教学是在前一节课的基础上进行的有了磁通量的变化引起感应电流，势必要问 形成电流的条件，本节课就由此展开。通过实验发现磁通量改变的快慢会影响感应 电流，推出影响感应电动势大小的物理量，磁通量的变化率，在这里要让学生搞清 变化率、变化量的区别，同时注意条件的使用。在此还要推出在切割时的感应电动 势，对学生推理要求比较高，可以适当放慢速度。 解决难点：磁通量的变化量作为一个本章常用的概念是十分重要的。做好基本概念的区别引导 学生自己概括和总结出感应电动势的大小。让学生自己推倒出切割时的感应电动势 的大小。 学生现状：知道电磁感应现象，知道用磁通量来描述感应电流有无，但还比较陌生，对变化量， 变化率不是非常清楚。 培养能力：理解能力，分析综合能力，逻辑推理能力，空间想象能力 思想教育：尊重科学、尊重事实和精确细心的科学态度 一、复习提问，引入新课 【问】要使闭合电路中有电流必须具备什么条件？ （引导学生回答：这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势产生的） 【问】如果电路不是闭合的，电路中有没有电流？电源的电动势是否还存在呢？ （引导学生回答：此时电路中没有电流，而电动势反映了电源提供电能本领的物理量，电路不闭合电源电动势依然存在） 结论：有电流一定有电动势，但有电动势不一定有电流 引入新课：在电磁感应现象里，既然闭合电路里有感应电流，那么这个电路中也必定有电动势，在电磁感应现象里产生的电动势叫做感应电动势．．．．． ，产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。 二、新课教学 【板书】（一）感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势。 产生电动势的那部分导体相当于电源。 引导学生找出下面两图中相当于电源的那部分导体？ （上节课中图16-4的导体AB ，图16-6中的螺线管B ） 分析：电路闭合，有感应电流，由感应电动势的大小和电路的电阻决定． A F E B
感应电动势大小的计算 适用学科高中物理适用年级高中二年级适用区域安徽课时时长（分钟）60 知识点1、电磁感应产生的条件、法拉第电磁感应定律 2、导线切割磁感线感应电动势的公式 教学目标1、理解感应电动势的概念，明确感应电动势的作用。 2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能与磁通量的变化相区别。 3、理解感应电动势的大小与磁通变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用。 4、知道公式θ是如何推导出的，知道它只适用于导体切 割磁感线运动的情况。会用它解答有关的问题。 5、通过法拉第电磁感应定律的建立，进一步揭示电与磁的关系，培养学生空间思维能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力。 教学重点理解感应电动势的大小与磁通变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用 教学难点法拉第电磁感应定律及应用 教学过程 一、复习预习 1、复习楞次定律； 2、复习感应电流产生的条件； 3、通过感应电流方向的判断。 二、知识讲解 （一）、感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势. 注意：（1）不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化都产生感应电动势；（2）
产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源的内阻；（3）要产生感应电流，电路还必须闭合，感应电流的大小不仅与感应电动势的大小有关，还与闭合电路的电阻有关. （二）、法拉第电磁感应定律 1.内容：回路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比. 2.公式t ??Φ (1 1 ) 式中n 为线圈匝数，t ??Φ 称磁通量的变化率. 注意它与磁通量Φ和磁通量变化量ΔΦ的区别. 说明：（1）若B 不变，线圈面积S 变化，则t S ??. (2)若S 不变，磁感应强度B 变化，则t B ??. （三）、运动导体做切割磁感线运动时，产生感应电动势的大小，其中v 为导体垂直切割磁感线的速度，L 是导体垂直于磁场方向的有效长度. 四、转动产生感应电动势 1.导体棒（长为L ）在磁感应强度为B 的匀强磁场中匀速转动（角速度为ω时），导体棒产生感应电动势. ??? ??? ??? -===)(212102 2212 L L B E L B E E ωω以任意点为轴时以端点为轴时以中点为轴时 2.矩形线圈（面积为S ）在匀强磁场B 中以角速度ω绕线圈平面内的任意轴匀速转动，产生的感应电动势ωθ,θ为线圈平面与磁感线方向的夹角.该结论与线圈的形状和转轴具体位置无关（但是轴必须与B 垂直）. 考点1： 严格区别磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率t ??Φ 磁通量Φ表示穿过一平面的磁感线条数，磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1，表示磁通量变化的 多少，磁通量的变化率t ??Φ表示磁通量变化的快慢.Φ大，ΔΦ及t ??Φ不一定大；t ??Φ 大， Φ及ΔΦ也不一定大.它们的区别类似于力学中的v 、Δv 及t v ??的区别. 考点2： 对t ??Φ 的理解 1.公式t ??Φ 计算的是在Δt 时间内的平均电动势；公式中的v 代入瞬时速度，则E 为瞬时电 动势；v 代入平均速度，则E 为平均电动势.这样在计算感应电动势时，就要审清题意是求平均电动势还是求瞬时电动势，以便正确地选用公式.
例谈综合法简化电路 一、简化电路的具体方法 1．支路电流法：电流是分析电路的核心。从电源正极出发顺着电流的走向，经各电阻外电路巡行一周至电源的负 极，凡是电流无分叉地依次流过的电阻均为串联，凡是电流有分叉地依次流过的电阻均为并联。 例 1：试判断图 1 中三灯的连接方式。 【解析】由图 1 可以看出，从电源正极流出的电流在 A 点分成三部分。一部分流过灯L1，一部分流过灯L2，一部分流过灯L3，然后在 B 点汇合流入电源的负极，从并联电路的特点可知此三灯并联。 【题后小结】支路电流法，关键是看电路中哪些点有电流分叉。此法在解决复杂电路时显得有些力不从心。 2．等电势法：将已知电路中各节点（电路中三条或三条以上支路的交叉点，称为节点）编号，按电势由高到低的顺 序依次用 1、 2、 3??数码标出来（接于电源正极的节点电势最高，接于电源负极的节点电势最低，等电势的节点 用同一数码）。然后按电势的高低将各节点重新排布，再将各元件跨接到相对应的两节点之间，即可画出等效电路。 例 2：判断图 2 各电阻的连接方式。 【解析】（ 1）将节点标号，四个节点分别标上1、 2。 （2）将各个节点沿电流的流向依次排在一条直线上。 （3）将各个电路元件对号入座，画出规范的等效电路图，如图3 所示。
（4）从等效电路图可判断，四个电阻是并联关系。 【题后小结】等电势法，关键是找各等势点。在解复杂电路问题时，需综合以上两法的优点。 二、综合法：支路电流法与等电势法的综合。 注意点：（ 1）给相同的节点编号。 （2）电流的流向：由高电势点流向低电势点（等势点间无电流），每个节点流入电流之和等于流出电流之和。 例 3：由 5 个 1Ω电阻连成的如图 4 所示的电路，导线的电阻不计，则A、 B 间的等效电阻为_______Ω。 【策略】采用综合法，设 A 点接电源正极， B 点接电源负极，将图示电路中的节点找出，凡是用导线相连的节点可 认为是同一节点，然后按电流从 A 端流入，从 B 端流出的原则来分析电流经过电路时的各电阻连接形式就表现出来了。 【解析】由于节点A、D 间是用导线相连，这两点是等势点（均标1），节点C、 F 间是用导线相连，这两点是 等势点（均标2），节点E、 B 间是用导线相连，这两点是等势点（均标3），则 A 点电势最高， C（F）次之， B 点电势最低，根据电流由高电势流向低电势，易得出各电阻的电流方向。 由于电阻 R1，R2 均有一端接点 1，另一端接点 2；电阻 R4， R5 均有一端接点 2，另一端接点 3；电阻 R3 一端接点 1，另一端接点 3，易得其等效电路如图 5 所示。 或者用图 4 中所标电流方向，也可得其等效电路如图5，相比第一种方法更简单。故AB 间总电阻力0． 5Ω 。
xxxXXXXX学校XXXX年学年度第二学期第二次月考XXX年级xx班级 姓名：_______________班级：_______________考号：_______________ 题号 一、选 择 题二、填空 题 三、计算 题 四、多项 选择 总分 得分 一、选择题 （每空？分，共？分） 1、彼此绝缘、相互垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，下图中穿过线圈的磁通量可能为零的是 2、伟大的物理学家法拉第是电磁学的奠基人，在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰出贡献，下列陈述中不符合历史事实的是（） A．法拉第首先引入“场”的概念来研究电和磁的现象 B．法拉第首先引入电场线和磁感线来描述电场和磁场 C．法拉第首先发现了电流的磁效应现象 D．法拉第首先发现电磁感应现象并给出了电磁感应定律 3、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量Φa和Φb大小关系为： A.Φa＞Φb B.Φa＜Φb C.Φa＝Φb D.无法比较 4、关于感应电动势大小的下列说法中，正确的是（） 评卷人得分
A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大 B．线圈中磁通量越大，产生的感应电动势一定越大 C．线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电动势一定越大 D．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大 5、对于法拉第电磁感应定律，下面理解正确的是 A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 B．穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零 C．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大 D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 6、如图所示，均匀的金属长方形线框从匀强磁场中以匀速V拉出，它的两边固定有带金属滑轮的导电机构，金属框向右运动时能总是与两边良好接触，一理想电压表跨接在PQ两导电机构上，当金属框向右匀速拉出的过程中，电压表的读数：（金属框的长为a，宽为b，磁感应强度为B） A．恒定不变，读数为BbV B．恒定不变，读数为BaV C．读数变大 D．读数变小 7、如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势ε与导体棒位置x关系的图像是 8、如图所示，一个高度为L的矩形线框无初速地从高处落下，设线框下落过程中，下边保持水平向下平动。在线框的下方，有一个上、下界面都是水平的匀强磁场区，磁场区高度为2L，磁场方向与线框平面垂直。闭合线圈下落后，刚好匀速进入磁场区，进入过程中，线圈中的感应电流I0随位移变化的图象可能是
高中物理中关于感应电动势的计算公式有两个：E=△φ/△t和E= BLvsinθ。对于这两个公式的真正物理含义及适用范围，有些学生模糊不清。现就这一知识点做如下阐述。 （一）关于E=△φ/△t 严格地说，E=△φ/△t不能确切反映法拉第电磁感应定律的物理含义。教材中关于法拉第电磁感应定律是这样阐述的：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。而表达式△φ/△t所表示的物理意义应为：磁通变化量与发生此变化所用时间的比值，这与磁通变化率是不能等同的，只有在△t →0时，△φ/△t的物理意义才是磁通量的变化率。由于中学阶段没有涉及微积分，故教材用E=△φ/△t 来表示法拉第电磁感应定律是完全可以的。但必须清楚：用公式E=△φ/△t求得的感应电动势只能是一个平均值，而不是瞬时值。因为△和△t 都是某一时间段内的对应量而不是某一时刻的对应量，所以直接用此公式求得的E为△t时间内产生的感应电动势的平均值。 （二）关于E=BLvsinθ 公式E=BLvsinθ是由公式E=Δφ/Δt推导而来。此公式适用于导体在
匀强磁场中切割磁力线而产生感应电动势的情况，实质是由于导体的相对磁力线运动（切割磁力线），使回路所围面积发生变化，使得通过回路的磁通量发生变化从而产生感应电动势。可以认为公式E=BLvsinθ 所表示的物理意义是法拉第电磁感应定律的一种特殊情况。用此公式求得的E可为平均值也可为瞬时值：若v为某时间段内的平均速度，则求得的E为相应时间段内的平均感应电动势；若v为某时刻的瞬时速度，则求得的E为相应时刻的瞬时感应电动势。一般用此公式来计算瞬时感应电动势。 （三）例题分析 如图1，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r, 导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两道轨间距为L。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt ( k为常数，且k＞0)，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻，金属导轨紧靠P、Q端，在外力作用下以大小为a的恒定加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=T时刻回路中的感应电动势大小。 1.易错解法1：t=0时穿过回路的磁通量：φ1=0
高二物理系列讲座之二——电路 总体归纳：七、四、四、二、五七个基本概念四个基本规律四种常见电路 两个伏安曲线五个电学实验 【知识结构】
【知识归纳】 一、六个基本概念---------1、电流2、电压3、电阻4、电功5、电功率6、电动势7、电热 难点：五种功率 1、电功率P IU =，普遍使用； 2、热功率2 P I R 热 ＝，普遍使用； 3、电源的输出功率P IU 出 ＝；在电源电动势和内阻一定时，当R r =时，电源的输出功率最大，即2 4m E P r =，此时电源效率50η=%； 4、电源消耗的电功率2 P I r 耗＝； 5、电源的总功率P IE 总＝，P P P +总出耗 ＝。 二、四个规律 (一) 电阻定律： 1、公式：R=ρL/S （注意：对某一导体，L 变化时S 也变化，L ·S=V 恒定） 2. 电阻率：ρ=RS/L ，与物体的长度L 、横截面积S 无关，和物体的材料、温度有关，有些材料的电阻率随温度的升高而增大，有此材料的电阻率随温度的升高而减小，也有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，如锰铜和康铜，常用来做标准电阻，当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象。 (二) 部分电路欧姆定律 （1）. 公式I=U/R ，U=IR ，R=U/I 。 （2）. 含义：R 一定时，I ∝U ，I 一定时，U ∝R ；U 一定时，I ∝l/R 。（注意：R 与U 、I 无关） （3）. 适用范围：纯电阻用电器（例如：适用于金属、液体导电，不适用于气体导电）。 （4）. 图象表示：在R 一定的情况下，I 正比于U ，所以I —U 图线、U —I 图线是过原点的直线，且R=U/I ，所以在I —U 图线中，R=cot θ=1/k 斜率，斜率越大，R 越小；在U —I 图线中，R=tan θ=k 斜率，斜率越大，R 越大。 注意：（1）应用公式I=U/R 时，各量的对应关系，公式中的I 、U 、R 是表示同一部分电路的电流强度、电压和电阻，切不可将不同部分的电流强度、电压和电阻代入公式。（2）I 、U 、R 各物理量的单位均取国际单位，I （A ）、U （V ）、R （Ω）；（3）当R 一定时，I ∝U ；I 一定时，U ∝R ；U 一定时，I ∝1/R ，但R 与I 、U 无关。 （三.）。闭合电路欧姆定律 （1）. 三种表达式：（1）I=E/（R+r ）；（2）E=U 外+U 内；（3）U 端＝E －Ir . 路端电压U 和外电阻R 外关系：R 外增大，U 端变大，当R 外＝∞（断路）时，U 端＝E （最大）；R 外减小时，U 外变小，当R 外＝0（短路）时，U 端＝0（最小）。 （2）. 总电流I 和外电阻R 外关系：R 外增大，I 变小，当R 外＝∞时，I ＝0；R 外减小时，I 变大，当R 外＝0时，I ＝E/r （最大）。（电源被短路，是不允许的 （四）焦耳定律2 Q I Rt =，普遍适用；电流做的功2 W UIt Q I Rt =≥=（对纯电阻电路或元件才取等号） 四、四种常见电路
第十一章电磁感应电磁波 感应电动势的大小 知识精要 一．感应电动势 1．定义：在_____________现象中产生的电动势。 说明㈠产生_____________的那部分导体相当于电源。例如导体棒切割磁感线，__________就相当于电源，磁铁穿过螺线管，_________就相当于电源。 2.产生感应电动势的两种情况： ⑴导体在磁场中做_________磁感线运动，克服_______力作用而产生感应电动势。 ⑵磁场变化引起电路中_________的变化而产生感应电动势。 二．求感应电动势大小的两种方法: 1.法拉第电磁感应定律 ⑴定义:电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的___________成正比。这就是法拉第电磁感应定律。 ⑵表达式：E=_____________ 说明㈡当ΔΦ由磁场变化引起时，ΔΦ/Δt常用_____________计算；当ΔΦ由回路面积变化引起时，ΔΦ/Δt常用_____________计算。 2.切割法求感应电动势 公式： E=_____________ 说明㈢a.此公式一般用于_____________(或导体所在位置各点的B相同)，导体各部分____________________相同的情况。 b.若导体棒绕某一回定转轴切割磁感线，虽然棒上各点的切割速度并不相同，但可用棒_______的速度等效替代切割速度。 c.公式中的L指有效切割长度，即垂直于B、垂直于v的直线部分长度。 3.由法拉第电磁感应定律可推出电荷量计算式 q=_____________ 4.由E=_____________求得的感应电动势为平均感应电动势。由E=_____________求感应电动势时：当v为_______速度时，感应电动势为平均电动势；v为________速度时，感应电动势为瞬时值。 5.判断电磁感应电路中电势高低的方法：把产生感应电动势的那部分电路当做电源的________电路，再判定该电源的极性(正极、负极)，对于一个闭合回路来说电源内电路的电流方向是从_____电势流向_____电势，电源外的电流是从______极流向_____极。
高中物理电学公式总结 一.电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷： 2.库仑定律：F＝kQ1Q2/r2（在真空中） 3.电场强度：E＝F/q（定义式、计算式) 4.真空点（源）电荷形成的电场E＝kQ/r2 5.匀强电场的场强E＝U AB/d 6.电场力：F＝qE 7.电势与电势差：U AB＝φA-φB，U AB＝W AB/q＝-ΔE AB/q 8.电场力做功：W AB＝qU AB＝Eqd 9.电势能：E A＝qφA 10.电势能的变化ΔE AB＝E B-E A 11.电场力做功与电势能变化ΔE AB＝-W AB＝-qU AB (电势能的增量等于电场力做功的负值) 12.电容C＝Q/U(定义式,计算式) 13.平行板电容器的电容C＝εS/4πkd 14.带电粒子在电场中的加速(V o＝0)：W＝ΔE K或qU＝mV t2/2，V t＝(2qU/m)1/2 15.带电粒子沿垂直电场方向以速度V o进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下) 类平垂直电场方向:匀速直线运动L＝V o t(在带等量异种电荷的平行极板中：E＝U/d) 抛运动平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d＝at2/2，a＝F/m＝qE/m 二、恒定电流 1.电流强度：I＝q/t 2.欧姆定律：I＝U/R 3.电阻、电阻定律：R＝ρL/S
4.闭合电路欧姆定律：I＝E/(r+R)或E＝Ir+IR 5.电功与电功率：W＝UIt，P＝UI 6.焦耳定律：Q＝I2Rt 7.纯电阻电路中:由于I＝U/R,W＝Q，因此W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2t/R 8.电源总动率、电源输出功率、电源效率：P总＝IE，P出＝IU，η＝P 出/P总 9.电路的串/并联串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I与R成 反比) 电阻关系(串同并反) 10.欧姆表测电阻(1)电路组成(2)测量原理(3)使用方法(4)注意事项 11.伏安法测电阻电流表内接法：电流表外接法： 三、磁场 1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量，单位:(T),1T＝1N/A 2.安培力F＝BIL； 3.洛仑兹力f＝qVB(注V⊥B);质谱仪 4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种)：（1）带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V＝V0 (2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动, 四、电磁感应 1.感应电动势的大小计算公式: 1)E＝nΔΦ/Δt（普适公式）｛法拉第电 磁感应定律， 2)E＝BLV垂(切割磁感线运动) 3)E m＝nBSω（交流发电机最大的感应电动势） 4)E＝BL2ω/2（导体一端固定以ω旋转切割） 2.磁通量Φ＝BS
1 感应电动势的计算2 1．一根导体棒ab 放在水平方向的匀强磁场中，导体棒自由落下时，始终保持水平方向且跟磁场方向垂直，如图1所示，比较导体棒ab 两端的电势的高低，有( ) A ．a 端与b 端的电势相同 B ．a 、b 间的电势差保持不变，a 端较高 C ．a 、b 间的电势差越来越大，a 端较高 D ．a 、b 间的电势差越来越大，b 端较高 2. 图2中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l ，磁场方向垂直纸面向里,abcd 是位于纸面内的梯形线圈，ad 与bc 间的距离也为l.t=0时刻，bc 边与磁场区域边界重合（如图）.现令线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域.取沿a →b→c→d→a 的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I 随时间t 变化的图线可能是( ) 答案 B 解析 线框进入时，磁通量是增加的，线框穿出时磁通量是减少的，由楞次定律可判断两次电流方向一定相反，故只能在A 、B 中选择，再由楞次定律及规定的电流正方向可判断进入时电流为负方向，故选B. 3．如图3所示，ab 和cd 是位于水平面内的平行金属轨道，间距为l ，其电阻可忽略不计，ac 之间连接一阻值为R 的电阻．ef 为一垂直于ab 和cd 的金属杆，它与ad 和cd 接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动．电阻可忽略．整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向 里，磁感应强度为B ，当施外力使杆ef 以速度v 向右匀速运动时，杆ef 所受的安培力为( )A.vB 2l 2R B.vBl R C.vB 2l R D.vBl 2R 4．如图4所示，先后两次将同一个矩形线圈由匀强磁场中拉出，两次拉动的速度相同．第一次线圈长边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区，拉力做功W 1、通过导线截面的电荷量为q 1，第二次线圈短边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区域，拉力做功为W 2、通过导线截面的电荷量为q 2，则( ) A ．W 1>W 2，q 1＝q 2 B ．W 1＝W 2，q 1>q 2 C ．W 1
习题课 感应电动势大小的的计算 教案 一、教学目标： 1．熟练应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小。 2．培养学生分析、解决问题的能力 二、教学重点：应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小 三、教学难点：培养学生分析、解决问题的能力 四、教 具：幻灯片、投影仪 五、教 法：讲练结合 六、教学过程： （一）简要复习基础知识： 1．提问：法拉第电磁感应定律的内容是什么？写出计算公式。 答：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。 公式t n E ??=φ（感应电动势的大小） 2．提问：写出导体做切割磁感线运动时产生感应电动势大小的表达式，使用这个公式时应注意什么？ 答：Blv E = 这个公式表示，在匀强磁场中，当磁感应强度、导线、导线的运动方向三者垂直时，感应电动势等于磁感应强度B 、导线长度l 、导线运动速度v 的乘积。 （二）例题精讲 【例1】如图1所示，是一个水平放置的导体框架，宽度L=1.50m ，接有电阻R=0.20Ω,设匀强磁场和框架平面垂直,磁感应强度B=0.40T,方向如图.今有一导体棒ab 跨放在框架上，并能无摩擦地沿框滑动，框架及导体ab 电阻均不计，当ab 以v=4.0m/s 的速度向右匀速滑动时，试求： （1）导体ab 上的感应电动势的大小 （2）回路上感应电流的大小 （3）要维持ab 作匀速运动，求外力多大？ 分析与解答：已知做切割运动的导线长度、切割速度和磁感应强度，可直接运用公式Blv E =求感应电动势；再由欧姆定律求电流强度，最后由平衡条件判定安培力及外力
（1）导体ab 上的感应电动势的大小 Blv E ==0.80V （2）导体ab 相当于电源，由闭合电路欧姆定律得 0.4=+=r R E I A （3）对导体ab ，所受安培力80.0==BIL F 安N ，由平衡条件知，外力80.0==安F F N. 点评：①若求外力F 的功率，，则可由功率公式P=Fv 求得，因为外力功率和安培力功率相等，也可以用P=IE=I 2R （电路消耗的电功率和外力的机械功率相等）求得 ②由于导体运动过程中感应电动势不变，瞬时值等于平均值，所以也可以用下式求E t S B t E ??=??=φ ③如果这时跨接在电阻两端有一个电压表，测得的就是外电路上的电压，即 E r R R IR U += = 【例题2】如图2所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05s ，第二次用0.1s 。设插入方式相同，试求： 图 2 （1）：两次线圈中的平均感应电动势之比？ 解：1 2122121=??=?????=t t t t E E φφ （2）：两次线圈之中电流之比？ 解：1 2212121==?=E E E R R E I I （3）两次通过线圈的电荷量之比？ 解：1 1221121=????=t I t I q q （4）两次在R 中产生的热量之比？
高中物理复习---电学知识归纳 一、静电场： 静电场：概念、规律特别多，注意理解及各规律的适用条件；电荷守恒定律，库仑定律 1.电荷守恒定律：元电荷 2.库仑定律：条件：真空中、点电荷；静电力常量k=9×109Nm 2/C 2 三个自由点电荷的平衡问题：“三点共线，两同夹异，两大夹小” 中间电荷量较小且靠近两边中电量较小的； 常见电场的电场线分布熟记，特别是孤立正、负电荷,等量同种、异种电荷连线上及中垂线上的场强分布,电场线的特点及作用. 3.力的特性(E)：只要有电荷存在周围就存在电场，电场中某位置场强： （定义式）（真空点电荷）（匀强电场E 、d 共线） 4.两点间的电势差：U 、U AB ：(有无下标的区别) 静电力做功U 是(电能其它形式的能)电动势E 是(其它形式的能电能) 191.610e C -=?2 Qq F K r =3 13221q q q q q q =+q F E = 2 KQ E r =d U E =??
＝－U BA ＝－（U B －U A ）与零势点选取无关) 电场力功W=qu=qEd=F 电S E (与路径无关) 5.某点电势描述电场能的特性：(相对零势点而言) 理解电场线概念、特点；常见电场的电场线分布要求熟记， 特别是等量同种、异种电荷连线上及中垂线上的场强特点和规律 6.等势面(线)的特点，处于静电平衡导体是个等势体,其表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面(距导体远近不同的等势面的特点?)，导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面；表面曲率大的地方等势面越密,E 越大,称为尖端放电。应用：静电感应，静电屏蔽 7.电场概念题思路：电场力的方向电场力做功电势能的变化(这些问题是电学基础) 8.电容器的两种情况分析 始终与电源相连U 不变；当d 增C 减Q=CU 减E=U/d 减仅变s 时，E 不变。 充电后断电源q 不变:当d 增c 减u=q/c 增E=u/d= 不变,仅变d 时,E 不变； 9带电粒子在电场中的运动qU=mv 2 ；侧移 y=，偏角tg Ed -q W U B A B A A B === →???q W 0 A →= ?????????s kq 4d q/c επ=2 1 2 2 mdv 2L 'qU
专题02 感应电动势大小的计算 1．(2017黑龙江大庆一模)如图甲为磁感应强度B随时间t的变化规律，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一细金属圆环，平面位于纸面内，如图乙所示．令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示金属环上很小一段导体受到的安培力．下列说法不正确的是（） A．I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 B．I2沿顺时针方向，I3沿顺时针方向 C．F1方向指向圆心，F2方向指向圆心 D．F2方向背离圆心向外，F3方向指向圆心 【参考答案】C．
2.如图2所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为( ) A.c→a，2∶1 B.a→c，2∶1 C.a→c，1∶2 D.c→a，1∶2 【参考答案】C 3.如图所示，水平放置的平行金属导轨MN和PQ之间接有定值电阻R，导体棒ab长为l且与导轨接触良好，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，现使导体棒ab向右匀速运动，下列说法正确的是( ) A.导体棒ab两端的感应电动势越来越小 B.导体棒ab中的感应电流方向是a→b C.导体棒ab所受安培力方向水平向右 D.导体棒ab所受合力做功为零 【参考答案】D
【名师解析】由于导体棒匀速运动，磁感应强度及长度不变，由E＝BLv可知，运动中感应电动势不变；由楞次定律可知，导体棒中的电流方向由b指向a；由左手定则可知，导体棒所受安培力方向水平向左；由于匀速运动，棒的动能不变，由动能定理可知，合力做的功等于零。选项A、B、C错误，D正确。 4．(2016福建质检)如图，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，底端接电阻R，轻弹簧上端固定，下端悬挂质量为m的金属棒，金属棒和导轨接触良好。除电阻R外，其余电阻不计。导轨处于匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在平面。静止时金属棒位于A处，此时弹簧的伸长量为Δl，弹性势能为E P。重力加速度大小为g。将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，金属棒在运动过程中始终保持水平，则 A．当金属棒的速度最大时，弹簧的伸长量为Δl B．电阻R上产生的总热量等于mgΔl－E P C．金属棒第一次到达A处时，其加速度方向向下 D．金属棒第一次下降过程通过电阻R的电荷量比第一次上升过程的多 【参考答案】BD 【命题意图】本题考查了电磁感应、能量守恒定律、胡克定律、安培力等知识点。
图3 限流电路和分压电路 1. 限流和分压接法的比较 （1）限流电路：如图2所示，实际上滑动变阻器的右边部分并没 有电流流过。该电路的特点是：在电源电压不变的情况下，R 用两端的 电压调节范围：U ≥U 用≥UR 用/（R 0+R 用），电流调节范围：U /R 用≥I 用 ≥U /（R 0+R 用 ）。即电压和电流不能调至零，因此调节范围较小。要使 限流电路的电压和电流调节范围变大，可适当增大R 0。另外，使用该电 路时，在接通电前，R 0 应调到最大。 （2）分压电路：如图3所示，实质上滑动变阻器的左边部分与R 用并联后再与滑动变阻器的右边串联。注意滑动变阻器的两端都有电流流 过，且不相同。该电路的特点是：在电源电压不变的情况下，R 用两端 的电压调节范围为U ≥U 用≥0，即电压可调到零，电压调节范围大。电 流调节范围为E /R 用≥I 用≥0。 使用分压电路，在当R 0
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