2018版高中物理 第4章 揭開(kāi)電磁關(guān)系的奧秘 第2節(jié) 電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用學(xué)案 魯科版選修1-1

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1、第2節(jié)　電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識(shí)　脈　絡(luò) 1.知道電源是一種把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)描述電源的這種本領(lǐng)強(qiáng)弱的物理量． 2.知道法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n.會(huì)用電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小． 會(huì)用公式E＝Blv計(jì)算導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，知道該公式與法拉第電磁感應(yīng)定律的區(qū)別與聯(lián)系．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3.會(huì)用右手定則判斷導(dǎo)體垂直切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向，能區(qū)分左手定則、右手定則與安培定則．(重點(diǎn)) 4.知道直流電與交流電之間的區(qū)別．知道發(fā)電機(jī)的工作原理． 5.了解變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，知道理想變壓器的原、副

2、線圈兩端的電壓與它們?cè)褦?shù)之間的關(guān)系. 　法 拉 第 電 磁 感 應(yīng) 定 律 1．電動(dòng)勢(shì)：電源是一種把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電源本領(lǐng)的強(qiáng)弱用電動(dòng)勢(shì)描述．電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)E表示．單位：伏特(V)．一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)是1.5 V，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是2.0 V. 2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：如果導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，其兩端就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 3．磁通量的變化率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)穿過(guò)回路的磁通量的變化量． 4．法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容：回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)該回路的磁通量的變化率成正比． (2)公式 E＝ E＝n

3、，n為線圈的匝數(shù)，E、ΔΦ、Δt的單位分別為V、Wb、s. 5．導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)大?。篍＝Blv. (2)感應(yīng)電流方向：用右手定則判斷，伸開(kāi)右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，那么其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向． 1．對(duì)于公式E＝Blv中的B、l、v三者必須相互垂直．(√) 2．線圈中磁通量的變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大．(√) 3．導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大．(×) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能，是否遵守能量守恒定律？ 【提示】　電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生了

4、電流，一定有其他能向電能轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中遵守能量守恒定律． 1．磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的比較 物理量 單位 物理意義 磁通量Φ Wb 表示某時(shí)刻或某位置時(shí)穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)的多少 磁通量的變化量ΔΦ Wb 表示在某一過(guò)程中穿過(guò)某一面積磁通量變化的多少 磁通量的變化率 Wb/s 表示穿過(guò)某一面積的磁通量變化的快慢 (1)磁通量大，磁通量的變化量不一定大，磁通量的變化率不一定大． (2)磁通量變化量大，磁通量的變化率也不一定大，磁通量的變化率與磁通量的變化量和磁通量大小沒(méi)有直接關(guān)系． (3)在Φ-t圖象上，切線的斜率表示磁通量的變化率．

5、 2．決定電動(dòng)勢(shì)大小的因素 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)電路的磁通量的變化率，與Φ的大小、ΔΦ的大小沒(méi)有必然聯(lián)系，與電路的構(gòu)成也無(wú)關(guān)，而感應(yīng)電流的大小由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和電路的總電阻R決定． 3．v與E的對(duì)應(yīng)關(guān)系 E＝Blv適用于導(dǎo)體棒垂直切割磁感線的情況，適用條件是B、l、v兩兩垂直，若公式中v是平均速度，則E為平均電動(dòng)勢(shì)，若公式中v是瞬時(shí)速度，則E為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)． 4．左、右手定則的區(qū)別 右手定則用于判斷導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電流的方向．導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)是原因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果；左手定則用于判斷通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受安培力的方向，導(dǎo)體中有電流是原因，導(dǎo)體受到安培力作用而運(yùn)動(dòng)是結(jié)果，兩者應(yīng)注意區(qū)

6、分． 1．一個(gè)共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為10 Ω，置于水平面上．若在0.02 s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量由垂直線圈平面向下，從6.4×10－2Wb均勻減少到零，再反向均勻增加到9.6×10－2Wb.則在此時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)線圈的磁通量的變化量為_(kāi)_______Wb，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率為_(kāi)_______Wb/s. 【解析】　設(shè)垂直線圈平面向上為正，在0.02 s內(nèi)磁通量的變化量 ΔΦ＝Φ2－Φ1＝[9.6×10－2－(－6.4×10－2)]Wb ＝0.16 Wb 磁通量的變化率＝Wb/s＝8 Wb/s. 【答案】　0.16　8 2．一面積為S＝4×10－2m2、匝數(shù)n＝100

7、的線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線垂直于線圈平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率為＝2 T/s.穿過(guò)線圈的磁通量的變化率是多少？線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？ 【解析】　穿過(guò)線圈的磁通量的變化率 ＝·S＝2×4×10－2Wb/s＝8×10－2Wb/s， 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝n＝100×8×10－2V＝8 V. 【答案】　8×10－2Wb/s　8 V 3．如圖4-2-1所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌，相距l(xiāng)＝0.50 m，左端接一電阻R＝0.20 Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.40 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)體棒ac垂直放在導(dǎo)軌上，并能無(wú)摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)，當(dāng)ac

8、棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求： (1)ac棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小； (2)回路中感應(yīng)電流的大小和方向. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18152086】 圖4-2-1 【解析】　(1)ac棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝Blv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V. (2)感應(yīng)電流的大小I＝＝ A＝4.0 A. 由右手定則判定電流方向?yàn)閏→a. 【答案】　(1)0.80 V　(2)4.0 A　方向c→a 公式E＝n求的是Δt時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，而E＝BLv，計(jì)算的是導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)或瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)，但一般多用于計(jì)算瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)． 發(fā) 電

9、 機(jī)　變 壓 器 的 工 作 原 理 一、發(fā)電機(jī)的工作原理 1．發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，和電動(dòng)機(jī)的原理正好相反． 2．直流電：干電池和蓄電池等電源提供的電流，方向恒定不變，稱為直流電．簡(jiǎn)稱DC. 3．交流電：讓矩形線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交流電，簡(jiǎn)稱AC. 4．交流發(fā)電機(jī)的工作原理：如圖4-2-2所示，線圈平面從垂直于磁感線開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈的一個(gè)邊向上運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)邊向下運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．電流從線圈的一個(gè)邊流出，從另一個(gè)邊流進(jìn)．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)半周后，線圈的左右兩個(gè)邊在磁場(chǎng)中發(fā)生了變化，原來(lái)向上運(yùn)動(dòng)的改為向下運(yùn)動(dòng)

10、，原來(lái)向下運(yùn)動(dòng)的改為向上運(yùn)動(dòng)，結(jié)果使得線圈中的電流方向發(fā)生了改變．這就產(chǎn)生了大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流． 圖4-2-2 二、變壓器的工作原理 1．用途：變壓器是把交流電的電壓升高或者降低的裝置．可分為升壓變壓器和降壓變壓器． 2．構(gòu)造：原線圈、副線圈和閉合鐵芯．如圖4-2-3所示． 圖4-2-3 3．原理：利用電磁感應(yīng)來(lái)改變交流電壓．如圖4-2-4所示，原線圈n1接交變電流，由于電流的變化在閉合鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，從而在副線圈n2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出不同于原線圈的電壓，對(duì)于理想變壓器，原副線圈兩端的電壓之比等于它們的匝數(shù)之比，即＝.

11、 圖4-2-4 1．交流發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能．(√) 2．恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也可起到變壓作用．(×) 3．不計(jì)電能損耗的變壓器為理想變壓器．(√) 在課外，某同學(xué)在進(jìn)行低壓交流變壓器實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一種摩托車的蓄電池代替，按圖4-2-5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． 則閉合開(kāi)關(guān)后，燈炮是否發(fā)光？并解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因？ 圖4-2-5 【提示】　因蓄電池是直流電源，向外輸出恒定電壓，故連接到副線圈上的小燈泡不會(huì)發(fā)光． 原因是：恒定電壓加在原線圈上后，線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化，因而副線圈中的磁通量也不發(fā)生變化，所以E＝n＝0.故

12、副線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 1．理想變壓器：不計(jì)變壓器線圈的熱損失和鐵芯發(fā)熱損失的能量，變壓器副線圈提供給用電器的電功率等于發(fā)電機(jī)提供給原線圈的電功率． 2．理想變壓器的磁通量全部集中在鐵芯內(nèi)，穿過(guò)原、副線圈的磁通量相同，穿過(guò)每匝線圈的磁通量的變化率也相同，因此每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，原、副線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和原、副線圈的匝數(shù)成正比．在線圈電阻不計(jì)時(shí)，線圈兩端電壓等于電動(dòng)勢(shì)．所以變壓器原、副線圈的兩端電壓與匝數(shù)成正比． 3．升壓變壓器和降壓變壓器：由變壓器公式U1/U2＝n1/n2，當(dāng)變壓器原線圈匝數(shù)少，副線圈匝數(shù)多時(shí)，副線圈兩端電壓高于原線圈兩端電壓，則變壓器為升壓變壓器；當(dāng)變壓器

13、原線圈匝數(shù)多，副線圈匝數(shù)少時(shí)，副線圈兩端電壓低于原線圈兩端電壓，則變壓器為降壓變壓器． 4．規(guī)律 (1)理想變壓器中，原、副線圈兩端的電壓之比等于它們的匝數(shù)之比，＝. (2)理想變壓器的輸出功率等于輸入功率，P入＝P出，即U1I1＝U2I2.因此，原、副線圈中的電流之比等于匝數(shù)的反比，＝. 4．關(guān)于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的下列說(shuō)法正確的是(　　) A．發(fā)電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 B．電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 C．發(fā)電機(jī)的工作原理是由電流產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) D．電動(dòng)機(jī)的工作原理是由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流 【解析】　發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，工作原理是：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．而電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，工作原理是：通電線圈在磁場(chǎng)中受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)． 【答案】　B 5．如圖所示，可以將電壓升高供給電燈的變壓器是(　　) 【解析】　當(dāng)原線圈接直流電源時(shí)，原線圈通過(guò)恒定電流，鐵芯中不會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，因此副線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤．B圖中，原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，所以B中變壓器是降壓變壓器；C圖中，原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)，所以C中變壓器是升壓變壓器，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確． 【答案】　C 無(wú)論線圈的匝數(shù)增加還是減小，緊緊抓住電壓與匝數(shù)成正比的關(guān)系去列式求解. 7