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文檔簡介
第一章電磁感應(yīng)
第1講磁生電的探索
[[目標(biāo)定位]
1.知道奧斯特實(shí)驗(yàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象,了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過程2通過實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)探究,理解感
應(yīng)電流的產(chǎn)生條件.3.能說出磁通量變化的含義,會(huì)利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件解決實(shí)際問題.
[自主預(yù)習(xí)]
一、電磁感應(yīng)的探索歷程
1.電生磁:1820年,丹麥物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng).
2.磁生電:1821年,開始了磁生電的研究.1831年,他終于悟出了磁生電的基本原理,進(jìn)一步揭示
了的內(nèi)在聯(lián)系.
二、科學(xué)探究—感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件
1.導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)
如圖所示,將可移動(dòng)導(dǎo)體放置在磁場中,并和電流表組成閉合回路.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下:
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論
(有無電流)
導(dǎo)體棒靜止
導(dǎo)體AB切割磁感線,改變了回路在
導(dǎo)體棒平行7
磁場中的面積,通過閉合回路,Xu
磁感線運(yùn)動(dòng)—
的___________________,產(chǎn)生了感應(yīng)
導(dǎo)體棒切割
電流
磁感線運(yùn)動(dòng)
2.磁鐵在螺線管中運(yùn)動(dòng)
如圖所示,將螺線管與電流表組成閉合回路,把條形磁鐵插入或拔出螺線管.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下:
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論
(有無電流)^3^
N極插入線圈—S
N極停在線圈中—方
N極從線圈中抽將磁鐵插入或拔出螺線管時(shí),通過
—■
出螺線管閉合回路的磁場發(fā)生變化,-——
S極插入線圈—引起________________,有感應(yīng)電
流產(chǎn)生
S極停在線圈中—
S極從線圈中抽
—
出
3.如圖所示,線圈A通過變阻器和開關(guān)連接到電源上,線圈B的兩端連到電流表上,把線圈A裝在線圈8
的里面.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下:
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B中
實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論
有無電流)
開關(guān)閉合瞬間—導(dǎo)體、磁場都沒有發(fā)生相對1I
開關(guān)斷開瞬間運(yùn)動(dòng),但螺線管A中的電流
—僵
開關(guān)閉合時(shí),滑動(dòng)變發(fā)生變化時(shí),引起穿過螺線匕
阻器不動(dòng)—管8
的___________________,閉
開關(guān)閉合時(shí),迅速移
合螺線管B中有感應(yīng)電流產(chǎn)
動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片—
生
想一想1.思考以上幾個(gè)產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)例:
(1)將實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)2比較,實(shí)驗(yàn)3中的螺線管A的作用是什么?
(2)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件都跟哪個(gè)物理量有關(guān)?
2.哪些情況可以引起磁通量0的變化?
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:只要穿過閉合電路的,閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生.
5.因磁通量的變化產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫,所產(chǎn)生的電流叫做.
[重難點(diǎn)解析]
一、磁通量的理解及變化分析
1.磁通量的計(jì)算
⑴B與S垂直時(shí):<P=BS,S為線圈的有效面積.如圖(a)所示.J吃//
(2)8與S不垂直時(shí):0=8S_=Bd,為線圈在垂直磁場方向上的投N[S'Zd]E:
影面積.為8在垂直于S方向上的分量.如圖(b)、(c)所示.BB
(3)某線圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場時(shí),規(guī)定某個(gè)方向的磁通量為(a)(b)(c
正,反方向的磁通量為負(fù),求其代數(shù)和,如圖(d)所示.
2.磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù),其正負(fù)表示與規(guī)定的穿入方向相同或相反,穿過某一面的磁通量等于各部
分磁通量的代數(shù)和.
3.磁通量的變化大致可分為以下幾種情況:[1寸埠
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度8不變,有效面積S發(fā)生變化.如圖(a)所示.「/感/
_(a)(c)
(2)有效面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度2發(fā)生變化.如圖(b)所示.
(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S都不變,它們之間的夾角發(fā)生變化.如圖(c)所示.
4.用磁感線的條數(shù)表示磁通量.當(dāng)回路中有不同方向的磁感線穿過時(shí),磁通量是指穿過某一面磁感線的
“凈”條數(shù),即指不同方向的磁感線的條數(shù)差.
例1如圖所示,一根條形磁鐵穿過一個(gè)彈性線圈,將線圈面積拉大,放手后穿過線圈的(
A.磁通量減少且合磁通量向左B.磁通量增加且合磁通量向左
C.磁通量減少且合磁通量向右D.磁通量增加且合磁通量向右
答案B
解析放手后線圈的面積將減小,由條形磁鐵磁感線分布特點(diǎn)可知,當(dāng)彈簧線圈面積減小時(shí),磁場外部的
磁通量減少,磁場內(nèi)部的磁通量未發(fā)生變化,合磁通量增加,且合磁通量向左.
例2如圖所示,線框與通電直導(dǎo)線均位于水平面內(nèi),當(dāng)線框打〃由實(shí)線位置在水平面內(nèi)向a6|
右水平移動(dòng),逐漸移動(dòng)到虛線位置,穿過線框的磁通量如何變化?
答案線框的水平移動(dòng),可分為三個(gè)階段.第一階段,從實(shí)線位置開始至藤邊到達(dá)直導(dǎo)線位
置,穿過線框的磁通量逐漸增大.第二階段,從be邊抵達(dá)直導(dǎo)線處開始至面邊到達(dá)直導(dǎo)線dc|
為止,由于向外的磁感線逐漸減少,向里的磁感線逐漸增多,所以穿過線框的總磁通量先減少(當(dāng)加、de
兩邊中點(diǎn)連線與直導(dǎo)線重合時(shí),磁通量為零)后增大.第三階段,從a"邊離開直導(dǎo)線向右運(yùn)動(dòng)開始至線框
抵達(dá)虛線位置為止,穿過線框的磁通量逐漸減少.
解析直線電流/產(chǎn)生的磁場的磁感線的形狀是以導(dǎo)線上的點(diǎn)為圓心的在豎直平面內(nèi)的一組組同心圓,在
電流/的右邊磁感線的方向垂直水平面向里,在電流/的左邊磁感線的方向垂直水平面向外.磁感線的疏
密分布是越靠近導(dǎo)線磁感線越密,離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁感線越稀疏.
例3勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T,矩形線圈a加的面積S=0.5m2,共10匝,開始時(shí)磁*xx
場與線圈所在平面垂直且線圈有一半在磁場中,如圖所示.求:X1Xx
(1)當(dāng)線圈繞外邊轉(zhuǎn)過60。時(shí),線圈的磁通量以及此過程中磁通量的改變量為多少?“JxJ
(2)當(dāng)線圈繞de邊轉(zhuǎn)過60。時(shí),求線圈中的磁通量以及此過程中磁通量的改變量.
答案(1)0.2Wb0(2)0-0.2Wb
解析(1)當(dāng)線圈繞曲邊轉(zhuǎn)過60。時(shí),0=BS±=BScos60°=0.8X0.5x|Wb=0.2Wb(此時(shí)的線圈正好全部
處在磁場中).在此過程中8沒變,穿過線圈的磁感線條數(shù)沒變,故磁通量變化量△0二。
(2)當(dāng)線圈繞de邊轉(zhuǎn)過60。時(shí),①=BS',此時(shí)沒有磁場穿過線圈,所以。=0;在圖示位置。|=%=0.2Wb,
轉(zhuǎn)動(dòng)后?2=0,A0=02-0|=-O.2Wb,故磁通量改變了一0.2Wb.
二、產(chǎn)生感應(yīng)電流的判斷
1.產(chǎn)生條件(1)電路閉合.(2)磁通量發(fā)生變化.如果回路不閉合,不會(huì)產(chǎn)生
感應(yīng)電流,但仍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,就好比直流電路一樣,電路不閉合,沒
有電流,但電源仍然存在.
2.注意事項(xiàng)A
通人增大的電流
(1)注意磁感線的反穿情況,磁通量指的是穿過某面的磁感線的“凈”條數(shù).
(2)磁通量是指穿過某面的合磁通量.
D
例4左圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()
答案B
解析根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件:A中,電路沒閉合,無感應(yīng)電流;B中,面積增大,閉合電路的磁通量
增大,有感應(yīng)電流;C中,穿過線圈的磁感線相互抵消,。恒為零,無感應(yīng)電流;D中,磁通量不發(fā)生變
化,無感應(yīng)電流.
例5在一長直導(dǎo)線中通以如圖所示的恒定電流時(shí),套在長直導(dǎo)線上的閉合線環(huán)(環(huán)面與導(dǎo)線垂直,長直導(dǎo)
線通過環(huán)的中心),當(dāng)發(fā)生以下變化時(shí),肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()
A.保持電流不變,使導(dǎo)線環(huán)上下移動(dòng)[/
B.保持導(dǎo)線環(huán)不變,使長直導(dǎo)線中的電流增大或減小
C.保持電流不變,使導(dǎo)線在豎直平面內(nèi)順時(shí)針(或逆時(shí).針)轉(zhuǎn)動(dòng)
D.保持電流不變,環(huán)在與導(dǎo)線垂直的水平面內(nèi)左右水平移動(dòng)
答案
C解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是磁通量發(fā)生改變,題圖所示位置環(huán)中沒有磁通量,A、B、D沒有使磁通量
發(fā)生改變,所以都錯(cuò).只有C在轉(zhuǎn)動(dòng)中使得環(huán)中磁通量發(fā)生改變,選C.
[課時(shí)作業(yè)]
1-奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),使整個(gè)科學(xué)界受到了極大的震動(dòng),通過對電流磁效應(yīng)的逆向思維,人們
提出的問題是()
A.電流具有熱效應(yīng)B.電流具有磁效應(yīng)
C.磁能生電D.磁體具有磁化效應(yīng)
2.下面屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()
A.通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場
B.磁場對電流產(chǎn)生力的作用
C.閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),在電路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象
D.電荷在磁場中定向移動(dòng)形成電流
3.如圖所示,虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場放置的兩個(gè)圓環(huán),分別用01
和介表示穿過大小兩環(huán)的磁通量,則有()
A.01>02B.01<02
C.01=02D.無法確定
4.如圖所示,c三個(gè)閉合線圈放在同一平面內(nèi),當(dāng)線圈a中有電流/通過時(shí),穿過它們的
磁通量分別為M、6,貝4()
A.
B.①(>初;>孰
C.①①c<①b
D.①〉①>①b
5.磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量,如圖所示,通有恒定電流的直導(dǎo)線MN與閉合線
M
框共面,第一次將線框由位置1平移到位置2,第二次將線框由位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2,/
設(shè)前后兩次通過線框的磁通量變化量分別為A0,和402則()
N
A.A0|>A02
B.A01=A02
C.A01<A02D.無法確定
6.關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,下列說法中正確的是()
A.閉合線圈放在變化的磁場中,必然有感應(yīng)電流產(chǎn)生
B.閉合正方形線圈在勻強(qiáng)磁場中垂直磁感線運(yùn)動(dòng),必然產(chǎn)生感應(yīng)電流
C.穿過閉合線圈的磁通量變化時(shí),線圈中有感應(yīng)電流
D.只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化,電路中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生
7.(多選)下列情況中都是線框在磁場中切割磁感線運(yùn)動(dòng),其中線框中有感應(yīng)電流的是()
XXXXXX乂XXXX
x|xx|4(x|X!仔X:(X)XXX
XXXXXXXXXJJXXXXX
ABcD
8.(多選)下列選項(xiàng)中是用導(dǎo)線做成的圓形或正方形
回路,這些回路與一直導(dǎo)線構(gòu)成的幾種位置組合(彼此絕
緣),下列組合中,切斷直導(dǎo)線中的電流時(shí),閉合回路中
導(dǎo)線與線圈共面,。為導(dǎo)線與導(dǎo)線與
會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是()。為線圈圓心線圈圓心線圈共面線圈共面
ABCD
9.(多選)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂]
XXXXXX
直.導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動(dòng)的金屬棒油、Cd,與導(dǎo)軌接觸良好.這兩條金屬X*々\比\
棒外、Cd的運(yùn)動(dòng)速度分別是5、。2,若井字形回路中有感應(yīng)電流通過,則可能()-J―
A.V\>V2
B.V]<V2
C.V\—V2
D.無法確定
10.如圖0所示,矩形線框Med放置在水平面內(nèi),磁場方向與水平方向成a角,已
4
知sina=5,回路面積為S,磁感應(yīng)強(qiáng)度為8,則通過線框的磁通量為()
A.BS
4
B.^BS
3
CqBS
3
D.嚴(yán)
11.如圖1所示,L為一根無限長的通電直導(dǎo)線,M為一金屬環(huán),乙通過M的圓心并與〃
所在的平面垂直,且通以向上的電流/,則()
A.當(dāng)L中的/發(fā)生變化時(shí),環(huán)中有感應(yīng)電流
B.當(dāng)M左右平移時(shí),環(huán)中有感應(yīng)電流
C.當(dāng)M保持水平,在豎直方向上下移動(dòng)時(shí)環(huán)中有感應(yīng)電流
D.只要L與M保持垂直,則以上幾種情況,環(huán)中均無感應(yīng)電流
12.(多選)如圖,A、3兩回路中各有一開關(guān)Si、S2,且回路A中接有電源,回路B中接
有靈敏電流計(jì),下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能實(shí)現(xiàn)的是()
A.先閉合S2,后閉合Si的瞬間,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)
B.Si.S2閉合后,再斷開S2的瞬間,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)
C.先閉合Si,后閉合S2的瞬間,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)
D.Si、S2閉合后,再斷開Si的瞬間,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)
13.如圖所示,在紙面內(nèi)放有一個(gè)條形磁鐵和一個(gè)圓形線圈(位于磁鐵正中央上方),下列情況廠'
中能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()
A.將磁鐵在紙面內(nèi)向上平移IN|S
B.將磁鐵在紙面內(nèi)向右平移
C.將磁鐵繞垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)
D.將磁鐵的N極轉(zhuǎn)向紙外,S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)
14.如圖所示,固定于水平面上的金屬架CDE尸處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,金屬棒MN
沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng).f=0時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bo,此時(shí)MN到達(dá)的位置使MDEN
構(gòu)成一個(gè)邊長為/的正方形.為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,從f=0開始,磁感應(yīng)強(qiáng)度B
應(yīng)怎樣隨時(shí)間t變化?請推導(dǎo)出這種情況下B與t的關(guān)系式.
第2講感應(yīng)電動(dòng)勢與電磁感應(yīng)定律
[目標(biāo)定位]
1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢的概念2理解感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量變化率的關(guān)系,掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及其
應(yīng)用.3.知道公式E=BlvsinO的推導(dǎo)過程,知道它的適用情況,并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.
[自主預(yù)習(xí)]
一、感應(yīng)電動(dòng)勢
1.定義:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢,叫感應(yīng)電動(dòng)勢.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源.
2.感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的關(guān)系
(1)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),閉合電路中有感應(yīng)電流,有感應(yīng)電動(dòng)勢;電路斷開時(shí),沒有感應(yīng)電流,有感應(yīng)電
動(dòng)勢,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的導(dǎo)體相當(dāng)于電源.
(2)感應(yīng)電動(dòng)勢的產(chǎn)生與電路是否閉合、電路如何組成(填“有關(guān)”或"無關(guān)”),感應(yīng)電動(dòng)勢比感應(yīng)電
流更能反映電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì).
想一想穿過某電路的磁通量的變化量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢就越大嗎?
二、電磁感應(yīng)定律
1.內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與穿過這一電路的磁通量變化率成正比.(
2.公式:E=n等n為線圈的匝數(shù),△①是磁通量的變化量,等是磁通量的變化率.「XXx
xBx)(xLF
3.單位:△①的單位是韋伯(Wb),At的單位是秒(s),E的單位是伏特(V).
4.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢U
(1)導(dǎo)體棒垂直于磁場運(yùn)動(dòng),B、v兩兩垂直時(shí),如圖所示,E=Blv.
(2)導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)線本身垂直,但與磁感線方向夾角為。時(shí),如圖所示,E=Blvsin_6.
[重難點(diǎn)解析]
一、對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解
1.感應(yīng)電動(dòng)勢E=n等,E的大小決定于磁通量的變化率等,而與①、△①的大小無關(guān).
2.下列是幾種常見的產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的情況.
ADAR
(1)線圈面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻變化:E=n詈3(詈為Bt圖象上某點(diǎn)切線的斜率)
(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,線圈的面積S均勻變化:E=nB?宗.
3.用E=n等所求的一般為平均感應(yīng)電動(dòng)勢,且所求的感應(yīng)電動(dòng)勢為整個(gè)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢.
例1下列幾種說法中正確的是()
A.線圈中磁通量變化越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大
B.線圈中磁通量越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大
C.線圈放在磁場越強(qiáng)的位置,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大
D.線圈中磁通量變化越快,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大
答案D
解析感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和磁通量的大小、磁通量變化量的大小以及磁場的強(qiáng)弱均無關(guān)系,它由磁通量的
變化率決定,故選D.
例2如圖甲所示,一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n=l000,線圈面積S?B/T
=200cm2,線圈的電阻r=lC,線圈外接一個(gè)阻值R=4。的電
阻,把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)
強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示,求:46t/s
乙
(1)前4s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小;
⑵前5s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢.
答案(1)1V(2)0
解析⑴前4秒內(nèi)磁通量的變化△<!>=①2一①1=S(B2-Bl)=200xlO—4x(04—0.2)Wb=4xl0-3Wb
由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=n等=1OOOx4-^"3V=1V.
⑵前5秒內(nèi)磁通量的變化△6=?2,一①U=S(B2,—Br)=200xl0-4x(0.2—0.2)Wb=0
由法拉第電磁感應(yīng)定律E,=n^*=O
二、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的電動(dòng)勢
對公式E=Blvsin0的理解
1.若B、1、v兩兩垂直,則E=Blv.
2.E=Blv中1應(yīng)理解為導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的有效長度,即導(dǎo)體在
XX/
與V垂直的方向上的投影長度.如圖甲中,半徑為r的半圓形導(dǎo)xX節(jié)|BZ
XX
體垂直切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢E=Blv=2BrvRB7rrv.在圖乙中,-----/----------
甲
感應(yīng)電動(dòng)勢E=BlvsinO^Blv.
例3如圖所示,一金屬彎桿處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,*x
已知ab=bc=L,當(dāng)它以速度v向右水平移動(dòng)時(shí),a、c兩點(diǎn)間的電勢差為()隈x,
A.BLvB.BLvsin0C.BLvcos0D.BLv(l+sin0)
答案B
解析導(dǎo)體桿切割磁感線的有效長度為Isin9.
三、公式E=r>w與E=Blvsin9的區(qū)另U
1.研究對象不同
E=nx研究整個(gè)閉合回路,適用于各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象;
E=Blv研究的是閉合回路上的一部分,即做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線.
2.實(shí)際應(yīng)用不同
E=n等計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢較方便;
E=Blv計(jì)算導(dǎo)線切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢較方便.
3.E的意義不同
E=n等求得的是一般平均感應(yīng)電動(dòng)勢,但當(dāng)加一0時(shí)-,E=n等可表示瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢;
E=Blv一般求得的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢,但當(dāng)v表示加時(shí)間內(nèi)的平均速度時(shí),E=Blv也可表示平均感應(yīng)電
動(dòng)勢.
例4如圖所示,導(dǎo)軌0M和ON都在紙面內(nèi),導(dǎo)體AB可在導(dǎo)軌上,無摩擦滑動(dòng),若xx)巧”
AB以5m/s的速度從O點(diǎn)開始沿導(dǎo)軌勻速右滑,導(dǎo)體與導(dǎo)軌都足夠長,它們每米長度、。之備工七
的電阻都是0.2C,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T.問:X*XBX
(1)3s末夾在導(dǎo)軌間的導(dǎo)體長度是多少?此時(shí)導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢?回路中的電流為多少?
(2)3s內(nèi)回路中的磁通量變化了多少?此過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為多少?
答案(1)5小m5小V1.06AWb4.33V
解析(1)夾在導(dǎo)軌間的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢才是電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢.
3s末時(shí)刻,夾在導(dǎo)軌間導(dǎo)體的長度為:I=vt-tan30o=5x3xtan30o=5小m
此時(shí):E=Blv=0.2x5于x5V=5小V電路電阻為R=(15+5小+10小)x0.2<2之8.196C
E
所以1=3=1.06A
K
(2)3s內(nèi)回路中磁通量的變化量A<I>=BS-0=0.2x:xl5x5小Wb=g^Wb
15s
3s內(nèi)電路產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=^=一1-~4.33V.
例5如圖所示,可繞固定軸00,轉(zhuǎn)動(dòng)的正方形線框的邊長為L,不計(jì)摩擦和空氣阻力,線
框從水平位置由靜止釋放,到達(dá)豎直位置所用的時(shí)間為t,ab邊的速度為v,設(shè)線框始終處
在豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,試求:
(1)這個(gè)過程中回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢;
(2)到達(dá)豎直位置時(shí)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢.
答案(1)?。?)BLv
解析(1)線框從水平位置到達(dá)豎直位置的過程中回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢E=等=平
(2)線框到達(dá)豎直位置時(shí)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢E,=BLv.gs
[課時(shí)作業(yè)]
1.(多選)如圖所示,閉合開關(guān)S,將條形磁鐵插入閉合線圈,第一次用時(shí)0.2s,第二次用時(shí)?:二:
0.4s,并且兩次磁鐵的起始和終止位置相同,貝女)\:
A.第一次線圈中的磁通量變化較快
B.第一次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大
C.第二次電流表G的最大偏轉(zhuǎn)角較大
D.若斷開S,電流表G均不偏轉(zhuǎn),兩次線圈兩端均無感應(yīng)電動(dòng)勢
2.穿過某閉合回路的磁通量①隨時(shí)間t變化的圖象分別如0
圖中的①?④所示,下列說法正確的是()------
A.圖①有感應(yīng)電動(dòng)勢,且大小恒定不變0~.....-L-7o........;oihlo
①②③④
B.B.圖②產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一直在變大
C.圖③在0?tl時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢是tl?t2時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的2倍
D.圖④產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢先變大再變小
3.穿過一個(gè)單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加2Wb,則()
A.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢每秒增加2V
B.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢每秒減少2V
C.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢始終為2V
D.感應(yīng)電動(dòng)勢始終為一個(gè)確定值,但由于線圈有電阻,電動(dòng)勢小于2V
4.(多選)單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)軸垂直于磁場,如線圈所圍面積里[0/(xiO7Wb)的
磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示,則線圈中()2/T\
A.0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大0005M
B.0.05s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為零
C.0.05s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大
D.0?0.05s這段時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢為0.4V
5.一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁場方向垂直.先保持線框的面積不變,將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1s
時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍.接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,在1s時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均
勻地減小到原來的一半.先后兩個(gè)過程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢大小的比值為()
.1B.1
A,2
C.2D.4
6.如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直,且一半處在磁場中.在
△t時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B.在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電
動(dòng)勢為()
A舞
B-2At
_nBa2
7.如圖甲所示,環(huán)形線圈的匝數(shù)n=100,它的兩個(gè)端點(diǎn)
甲
線圈內(nèi)磁通量的變化規(guī)律如圖乙所示,則電壓表示數(shù)為.
8.如圖所示的情況中,金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為Blv的是()
T
A.乙和丁B.甲、乙、丁
C.甲、乙、丙、TD.只有乙
9.如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌間距為d,一端跨接電阻R,勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方
向垂直于導(dǎo)軌平面,一根長金屬棒與導(dǎo)軌成。角放置,棒與導(dǎo)軌電阻不計(jì),當(dāng)棒沿垂直
于棒的方向以恒定速率v在導(dǎo)軌上滑行時(shí),通過電阻的電流是()
BdvcBdv
A,Rsin0
—Bdvcos0
JRD,-R-
10.如圖所示,PQRS是一個(gè)正方形的閉合導(dǎo)線框,MN為一個(gè)勻強(qiáng)磁場的邊界,磁場Mxxx
*汰xBx
方向垂直于紙面向里,如果線框以恒定的速度沿著PQ方向向右運(yùn)動(dòng),速度方向與MN尸|—|Q、、x
口N
邊界成。角,在線框進(jìn)入磁場的過程中()
45s'--------IR
A.當(dāng)Q點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí),線框的磁通量為零,感應(yīng)電流最大
B.當(dāng)S點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí),線框的磁通量最大,感應(yīng)電流最大
C.P點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí)跟F點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí)相比較,線框的磁通量小,感應(yīng)電流大
D.P點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí)跟F點(diǎn)經(jīng)過邊界MN時(shí)相比較,線框的磁通量小,感應(yīng)電流也小
11.(多選)如圖1甲所示,線圈的匝數(shù)n=100匝,橫截A-A-A
面積S=50cm2,線圈總電阻r=10。,沿軸向有勻強(qiáng)磁B
場,設(shè)圖示磁場方向?yàn)檎?,磁場的磁感?yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間做如
圖乙所示變化,則在開始的0.1$內(nèi)()甲
A.磁通量的變化量為0.25Wb
B.磁通量的變化率為2.5x10—2Wb/s
C.a、b間電壓為0
D.在a、b間接一個(gè)理想電流表時(shí),電流表的示數(shù)為0.25A
12.如圖甲所示為列車運(yùn)行的俯視圖,列車首節(jié)車廂下面安裝一塊電磁鐵,電磁鐵產(chǎn)生垂直于地面的勻強(qiáng)
磁場,列車經(jīng)過放在鐵軌間的線圈時(shí),線圈產(chǎn)生的電脈沖信
號傳到控制中心,如圖乙所示.則列車的運(yùn)動(dòng)情況可能是
()
A.勻速運(yùn)動(dòng)
B.勻加速運(yùn)動(dòng)
C.勻減速運(yùn)動(dòng)
D.變加速運(yùn)動(dòng)
13.在范圍足夠大,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,B=0.2T,有一水平放置的光滑框架,
B
寬度為1=0.4m,如圖1所示,框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1。的金屬桿cd,
架電阻不計(jì).若cd桿以恒定加速度a=2m/s2,由靜止開始做勻變速運(yùn)動(dòng),則:
(1)在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢是多少?
⑵第5s末,回路中的電流多大?
14.如圖所示,三角形金屬導(dǎo)軌EOF上放有一金屬桿AB,NEOF設(shè)為0,在外力作
用下,使AB保持與OF垂直,以速度v勻速從O點(diǎn)開始右移,若導(dǎo)軌與金屬棒均為
粗細(xì)相同的同種金屬制成,求導(dǎo)體棒從O開始到如題圖所示位置所經(jīng)歷時(shí)間設(shè)為t
電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小和電路中的感應(yīng)電流大小
第3講電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用
[目標(biāo)定位]
1.了解渦流現(xiàn)象,知道渦流的產(chǎn)生原理2知道磁卡和動(dòng)圈式話筒的工作原理3知道渦流在日常生活中的應(yīng)
用和危害,以及如何利用和防止渦流.
[自主預(yù)習(xí)]
一、渦流及其應(yīng)用
1.定義:將整塊金屬放在變化的磁場中,穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,金屬塊內(nèi)部就產(chǎn)生感應(yīng)電流.這
種電流在金屬塊內(nèi)部形成閉合回路,就像一樣,我們把這種感應(yīng)電流叫做_________一
2.應(yīng)用:電磁爐、真空冶煉爐、渦流探測器等都是利用原理工作的.
3.防止:電動(dòng)機(jī)、變壓器鐵芯是用外表涂有的_________疊成的,而不采用硅鋼
鐵芯,這樣有利于減少發(fā)熱,降低能耗.
二、磁卡和動(dòng)圈式話筒
1.磁卡工作原理:磁卡信息的錄入是利用了;信息的讀取與錄入過程相反,利用了,
2.動(dòng)圈式話筒:動(dòng)圈式話筒是把轉(zhuǎn)變?yōu)榈难b置,由膜片、線圈、永磁體等構(gòu)成.其
工作原理是.
[重難點(diǎn)解析]
一、渦流的利與弊
1.本質(zhì):電磁感應(yīng)現(xiàn)象.
2.條件:穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,并且金屬塊本身可自行構(gòu)成閉合回路.
3.特點(diǎn):整個(gè)導(dǎo)體回路的電阻一般很小,感應(yīng)電流很大.
4.產(chǎn)生渦流的兩種情況
(1)塊狀金屬放在變化的磁場中.
(2)塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng).
5.能量變化
伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能并最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.如果金屬塊放在了變化的磁場
中,則磁場能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;如果金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),則由于克服安培
力做功,金屬塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
【例1】對變壓器和電動(dòng)機(jī)等中的渦流的認(rèn)識,以下說法正確的是()
A.渦流會(huì)使鐵芯溫度升高,減少線圈絕緣的壽命
B.渦流發(fā)熱,要損耗額外的能量
C.為了不產(chǎn)生渦流,變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯
D.渦流產(chǎn)生于線圈中,對原電流起阻礙作用
答案AB
解析變壓器和電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的渦流會(huì)使溫度升高消耗能量,同時(shí)會(huì)減少線圈絕緣的壽命,A,B正確;
變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯是為了增加電阻,減小電流,
減少產(chǎn)生的熱量,C錯(cuò)誤:渦流產(chǎn)生于鐵芯中,對原電流無阻礙作用,D錯(cuò)誤.故選A、B.
【例21如圖所示,在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯
水.給線圈通入電流,一段時(shí)間后,一個(gè)容器中水溫升高,則通入的電流與水溫升高的Z71
是()"
A.恒定直流、小鐵鍋B.恒定直流、玻璃杯n___/
C.變化的電流、小鐵鍋D.變化的電流、玻璃杯
答案C
解析通入恒定電流時(shí),所產(chǎn)生的磁場不變,不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,通入變化的電流,所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變
化,在空間產(chǎn)生感生電場,鐵鍋是導(dǎo)體,感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使水溫升高.渦
流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的,所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫,故C正確.
二、磁卡和動(dòng)圈式話筒工作原理
1.磁卡的工作原理
(1)磁卡的錄入
電流磁效應(yīng)一磁現(xiàn)象
(2)磁卡的讀取
f磁性層引]線圈中感
收卡記錄U磁頭運(yùn)動(dòng)經(jīng)過L起破頭空隙中應(yīng)出信號
1的破信百尸(避破性層產(chǎn)處磁場變化(信息)電流
腴片
磁現(xiàn)象一電磁感應(yīng)永久磁體
2.動(dòng)圈式話筒的工作原理
⑴構(gòu)造:
(2)原理:話筒是把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置.如圖是動(dòng)圈式話筒構(gòu)造原理圖,它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象工作
的,當(dāng)聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí),連接在膜片上的線圈(叫做音圈)隨著一起振動(dòng),音圈在永久磁鐵的磁場里
振動(dòng),其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流(電信號),感應(yīng)電流的大小和方向都變化,變化的振幅和頻率由聲波決定,這
個(gè)信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器,揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音.
【例31普通磁帶錄音機(jī)是用一磁頭來錄音和放音的.磁頭結(jié)構(gòu)如圖(a)所示,在一個(gè)環(huán)形鐵芯上繞一個(gè)線圈,
鐵芯有個(gè)縫隙,工作時(shí)磁帶就貼著這個(gè)縫隙移動(dòng).錄音時(shí),磁頭線圈跟話筒、放大電路相連,如圖(b)所示;
放音時(shí),磁頭線圈改為跟放大電路、揚(yáng)聲器相連,如圖⑹所示.磁帶上涂有一層磁粉,磁粉能被磁化且留
下剩磁.話筒的作用是把聲音的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化;揚(yáng)聲器的作用是把電流的變化轉(zhuǎn)化為聲音的變
化.由此可知以下說法中正確的是()
A.錄音時(shí)線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場
B.放音時(shí)線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場
C.錄音時(shí)磁帶上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流
D.放音時(shí)磁帶上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流
答案AD
解析根據(jù)普通磁帶錄音機(jī)的錄音、放音原理知:磁帶錄音機(jī)的錄音過程是電流的磁效應(yīng),而磁帶錄音機(jī)
的放音過程則是電磁感應(yīng)過程,所以錄音時(shí)線圈中變化的音頻電流在磁帶上產(chǎn)生變化的磁場:放音時(shí)磁帶
上變化的磁場在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流.
【例4】如圖所示是高頻焊接原理示意圖.線圈中通以高頻變化的電流時(shí),待
待焊接工件
焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過焊縫處產(chǎn)生大量熱量,將
金屬熔化,把工件焊接在一起,而工件其它部分發(fā)熱很少,以下說法正確的
、線圈導(dǎo)線
是()
A.交流電的頻率越高,焊縫處的溫度升高得越快
B.交流電的頻率越低,焊縫處的溫度升高得越快
C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小
D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大
答案AD
解析交流電頻率越高,則產(chǎn)生的感應(yīng)電流越強(qiáng),升溫越快,工件電流相同,則電阻大,溫度高,放熱多.
[課時(shí)作業(yè)]
1.(多選)下列儀器中利用渦流工作的有()
A.電磁爐B.微波爐
C.金屬探測器D.電熨斗
2.下列關(guān)于渦流的說法中正確的是()
A.渦流跟平時(shí)常見的感應(yīng)電流一樣,都是因?yàn)榇┻^導(dǎo)體的磁通量變化而產(chǎn)生的
B.渦流不是感應(yīng)電流,而是一種有別于感應(yīng)電流的特殊電流
C.渦流有熱效應(yīng),但沒有磁效應(yīng)
D.在硅鋼中不能產(chǎn)生渦流
3.(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成,而不采用一塊整硅鋼,這是為了()
A.增大渦流,提高變壓器的效率
B.減小渦流,提高變壓器的效率
C.增大渦流,減小鐵芯的發(fā)熱量
D.減小渦流,減小鐵芯的發(fā)熱量
4.(多選)如圖所示,是用渦流金屬探測器探測地下金屬物的示意圖,下列說法中正確的是()
A.探測器內(nèi)的探測線圈會(huì)產(chǎn)生交變磁場
B.只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測器探測到
C.探測到地下的金屬物是因?yàn)樘筋^中產(chǎn)生了渦流
D.探測到地下的金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流
5.熔化金屬的一種方法是用“高頻爐”,它的主要部件是一個(gè)銅制線圈,線圈中有一用鍋,鍋內(nèi)放待熔
的金屬塊,當(dāng)線圈中通以高頻交流電時(shí),鍋中金屬就可以熔化,這是因?yàn)椋ǎ?/p>
A.線圈中的高頻交流電通過線圈電阻,產(chǎn)生焦耳熱
B.線圈中的高頻交流電產(chǎn)生高頻微波輻射,深入到金屬內(nèi)部,產(chǎn)生焦耳熱
C.線圈中的高頻交流電在用鍋中產(chǎn)生感應(yīng)電流,通過用鍋電阻產(chǎn)生焦耳熱
D.線圈中的高頻交流電在金屬塊中產(chǎn)生感應(yīng)電流,通過金屬塊電阻產(chǎn)生焦耳熱
6.電磁爐是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的渦流,使鍋體發(fā)熱從而加熱食物,下列相關(guān)的說法中正確的是()
A.鍋體中渦流的強(qiáng)弱與磁場變化的頻率有關(guān)
B.電磁爐中通入電壓足夠高的直流電也能正常工作-----1碗鋼
渦流--微晶玻璃
C.金屬或環(huán)保絕緣材料制成的鍋體都可以利用電磁爐來烹飪食物飛?黑?陽姿面板
f線圈產(chǎn)生
D.電磁爐的上表面一般都用金屬材料制成,以加快熱傳遞減少熱損耗破旅線的做感線
7.電磁爐是利用高頻電流在電磁爐內(nèi)部線圈中產(chǎn)生磁場,磁化鐵質(zhì)鍋底,使之形成無數(shù)個(gè)小渦流,加快
鍋底分子運(yùn)動(dòng),鍋底自身高速發(fā)熱達(dá)到加熱食物的目的,其工作原理如圖所示.
(1)使用微型電腦控制的電磁爐加熱時(shí)不產(chǎn)生明火、無煙塵、無廢氣、清潔、安全、高效節(jié)能,是現(xiàn)代家庭
中理想的灶具,請寫出電磁爐在使用中觸及到的物理知識(只寫兩點(diǎn)):和
(2)在使用電磁爐加熱食物時(shí),電磁爐和鍋之間的傳熱方向是:由________傳遞給;使用電磁爐加
熱食物的過程中要消耗能得到能.
(3)“多寶”牌電磁爐某一款式性能參數(shù)如下表所示:_______________________________
額定功功率調(diào)節(jié)溫度調(diào)熱效率
型號額定電壓
率范圍節(jié)范圍
DB—16220V1600450?70?(大于)
50HzW|1600W|240C90%,
根據(jù)表中的參數(shù)分析,電磁爐與普通的電加熱器相比,有哪些優(yōu)點(diǎn)?(請寫出兩點(diǎn))|b
8.如圖所示,磁帶錄音機(jī)既可用做錄音,也可用做放音,其主要部件為可勻速行進(jìn)的磁帶a
和繞有線圈的磁頭6,不論是錄音或放音過程,磁帶或磁隙軟鐵都會(huì)存在磁化現(xiàn)象,下面對于它們在錄音、
放音過程中主要工作原理的說法,正確的是()
A.錄音的主要原理是電流的磁效應(yīng),放音的主要原理是電磁感應(yīng)
B.錄音的主要原理是電磁感應(yīng),放音的主要原理是電流的磁效應(yīng)
C.錄音和放音的主要原理都是磁場對電流的作用
D.錄音和放音的主要原理都是電磁感應(yīng)
9.(多選)麥克風(fēng)是一種常用的電子設(shè)備,它的內(nèi)部就是一個(gè)小型傳感器,可以把聲音變成電信號.它的
種類很多,其中有一種是動(dòng)圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面黏接一個(gè)輕小的金屬線圈,該線圈處
在柱形永磁體的輻射狀磁場中,當(dāng)聲音使膜片振動(dòng)時(shí),就能將聲音信號轉(zhuǎn)變成電信號,下列說法正確的是
()
A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的
B.該傳
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