2018版 第2章 4　電磁感應定律

第頁4電磁感應定律學習目標知識脈絡1.知道電磁感應現(xiàn)象及產(chǎn)生條件．(難點)2．知道法拉第電磁感應定律，會用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢的大?。?重點)3．了解發(fā)電機的工作原理.電磁感應現(xiàn)象eq\o([先填空])1．電磁感應現(xiàn)象是英國物理學家法拉第在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的啟發(fā)下，經(jīng)過十年不懈努力發(fā)現(xiàn)的．2．概念(1)電磁感應現(xiàn)象：只要通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就會在回路中產(chǎn)生感應電流，這種由于磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應．(2)感應電流：電磁感應現(xiàn)象中所生成的電流叫感應電流．eq\o([再判斷])1．奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁”的現(xiàn)象之后，激發(fā)人們?nèi)ヌ剿鳌按派姟钡姆椒ǎ?√)2．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象．(√)eq\o([后思考])產(chǎn)生感應電流的條件可以總結(jié)為什么？【提示】產(chǎn)生感應電流的條件：只要閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路就有電流產(chǎn)生．1．感應電流產(chǎn)生的條件穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，無論是閉合回路一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，還是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，都會引起穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，在回路中就會有感應電流產(chǎn)生．其條件可以歸納為兩個：一是電路本身必須閉合，二是穿過回路本身的磁通量發(fā)生變化．這里主要體現(xiàn)在“變化”上，回路中有沒有磁通量穿過不是產(chǎn)生感應電流的條件，如果穿過回路的磁通量很大但無變化，那么無論多么大，都不會產(chǎn)生感應電流．2．引起磁通量變化的方法根據(jù)磁通量的定義式Φ＝BS，引起磁通量變化的方法有：(1)由于磁場變化而引起閉合回路的磁通量的變化．(2)磁場不變，由于閉合回路的面積S發(fā)生變化而引起磁通量的變化．(3)磁場、閉合回路面積都發(fā)生變化時，也可引起穿過閉合電路的磁通量的變化．總之，穿過閉合電路的磁感線條數(shù)發(fā)生變化時磁通量就發(fā)生了變化．3．產(chǎn)生感應電流的方法(1)閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動如圖2-4-1所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生．圖2-4-1(2)磁鐵在線圈中運動如圖所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中有電流產(chǎn)生，但磁鐵在線圈中靜止不動時，線路中無電流產(chǎn)生．(3)改變螺線管AB中的電流如圖2-4-2所示，將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動，當開關S接通或斷開時，電流表中有電流通過；若開關S一直接通，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中也有電流通過．圖2-4-21．如圖2-4-3所示，下列各種情況中，穿過回路的磁通量增大的有()圖2-4-3A．圖(甲)所示，在勻強磁場中，先把由彈簧狀導線組成回路撐開，而后放手，到恢復原狀的過程中B．圖(乙)所示，裸銅線ab在裸金屬導軌上向右勻速運動過程中C．圖(丙)所示，條形磁鐵拔出線圈的過程中D．圖(丁)所示，閉合線框遠離與它在同一平面內(nèi)通電直導線的過程中【解析】由Φ＝BS得，題圖(甲)穿過回路的磁通量隨閉合回路面積的減小而減??；題圖(乙)穿過回路的磁通量隨閉合回路面積的增大而增加；題圖(丙)穿過線圈的磁通量隨磁極的遠離而減小；題圖(丁)離通電直導線越遠，磁場越弱；穿過線框的磁通量越小，故選項B正確．【答案】B2．如圖2-4-4所示，環(huán)形金屬軟彈簧套在條形磁鐵的中心位置，若沿其半徑向外拉彈簧，使其面積增大，則穿過彈簧的磁通量將如何變化？2-4-4【解析】注意彈簧面所在處存在兩個方向的磁場，即磁鐵的內(nèi)磁場和外磁場，它們各自產(chǎn)生正負不同的磁通量，總的磁通量等于兩者絕對值之差，當拉大彈簧面積時，內(nèi)磁場的磁通量不變，而外磁場的磁通量卻增大(穿過彈簧的外部磁感線條數(shù)增多)，故Φ＝|Φ內(nèi)|－|Φ外|應減?。敬鸢浮看磐繙p小3．有一根由金屬絲繞制成的閉合環(huán)套在條形磁鐵上，如圖2-4-5所示，當閉合環(huán)收縮導致它所圍的面積減小時：圖2-4-5(1)穿過它的磁通量是否有變化？如有變化，怎樣變？(2)閉合環(huán)中是否存在感應電流，為什么？【解析】條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向由S極到N極，外部從N極到S極；條形磁鐵外部向下穿過閉合環(huán)的磁通量抵消了一部分內(nèi)部向上穿過的磁通量，當環(huán)收縮時被抵消的部分減少，所以穿過閉合環(huán)的磁通量增加，由于穿過環(huán)的磁通量有變化，所以在環(huán)中產(chǎn)生感應電流．【答案】(1)變化；增加(2)有；因為穿過閉合環(huán)的磁通量有變化注意有相反方向的磁場產(chǎn)生的磁通量的判斷、首先要清楚哪個方向的磁通量大，然后再看它們各自如何變化，進而判斷總磁通量變化情況.法拉第電磁感應定律發(fā)電機eq\o([先填空])1．感應電動勢(1)概念：由電磁感應所產(chǎn)生的電動勢叫感應電動勢．(2)產(chǎn)生條件：只要穿過回路的磁通量發(fā)生改變，在回路中就產(chǎn)生感應電動勢．2．法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一回路的磁通量的變化率成正比．(2)公式：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，若為n匝線圈，則產(chǎn)生的電動勢為：E＝neq\f(ΔΦ,Δt).3．交流發(fā)電機(1)結(jié)構(gòu)：產(chǎn)生磁場的磁體、線圈、轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)、電刷等組成．(2)原理：線圈在磁場中切割磁感應線產(chǎn)生感應電流．(3)常見的發(fā)電機形式有：水力、風力、蒸汽壓力等．4．新型發(fā)電方式其他發(fā)電形式有：太陽能發(fā)電、磁流體發(fā)電等，此外還有新型化學電池發(fā)電，熱電子發(fā)射發(fā)電等．eq\o([再判斷])1．只要穿過回路的磁通量發(fā)生改變，回路中就有感應電動勢產(chǎn)生．(√)2．線圈中磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大．(×)3．線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大．(√)eq\o([后思考])電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能，是否遵守能量守恒定律？【提示】電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生了電流，一定有其他能向電能轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中遵守能量守恒定律．1．如何區(qū)分磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)物理量單位物理意義磁通量ΦWb表示在某時刻或某位置時穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少磁通量的變化量ΔΦWb表示在某一過程中穿過某一面積磁通量變化的多少磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)Wb/s表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢(1)Φ是狀態(tài)量，是閉合回路在某時刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù)，當磁場與回路平面垂直時，Φ＝BS.(2)ΔΦ是過程量，是表示閉合回路從某一時刻變化到另一時刻的磁通量的增減，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常見磁通量變化方式有：B不變，S變；S不變，B變；B和S都變，回路在磁場中相對位置改變(如轉(zhuǎn)動等)．總之，只要影響磁通量的因素發(fā)生變化，磁通量就會變化．(3)eq\f(ΔΦ,Δt)表示磁通量的變化快慢，即單位時間內(nèi)磁通量的變化，又稱為磁通量的變化率．(4)Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)的大小沒有直接關系，這一點可與運動學中v、Δv、eq\f(Δv,Δt)三者類比．需要指出的是：Φ很大，eq\f(ΔΦ,Δt)可能很??；Φ很小，eq\f(ΔΦ,Δt)可能很大；Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)可能不為零(如線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時)．當Φ按正弦規(guī)律變化時，Φ最大時，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，反之，當Φ為零時，eq\f(ΔΦ,Δt)最大．2．對法拉第電磁感應定律的理解(1)感應電動勢的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)，與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系，與電路的電阻R也無關，而感應電流的大小與E和R有關．(2)公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)適用于回路中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應電動勢的計算，回路可以閉合，也可以不閉合．感應電動勢是整個閉合電路的感應電動勢，不是電路中某部分導體的電動勢．(3)如圖2-4-6所示，長為L的導體棒在勻強磁場中切割磁感線，且導體棒與磁場及切割方向相互垂直，產(chǎn)生感應電動勢．圖2-4-6導體棒的運動引起回路面積的變化，根據(jù)Φ＝BS可知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BΔS,Δt)＝eq\f(Bl·vΔt,Δt)＝Blv用此式計算導體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢大小，非常方便．4．變化的磁場中，穿過一個10匝的閉合線圈的磁通量每秒均勻增多1Wb，則()A．線圈中的感應電動勢每秒增加1VB．線圈中的感應電動勢每秒增加10VC．線圈中的感應電動勢總為10V不變D．線圈中的感應電動勢為零【解析】根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝10×1V＝10V.【答案】C5.如圖2-4-7所示，水平放置的平行金屬導軌，相距l(xiāng)＝0.50m，左端接一電阻R＝0.20Ω，磁感應強度B＝0.40T的勻強磁場方向垂直于導軌平面，導體棒ac垂直放在導軌上，并能無摩擦地沿導軌滑動，導軌和導體棒的電阻均可忽略不計，當ac棒以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：【導學號：18792023】圖2-4-7(1)ac棒中感應電動勢的大??；(2)回路中感應電流的方向．【解析】(1)ac棒產(chǎn)生的感應電動勢E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)由右手定則判定電流方向為c→a.【答案】(1)0.80V(2)方向c→a6．一個共有10匝的閉合矩形線圈，總電阻為10Ω，置于水平面上．若穿過線框的磁通量在0.02s內(nèi)，由垂直紙面向里，從6.4×10－2Wb均勻減小到零，再反向均勻增加到9.6×10－2Wb.則在此時間內(nèi)，線圈內(nèi)導線中的感應電動勢大小為多少？【解析】