2018版高中物理 第4章 揭開電磁關(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.doc

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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　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，電動勢是一個描述電源的這種本領(lǐng)強弱的物理量． 2.知道法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n.會用電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的大?。? 會用公式E＝Blv計算導(dǎo)體在勻強磁場中垂直切割磁感線時感應(yīng)電動勢的大小，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、難點) 3.會用右手定則判斷導(dǎo)體垂直切割磁感線時產(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) 4.知道直流電與交流電之間的區(qū)別．知道發(fā)電機的工作原理． 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、副線圈兩端的電壓與它們匝數(shù)之間的關(guān)系. 　法 拉 第 電 磁 感 應(yīng) 定 律 1．電動勢：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)的強弱用電動勢描述．電動勢用符號E表示．單位：伏特(V)．一節(jié)干電池的電動勢是1.5 V，蓄電池的電動勢是2.0 V. 2．感應(yīng)電動勢：如果導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，其兩端就會產(chǎn)生電動勢，這種由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢． 3．磁通量的變化率：單位時間內(nèi)穿過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)電動勢的大小，跟穿過該回路的磁通量的變化率成正比． (2)公式 E＝ E＝n，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)電動勢 (1)大?。篍＝Blv. (2)感應(yīng)電流方向：用右手定則判斷，伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)w的運動方向，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)電動勢越大．(√) 3．導(dǎo)體棒在磁場中運動速度較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大．() 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．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ΔΦ Wb 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 Wb/s 表示穿過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有直接關(guān)系． (3)在Φt圖象上，切線的斜率表示磁通量的變化率． 2．決定電動勢大小的因素 感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率，與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系，與電路的構(gòu)成也無關(guān)，而感應(yīng)電流的大小由感應(yīng)電動勢大小和電路的總電阻R決定． 3．v與E的對應(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為平均電動勢，若公式中v是瞬時速度，則E為瞬時電動勢． 4．左、右手定則的區(qū)別 右手定則用于判斷導(dǎo)體切割磁感線時感應(yīng)電流的方向．導(dǎo)體的運動是原因，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動是結(jié)果，兩者應(yīng)注意區(qū)分． 1．一個共有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)穿過線圈的磁通量由垂直線圈平面向下，從6.410－2Wb均勻減少到零，再反向均勻增加到9.610－2Wb.則在此時間內(nèi)，穿過線圈的磁通量的變化量為________Wb，穿過線圈的磁通量的變化率為________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＝[9.610－2－(－6.410－2)]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＝410－2m2、匝數(shù)n＝100的線圈放在勻強磁場中，磁感線垂直于線圈平面，磁感應(yīng)強度隨時間的變化率為＝2 T/s.穿過線圈的磁通量的變化率是多少？線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是多少？ 【解析】　穿過線圈的磁通量的變化率 ＝S＝2410－2Wb/s＝810－2Wb/s， 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝n＝100810－2V＝8 V. 【答案】　810－2Wb/s　8 V 3．如圖421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)強度B＝0.40 T的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)體棒ac垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計，當(dāng)ac棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動時，求： (1)ac棒中感應(yīng)電動勢的大??； (2)回路中感應(yīng)電流的大小和方向. 【導(dǎo)學(xué)號：18152086】 圖421 【解析】　(1)ac棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E＝Blv＝0.400.504.0 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為c→a. 【答案】　(1)0.80 V　(2)4.0 A　方向c→a 公式E＝n求的是Δt時間內(nèi)的平均電動勢，而E＝BLv，計算的是導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的平均電動勢或瞬時電動勢，但一般多用于計算瞬時電動勢． 發(fā) 電 機　變 壓 器 的 工 作 原 理 一、發(fā)電機的工作原理 1．發(fā)電機：把機械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，和電動機的原理正好相反． 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．簡稱DC. 3．交流電：讓矩形線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做交流電，簡稱AC. 4．交流發(fā)電機的工作原理：如圖422所示，線圈平面從垂直于磁感線開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈的一個邊向上運動，另一個邊向下運動，切割磁感線，線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．電流從線圈的一個邊流出，從另一個邊流進．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過半周后，線圈的左右兩個邊在磁場中發(fā)生了變化，原來向上運動的改為向下運動，原來向下運動的改為向上運動，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間作周期性變化的電流． 圖422 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423所示． 圖423 3．原理：利用電磁感應(yīng)來改變交流電壓．如圖424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)電動勢，輸出不同于原線圈的電壓，對于理想變壓器，原副線圈兩端的電壓之比等于它們的匝數(shù)之比，即＝. 圖424 1．交流發(fā)電機可以將機械能轉(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．不計電能損耗的變壓器為理想變壓器．(√) 在課外，某同學(xué)在進行低壓交流變壓器實驗的準(zhǔn)備工作時，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425進行實驗． 則閉合開關(guān)后，燈炮是否發(fā)光？并解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因？ 圖425 【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.故副線圈中無感應(yīng)電動勢． 1．理想變壓器：不計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)，穿過原、副線圈的磁通量相同，穿過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)電動勢相同，原、副線圈產(chǎn)生的電動勢和原、副線圈的匝數(shù)成正比．在線圈電阻不計時，線圈兩端電壓等于電動勢．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，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)變壓器原線圈匝數(shù)多，副線圈匝數(shù)少時，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)電機和電動機的下列說法正確的是(　　) A．發(fā)電機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 B．電動機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置 C．發(fā)電機的工作原理是由電流產(chǎn)生運動 D．電動機的工作原理是由運動產(chǎn)生電流 【解析】　發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，工作原理是：線圈轉(zhuǎn)動切割磁感線從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．而電動機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能，工作原理是：通電線圈在磁場中受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動． 【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，原線圈通過恒定電流，鐵芯中不會產(chǎn)生變化的磁場，因此副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以選項A、D錯誤．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B錯誤，C正確． 【答案】　C 無論線圈的匝數(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.