2018-2019學年高中物理 第二章 電流與磁場 4 電磁感應定律學案 教科版選修1 -1.doc

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4　電磁感應定律 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道電磁感應現象及產生條件．(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. [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、電磁感應現象 1．電磁感應現象是英國物理學家法拉第在奧斯特發(fā)現電流磁效應的啟發(fā)下，經過十年不懈努力發(fā)現的． 2．概念 (1)電磁感應現象：只要通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就會在回路中產生感應電流，這種由于磁通量發(fā)生變化而產生電流的現象稱為電磁感應． (2)感應電流：電磁感應現象中所生成的電流叫感應電流． 二、法拉第電磁感應定律　發(fā)電機 1．感應電動勢 (1)概念：由電磁感應所產生的電動勢叫感應電動勢． (2)產生條件：只要穿過回路的磁通量發(fā)生改變，在回路中就產生感應電動勢． 2．法拉第電磁感應定律 (1)內容：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＝，若為n匝線圈，則產生的電動勢為：E＝n. 3．交流發(fā)電機 (1)結構：產生磁場的磁體、線圈、轉軸、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． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)奧斯特發(fā)現了“電生磁”的現象之后，激發(fā)人們去探索“磁生電”的方法．(　　) (2)法拉第發(fā)現了電磁感應現象．(　　) (3)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生．(　　) (4)線圈中磁通量的變化量越大，產生的感應電動勢一定越大．(　　) (5)線圈中磁通量變化越快，產生的感應電動勢越大．(　　) 【提示】　(1)√　(2)√　(3)√　(4)　(5)√ 2．關于電磁感應現象，下列說法中正確的是(　　) A．只要有磁通量穿過電路，電路中就有感應電流 B．只要閉合電路在做運動，電路中就有感應電流 C．只要穿過閉合電路的磁通量足夠大，電路中就有感應電流 D．只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應電流 D　[產生感應電流的條件為：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，或者閉合回路的一部分電路做切割磁感線運動，D正確．] 3．下列現象涉及電磁感應的是(　　) B　[電子束在顯像管中的偏轉是運動電荷在磁場中偏轉，故A錯誤；安全門報警是利用電磁感應原理工作的，故B正確；燈絲顫抖是因為通電電流受到磁場力的作用，故C錯誤；電子束在磁場中偏轉是利用了運動電荷在磁場中偏轉，故D錯誤．故選B.] 4．穿過一個單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加1 Wb，則(　　) 【導學號：37032051】 A．線圈中感應電動勢每秒增加1 V B．線圈中感應電動勢每秒減少1 V C．線圈中感應電動勢始終為1 V D．線圈中感應電動勢始終為一個確定值，但由于線圈有電阻，電動勢小于1 V C　[磁通量始終保持每秒鐘均勻地增加1 Wb，則E＝n＝ V＝1 V，知線圈中的感應電動勢始終為1 V，與線圈的電阻無關．故C正確，ABD錯誤．故選C.] [合 作 探 究攻 重 難] 感應電流的產生 1．感應電流產生的條件 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．這里主要體現在“變化”上，回路中有沒有磁通量穿過不是產生感應電流的條件，如果穿過回路的磁通量很大但無變化，那么無論多么大，都不會產生感應電流． 2．引起磁通量變化的方法 根據磁通量的定義式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發(fā)生變化時磁通量就發(fā)生了變化． 3．產生感應電流的方法 (1)閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動 如圖241所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產生． 圖241 (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，線圈中有電流產生，但磁鐵在線圈中靜止不動時，線路中無電流產生． (3)改變螺線管AB中的電流 如圖242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242 　有一根由金屬絲繞制成的閉合環(huán)套在條形磁鐵上，如圖243所示，當閉合環(huán)收縮導致它所圍的面積減小時： 圖243 (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. [針對訓練] 1．如圖244所示，勻強磁場足夠大，閉合線圈abcd處在磁場中，且與磁感應強度B垂直，則下列說法中，正確的是(　　) 圖244 A．線圈在該平面內勻速運動時，有感應電流 B．線圈在該平面內做加速直線運動時，有感應電流 C．線圈在該平面內以a為圓心做勻速轉動時，有感應電流 D．以上三種情況，均無感應電流 D　[線圈在該平面內勻速運動時，穿過線圈的磁通量不變，則無感應電流產生，選項A錯誤；線圈在該平面內做加速直線運動時，穿過線圈的磁通量不變，則無感應電流產生，選項B錯誤；線圈在該平面內以a為圓心做勻速轉動時，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，則無感應電流產生，選項C錯誤，D正確；故選D.] 感應電動勢的計算 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 物理量 單位 物理意義 磁通量Φ Wb 表示在某時刻或某位置時穿過某一面積的磁感線條數的多少 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)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，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)表示磁通量的變化快慢，即單位時間內磁通量的變化，又稱為磁通量的變化率． (4)Φ、ΔΦ、的大小沒有直接關系，這一點可與運動學中v、Δv、三者類比．需要指出的是：Φ很大，可能很小；Φ很小，可能很大；Φ＝0，可能不為零(如線圈平面轉到與磁感線平行時)．當Φ按正弦規(guī)律變化時，Φ最大時，＝0，反之，當Φ為零時，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，與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的聯系，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＝n適用于回路中磁通量發(fā)生變化產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245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，產生感應電動勢． 圖245 導體棒的運動引起回路面積的變化，根據Φ＝BS可知E＝＝＝＝Blv 用此式計算導體棒切割磁感線產生的電動勢大小，非常方便． 　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．若穿過線框的磁通量在0.02 s內，由垂直紙面向里，從6.410－2 Wb均勻減小到零，再反向均勻增加到9.610－2 Wb.則在此時間內，線圈內導線中的感應電動勢大小為多少？ 【導學號：37032052】 思路點撥：①磁通量與匝數無關，但感應電動勢與匝數有關． ②磁通量是標量，但要注意正值和負值的意義． 【解析】　設垂直紙面向外為正方向，在0.02 s內，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1＝9.610－2 Wb＋6.410－2 Wb＝0.16 Wb 根據法拉第電磁感應定律： E＝n＝10 V＝80 V. 【答案】　80 V 磁通量的變化ΔΦ≠Φ2－Φ1.在0.02 s內磁場的方向發(fā)生了一次反向.設垂直紙面向外為正方向，則ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1. [針對訓練] 2．如圖246所示，水平放置的平行金屬導軌，相距l(xiāng)＝0.50 m，左端接一電阻R＝0.20 Ω，磁感應強度B＝0.40 T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＝4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動時，求： 圖246 (1)ac棒中感應電動勢的大小； (2)回路中感應電流的方向． 【解析】　(1)ac棒產生的感應電動勢E＝Blv＝0.400.504.0 V＝0.80 V. (2)由右手定則判定電流方向為c→a. 【答案】　(1)0.80 V　(2)方向c→a [當 堂 達 標固 雙 基] 1．下面所示的實驗示意圖中，用于探究電磁感應現象的是(　　) D　[A圖是奧斯特實驗，該實驗證明了通電導線周圍存在著磁場，利用電生磁現象制成了電磁鐵，故A錯誤；B圖中閉合開關，導線中有電流通過時，它就會運動起來，即說明通電導線在磁場中受力的作用，即是電動機的制作原理，故B錯誤；C圖中閉合開關，線圈中有電流通過時，它就會運動起來，即說明通電導線在磁場中受力的作用，即是電動機的制作原理，故C錯誤；D圖中磁鐵在進入線圈的過程，由于磁通量的變化，產生感應電流；這是用來探究電磁感應現象的，故D正確．] 2．如圖247所示，下列情況下線圈中不能產生感應電流的是(　　) 【導學號：37032053】 圖247 A．I增加 B．線圈向右平動 C．線圈向下平動 D．線圈以ab邊為軸轉動 C　[當I增加時，則穿過線圈的磁通量增大，所以導致線圈中產生感應電流，故A錯誤；當線圈向右平動時，導致線圈中磁通量變小，則線圈中會出現感應電流，故B錯誤；當線圈向下平動時，穿過線圈的磁通量仍不變，則線圈中不會出現感應電流，故C正確；線圈以ab邊為軸轉動時，致線圈中磁通量發(fā)生變化，則線圈中會出現感應電流，故D錯誤；故選C.] 3．如圖248所示，下列各種情況中，穿過回路的磁通量增大的有(　　) 圖248 A．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通電直導線的過程中 B　[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小；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．] 4．如圖249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？ 圖249 【解析】　注意彈簧面所在處存在兩個方向的磁場，即磁鐵的內磁場和外磁場，它們各自產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增多)，故Φ＝|Φ內|－|Φ外|應減?。? 【答案】　磁通量減小