2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 電流與磁場(chǎng) 4 電磁感應(yīng)定律學(xué)案 教科版選修1 -1.doc

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4　電磁感應(yīng)定律 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生條件．(難點(diǎn)) 2．知道法拉第電磁感應(yīng)定律，會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?重點(diǎn)) 3．了解發(fā)電機(jī)的工作原理. [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識(shí)梳理] 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國(guó)物理學(xué)家法拉第在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象：只要通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，就會(huì)在回路中產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)． (2)感應(yīng)電流：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所生成的電流叫感應(yīng)電流． 二、法拉第電磁感應(yīng)定律　發(fā)電機(jī) 1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)概念：由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． (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(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 2．法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：E＝n. 3．交流發(fā)電機(jī) (1)結(jié)構(gòu)：產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體、線圈、轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)、電刷等組成． (2)原理：線圈在磁場(chǎng)中切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生感應(yīng)電流． (3)常見的發(fā)電機(jī)形式有：水力、風(fēng)力、蒸汽壓力等． 4．新型發(fā)電方式 其他發(fā)電形式有：太陽(yáng)能發(fā)電、磁流體發(fā)電等，此外還有新型化學(xué)電池發(fā)電，熱電子發(fā)射發(fā)電等． [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷 (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(yīng)現(xiàn)象．(　　) (3)只要穿過回路的磁通量發(fā)生改變，回路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生．(　　) (4)線圈中磁通量的變化量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大．(　　) (5)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大．(　　) 【提示】　(1)√　(2)√　(3)√　(4)　(5)√ 2．關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)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(yīng)電流 B．只要閉合電路在做運(yùn)動(dòng)，電路中就有感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電流 D　[產(chǎn)生感應(yīng)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(yùn)動(dòng)，D正確．] 3．下列現(xiàn)象涉及電磁感應(yīng)的是(　　) B　[電子束在顯像管中的偏轉(zhuǎn)是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤；安全門報(bào)警是利用電磁感應(yīng)原理工作的，故B正確；燈絲顫抖是因?yàn)橥婋娏魇艿酱艌?chǎng)力的作用，故C錯(cuò)誤；電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)是利用了運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤．故選B.] 4．穿過一個(gè)單匝閉合線圈的磁通量始終為每秒均勻增加1 Wb，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032051】 A．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒增加1 V B．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒減少1 V C．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為1 V D．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為一個(gè)確定值，但由于線圈有電阻，電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)始終為1 V，與線圈的電阻無(wú)關(guān)．故C正確，ABD錯(cuò)誤．故選C.] [合 作 探 究攻 重 難] 感應(yīng)電流的產(chǎn)生 1．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 其條件可以歸納為兩個(gè)：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(yīng)電流的條件，如果穿過回路的磁通量很大但無(wú)變化，那么無(wú)論多么大，都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)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(chǎng)變化而引起閉合回路的磁通量的變化． (2)磁場(chǎng)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(chǎng)、閉合回路面積都發(fā)生變化時(shí)，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(shí)磁通量就發(fā)生了變化． 3．產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法 (1)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 如圖241所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中無(wú)電流產(chǎn)生． 圖241 (2)磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng) 如圖所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，線圈中有電流產(chǎn)生，但磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí)，線路中無(wú)電流產(chǎn)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(dòng)，當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時(shí)，電流表中有電流通過；若開關(guān)S一直接通，當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，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(dāng)閉合環(huán)收縮導(dǎo)致它所圍的面積減小時(shí)： 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(yīng)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(dāng)環(huán)收縮時(shí)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(yīng)電流． 【答案】　(1)變化；增加　(2)有；因?yàn)榇┻^閉合環(huán)的磁通量有變化 注意有相反方向的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通量的判斷、首先要清楚哪個(gè)方向的磁通量大，然后再看它們各自如何變化，進(jìn)而判斷總磁通量變化情況. [針對(duì)訓(xùn)練] 1．如圖244所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)足夠大，閉合線圈abcd處在磁場(chǎng)中，且與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直，則下列說法中，正確的是(　　) 圖244 A．線圈在該平面內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有感應(yīng)電流 B．線圈在該平面內(nèi)做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有感應(yīng)電流 C．線圈在該平面內(nèi)以a為圓心做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有感應(yīng)電流 D．以上三種情況，均無(wú)感應(yīng)電流 D　[線圈在該平面內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量不變，則無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；線圈在該平面內(nèi)做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量不變，則無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線圈在該平面內(nèi)以a為圓心做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，則無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；故選D.] 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)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(shí)刻或某位置時(shí)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)Φ是狀態(tài)量，是閉合回路在某時(shí)刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù)，當(dāng)磁場(chǎng)與回路平面垂直時(shí)，Φ＝BS. (2)ΔΦ是過程量，是表示閉合回路從某一時(shí)刻變化到另一時(shí)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(chǎng)中相對(duì)位置改變(如轉(zhuǎn)動(dòng)等)．總之，只要影響磁通量的因素發(fā)生變化，磁通量就會(huì)變化． (3)表示磁通量的變化快慢，即單位時(shí)間內(nèi)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(guān)系，這一點(diǎn)可與運(yùn)動(dòng)學(xué)中v、Δv、三者類比．需要指出的是：Φ很大，可能很??；Φ很小，可能很大；Φ＝0，可能不為零(如線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí))．當(dāng)Φ按正弦規(guī)律變化時(shí)，Φ最大時(shí)，＝0，反之，當(dāng)Φ為零時(shí)，最大． 2．對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(lián)系，與電路的電阻R也無(wú)關(guān)，而感應(yīng)電流的大小與E和R有關(guān)． (2)公式E＝n適用于回路中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，回路可以閉合，也可以不閉合．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不是電路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)． (3)如圖245所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線，且導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)及切割方向相互垂直，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． 圖245 導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)引起回路面積的變化，根據(jù)Φ＝BS可知E＝＝＝＝Blv 用此式計(jì)算導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小，非常方便． 　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．若穿過線框的磁通量在0.02 s內(nèi)，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(shí)間內(nèi)，線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為多少？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032052】 思路點(diǎn)撥：①磁通量與匝數(shù)無(wú)關(guān)，但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)有關(guān)． ②磁通量是標(biāo)量，但要注意正值和負(fù)值的意義． 【解析】　設(shè)垂直紙面向外為正方向，在0.02 s內(nèi)，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1＝9.610－2 Wb＋6.410－2 Wb＝0.16 Wb 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)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(nèi)磁場(chǎng)的方向發(fā)生了一次反向.設(shè)垂直紙面向外為正方向，則ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1. [針對(duì)訓(xùn)練] 2．如圖246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棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí)，求： 圖246 (1)ac棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。? (2)回路中感應(yīng)電流的方向． 【解析】　(1)ac棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv＝0.400.504.0 V＝0.80 V. (2)由右手定則判定電流方向?yàn)閏→a. 【答案】　(1)0.80 V　(2)方向c→a [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．下面所示的實(shí)驗(yàn)示意圖中，用于探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(　　) D　[A圖是奧斯特實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)證明了通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)，利用電生磁現(xiàn)象制成了電磁鐵，故A錯(cuò)誤；B圖中閉合開關(guān)，導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，它就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，即說明通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的作用，即是電動(dòng)機(jī)的制作原理，故B錯(cuò)誤；C圖中閉合開關(guān)，線圈中有電流通過時(shí)，它就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，即說明通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的作用，即是電動(dòng)機(jī)的制作原理，故C錯(cuò)誤；D圖中磁鐵在進(jìn)入線圈的過程，由于磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流；這是用來(lái)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的，故D正確．] 2．如圖247所示，下列情況下線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37032053】 圖247 A．I增加 B．線圈向右平動(dòng) C．線圈向下平動(dòng) D．線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) C　[當(dāng)I增加時(shí)，則穿過線圈的磁通量增大，所以導(dǎo)致線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A錯(cuò)誤；當(dāng)線圈向右平動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致線圈中磁通量變小，則線圈中會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，故B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈向下平動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量仍不變，則線圈中不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，故C正確；線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，致線圈中磁通量發(fā)生變化，則線圈中會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，故D錯(cuò)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(qiáng)磁場(chǎng)中，先把由彈簧狀導(dǎo)線組成回路撐開，而后放手，到恢復(fù)原狀的過程中 B．圖(乙)所示，裸銅線ab在裸金屬導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)離與它在同一平面內(nèi)通電直導(dǎo)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?。活}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(yuǎn)離而減?。活}圖(丁)離通電直導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱；穿過線框的磁通量越小，故選項(xiàng)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(gè)方向的磁場(chǎng)，即磁鐵的內(nèi)磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)，它們各自產(chǎn)生正負(fù)不同的磁通量，總的磁通量等于兩者絕對(duì)值之差，當(dāng)拉大彈簧面積時(shí)，內(nèi)磁場(chǎng)的磁通量不變，而外磁場(chǎng)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(yīng)減?。? 【答案】　磁通量減小