2018版高中物理 第4章 揭開電磁關系的奧秘 第2節(jié) 電磁感應定律及其應用學案 魯科版選修1 -1.doc
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第2節(jié) 電磁感應定律及其應用 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道電源是一種把其他形式的能轉化為電能的裝置,電動勢是一個描述電源的這種本領強弱的物理量. 2.知道法拉第電磁感應定律E=n.會用電磁感應定律計算感應電動勢的大?。? 會用公式E=Blv計算導體在勻強磁場中垂直切割磁感線時感應電動勢的大小,知道該公式與法拉第電磁感應定律的區(qū)別與聯(lián)系.(重點、難點) 3.會用右手定則判斷導體垂直切割磁感線時產(chǎn)生的感應電流的方向,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.了解變壓器的結構和工作原理,知道理想變壓器的原、副線圈兩端的電壓與它們匝數(shù)之間的關系. 法 拉 第 電 磁 感 應 定 律 1.電動勢:電源是一種把其他形式的能量轉化為電能的裝置,電源本領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.感應電動勢:如果導體在磁場中做切割磁感線運動,其兩端就會產(chǎn)生電動勢,這種由于電磁感應現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動勢叫感應電動勢. 3.磁通量的變化率:單位時間內穿過回路的磁通量的變化量. 4.法拉第電磁感應定律 (1)內容:回路中感應電動勢的大小,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.導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢 (1)大小:E=Blv. (2)感應電流方向: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,讓磁感線垂直穿入手心,拇指指向導體的運動方向,那么其余四指所指的方向就是感應電流的方向. 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)生的感應電動勢越大.(√) 3.導體棒在磁場中運動速度較大,產(chǎn)生的感應電動勢一定越大.() 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化,在轉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,與電路的構成也無關,而感應電流的大小由感應電動勢大小和電路的總電阻R決定. 3.v與E的對應關系 E=Blv適用于導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體切割磁感線時感應電流的方向.導體的運動是原因,產(chǎn)生感應電流是結果;左手定則用于判斷通電導體在磁場中所受安培力的方向,導體中有電流是原因,導體受到安培力作用而運動是結果,兩者應注意區(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,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】 設垂直線圈平面向上為正,在0.02 s內磁通量的變化量 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: (1)ac棒中感應電動勢的大小; (2)回路中感應電流的大小和方向. 【導學號:18152086】 圖421 【解析】 (1)ac棒產(chǎn)生的感應電動勢 E=Blv=0.400.504.0 V=0.80 V. (2)感應電流的大小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時間內的平均電動勢,而E=BLv,計算的是導體切割磁感線時產(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動,當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)生了感應電流.電流從線圈的一個邊流出,從另一個邊流進.當線圈轉過半周后,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)法拉第電磁感應定律,從而在副線圈n2中產(chǎn)生感應電動勢,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化為電能.(√) 2.恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生電磁感應現(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,某同學在進行低壓交流變壓器實驗的準備工作時,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,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)電機是把電能轉化為機械能的裝置 B.電動機是把電能轉化為機械能的裝置 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)電機是把機械能轉化為電能的裝置,工作原理是:線圈轉動切割磁感線從而在線圈中產(chǎn)生感應電流.而電動機是把電能轉化為機械能,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)成正比的關系去列式求解.- 配套講稿:
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