物理教科版選修1-1學案第二章4電磁感應(yīng)定律Word版含答案

4電磁感應(yīng)定律1.知道什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．2.掌握產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．3.知道什么是感應(yīng)電動勢．4.理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容及數(shù)學表達式，學會用該定律分析與解決一些簡單的問題．5.知道發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)和原理及幾種新型發(fā)電方式．[學生用書P20]一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象由教材P26圖和相應(yīng)的實驗得出：1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象：只要穿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(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，叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象．2．感應(yīng)電流：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流．3．產(chǎn)生感應(yīng)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．二、法拉第電磁感應(yīng)定律1．感應(yīng)電動勢：由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電動勢．單位也是伏特(V)．2．電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：回路中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小與穿過回路的磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)成正比．(2)表達式：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)．三、法拉第與電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，它揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在某種聯(lián)系．許多科學家都寄希望于依靠強磁性磁鐵或強電流使放在旁邊的閉合線圈感應(yīng)出電流，但都失敗了．1831年8月29日，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．如圖所示，在軟鐵環(huán)的一邊繞有兩個線圈，線圈A跟電源相連．線圈B的兩端用一根長導(dǎo)線連接起來，當線圈A通電或切斷電源時，可以看到長導(dǎo)線上方的小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明線圈B中產(chǎn)生了電流．四、電磁感應(yīng)的一個重要應(yīng)用——發(fā)電機1．結(jié)構(gòu)：如圖所示，交流發(fā)電機由磁體(N極與S極)、線圈、轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)、電刷等組成．2．原理：當軸在外力(水力、風力、蒸汽壓力等)推動下順時針(以俯視角度觀察)轉(zhuǎn)動時，安裝在軸上的線圈也在磁場中順時針旋轉(zhuǎn)，使得線圈的右邊由內(nèi)向外運動，其左邊由外向內(nèi)運動．運動線圈切割磁感線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使燈泡發(fā)光．五、幾種新型發(fā)電方式除目前廣泛采用的電磁感應(yīng)發(fā)電方式外，從物理原理來說，還有其他類型的發(fā)電方式，其特點在于直接從某種形式的能量轉(zhuǎn)化為電能．例如：1．太陽能發(fā)電．2．磁流體發(fā)電．3．新型化學電池發(fā)電．4．熱電子發(fā)射發(fā)電等．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件[學生用書P21]1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化.2．引起磁通量變化的常見情況(1)閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運動.(2)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動.(3)磁感應(yīng)強度發(fā)生變化．有一正方形閉合線圈，在足夠大的勻強磁場中運動．圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()[解析]A圖中線圈不切割磁感線，所以A中線圈沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生．B、C、D圖中線圈均在切割磁感線，但B、C圖中閉合線圈的磁通量沒有發(fā)生變化，故B、C中的線圈也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生．[答案]D1.如圖所示，線框ABCD從有界的勻強磁場區(qū)域穿過，下列說法中正確的是()A．進入勻強磁場區(qū)域的過程中，ABCD中有感應(yīng)電流B．在勻強磁場中加速運動時，ABCD中有感應(yīng)電流C．在勻強磁場中勻速運動時，ABCD中沒有感應(yīng)電流D．離開勻強磁場區(qū)域的過程中，ABCD中沒有感應(yīng)電流解析：選AC.從磁通量有無“變化”來判斷產(chǎn)生感應(yīng)電流與否，能抓住要點得出正確結(jié)論．若從切割磁感線的角度考慮問題，需注意全面比較閉合電路各部分切割的情況．在有界的勻強磁場中，常常需要考慮閉合回路進磁場、出磁場和在磁場中運動的情況，ABCD在勻強磁場中無論是勻速運動，還是加速運動，穿過ABCD的磁通量都沒有發(fā)生變化．對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解[學生用書P21]Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)的比較物理量單位物理意義磁通量ΦWb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)．(2)ΔΦ是過程量，是表示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.(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(guān)系，這一點可與運動學中v、Δv、eq\f(Δv,Δt)三者類比．值得指出的是：Φ很大，eq\f(ΔΦ,Δt)可能很?。沪岛苄?，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．關(guān)于電路中感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是()A．穿過電路的磁通量越大，感應(yīng)電動勢就越大B．電路中磁通量的改變量越大，感應(yīng)電動勢就越大C．電路中磁通量改變越快，感應(yīng)電動勢就越大D．若電路中某時刻磁通量為零，則該時刻感應(yīng)電流一定為零[解析]根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢正比于磁通量變化率，C選項中磁通量變化越快，則磁通量的變化率越大，故C選項正確，A、B選項錯誤；某時刻的磁通量為零，但該時刻磁通量的變化率不一定為零，所以感應(yīng)電流也就不一定為零，D選項錯誤；故選C選項．[答案]C2.穿過某線圈的磁通量隨時間的變化關(guān)系如圖所示，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大值的時間是()A．0s～2s B．2s～4sC．4s～6s D．6s～10s解析：選C.由題圖知，4s～6s內(nèi)磁通量變化最快，故4s～6s內(nèi)感應(yīng)電動勢最大．法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用[學生用書P22]利用法拉第電磁感應(yīng)定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)求出的感應(yīng)電動勢是Δt時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，在計算感應(yīng)電動勢的大小時，一定要注意求解對應(yīng)時間內(nèi)磁通量的變化ΔΦ.如圖所示，L是由絕緣導(dǎo)線繞制的單匝線圈，設(shè)在0.5s內(nèi)把磁體的一極插入線圈，這段時間內(nèi)穿過線圈的磁通量由0增加到1.5×10－5Wb，這時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有多大？[解析]磁通量由0增加到1.5×10－5Wb共用0.5s，所以，ΔΦ＝1.5×10－5Wb－0＝1.5×10－5Wb.又因為Δt＝0.5s，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知感應(yīng)電動勢為E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(1.5×10－5,0.5)V＝3×10－5V.[答案]3×10－5V3.有一個單匝的線圈，在4s內(nèi)穿過它的磁通量從0均勻增加到0.1Wb.(1)求線圈中的感應(yīng)電動勢．(2)若線圈的總電阻是10Ω，通過線圈的電流是多大？解析：(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(0.1－0,4)V＝0.025V.(2)I＝E/R＝0.0025A.答案：(1)0.025V(2)0.0025A[隨堂檢測][學生用書P23]1．關(guān)于感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列說法中正確的是()A．只有當電路閉合，且穿過電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中才有感應(yīng)電動勢B．只有當電路閉合，且穿過電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中才有感應(yīng)電流C．不管電路是否閉合，只要有磁通量穿過電路，電路中就有感應(yīng)電動勢D．不管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感應(yīng)電流解析：選B.產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是磁通量發(fā)生變化，不一定要電路閉合；而產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件一定是要電路閉合而且要磁通量發(fā)生變化，所以A、C、D選項錯誤，B選項正確．2．如圖所示，一個矩形線圈與通有相同大小的電流的平行直導(dǎo)線處于同一平面，而且處在兩導(dǎo)線的中央，則()A．兩電流同向時，穿過線圈的磁通量為零B．兩電流反向時，穿過線圈的磁通量為零C．兩電流同向或反向，穿過線圈的磁通量都相等D．因兩電流產(chǎn)生的磁場是不均勻的，因此不能判定穿過線圈的磁通量是否為零解析：選A.兩電流同向時，在線圈范圍內(nèi)，產(chǎn)生的磁場方向相反，大小對稱，穿過線圈的磁通量為零，A選項正確，B、C、D選項不正確．3．如圖所示，將條形磁鐵從相同的高度分別以速度v和2v插入線圈，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度較大的是()A．以速度v插入B．以速度2v插入C．一樣大D．無法確定解析：選B.磁鐵從相同的高度插入，速度越大，磁通量的變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，電流表的偏轉(zhuǎn)角就越大．4．如圖所示，在勻強磁場中的矩形金屬軌道上，有等長的兩根金屬棒ab和cd，它們以相同的速度勻速運動，則()A．斷開電鍵S，ab中有感應(yīng)電流B．閉合電鍵S，ab中有感應(yīng)電流C．無論斷開還是閉合電鍵S，ab中都有感應(yīng)電流D．無論斷開還是閉合電鍵S，ab中都沒有感應(yīng)電流解析：選B.兩根金屬棒ab和cd以相同的速度勻速運動，若斷開電鍵S，兩根金屬棒與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中磁通量無變化，則回路中無感應(yīng)電流，故A、C錯誤；若閉合電鍵S，兩根金屬棒與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中磁通量發(fā)生變化，則回路中有感應(yīng)電流，故B正確，D錯誤．5．一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直．先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強度在1s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍．接著保持增大后的磁感應(yīng)強度不變，在1s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半．先后兩個過程中，線框中感應(yīng)電動勢的比值為()A.eq\f(1,2) B．1C．2 D．4解析：選B.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(Δ（BS）,Δt)，設(shè)初始時刻磁感應(yīng)強度為B0，線圈面積為S0，則第一種情況下的感應(yīng)電動勢為E1＝eq\f(Δ（BS）,Δt)＝eq\f(（2B0－B0）S0,1)＝B0S0；第二種情況下的感應(yīng)電動勢為E2＝eq\f(Δ（BS）,Δt)＝eq\f(2B0（S0－S0/2）,1)＝B0S0，所以兩種情況下線圈中的感應(yīng)電動勢相等，比值為1，故選項B正確．[課時作業(yè)][學生用書P76(單獨成冊)]一、選擇題1．處在磁場中的一閉合線圈，若沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，則可以判定()A．線圈沒有在磁場中運動B．線圈沒有做切割磁感線運動C．磁場沒有發(fā)生變化D．穿過線圈的磁通量沒有發(fā)生變化解析：選D.要產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁通量必須發(fā)生變化，D正確．2．一個閉合電路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢較大，是因為穿過這個閉合電路的()A．磁感應(yīng)強度大B．磁通量較大C．磁通量的變化量較大D．磁通量的變化較快解析：選D.由法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率(磁通量變化快慢)成正比，與磁通量的變化量、磁通量、磁感應(yīng)強度無關(guān)．3．圖中的小線圈與滑動變阻器、電源組成電路，而大線圈則與電流表組成閉合電路，不能使電流表指針偏轉(zhuǎn)的情形是()A．閉合電鍵后將小線圈插入大線圈的過程中B．小線圈放在大線圈中，閉合電鍵后將小線圈拔出來的過程中C．小線圈放在大線圈中不動D．小線圈放在大線圈中不動，電鍵閉合，移動變阻器的滑片時解析：選C.當小線圈放在大線圈中不動時，穿過大線圈的磁通量未發(fā)生變化，故不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而其它選項均產(chǎn)生感應(yīng)電流，故答案選C.4．穿過一個單匝閉合線圈的磁通量始終均勻地增加，則()A．線圈中的感應(yīng)電動勢均勻地增加B．線圈中的感應(yīng)電動勢均勻地減少C．線圈中的感應(yīng)電動勢不變D．線圈中沒有感應(yīng)電動勢解析：選C.磁通量均勻地增加，說明磁通量是變化的，線圈中一定有感應(yīng)電動勢，且磁通量在相同的時間內(nèi)變化相同，即磁通量的變化率為一常數(shù)．由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變．5．有一個單匝線圈，在0.2s內(nèi)通過它的磁通量從0.02Wb均勻增加到0.08Wb，則線圈中的感應(yīng)電動勢為()A．0.1V B．0.2VC．0.3V D．0.4V解析：選C.E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(0.08－0.02,0.2)V＝0.3V.6．如圖所示是一種延時開關(guān)．S2閉合，當S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，將C線路接通．當S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放，則()A．由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C．如果斷開B線圈的電鍵S2，無延時作用D．如果斷開B線圈的電鍵S2，延時將變長解析：選BC.S1斷開時，A線圈中電流消失，磁通量減少，B線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙線圈中磁通量的減少，A選項錯誤，B選項正確；若斷開S2，B線圈無感應(yīng)電流，磁通量立即減為零，不會有延時作用，C選項正確，D選項錯誤．7．穿過閉合回路的磁通量Φ隨時間t變化的圖像分別如圖中的甲～丁所示．下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的論述中正確的是()A．圖甲中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變B．圖乙中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大C．圖丙中回路在0～t1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于在t1～t2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D．圖丁中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小后變大解析：選D.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：感應(yīng)電動勢等于磁通量的變化率，得到在題圖甲中的磁通量不變，所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，選項A錯誤．由數(shù)學知識得題圖乙中的磁通量變化率是恒定的，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的，選項B錯誤．題圖丙中回路在0～t1時間內(nèi)與t1～t2時間內(nèi)磁通量的變化率都是恒定的，故產(chǎn)生恒定的電動勢，但是0～t1時間內(nèi)的磁通量的變化率大于t1～t2時間內(nèi)磁通量的變化率，所以前一段時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大于后一段時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，選項C錯誤．題圖丁中的磁通量的變化率是先變小后變大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也是先變小后變大．所以本題的正確選項應(yīng)該為D.8．如圖所示，讓線圈由位置1通過一個勻強磁場的區(qū)域運動到位置2，下列說法中正確的是()A．線圈進入勻強磁場區(qū)域的過程中，線圈中有感應(yīng)電流，而且進入時的速度越大，感應(yīng)電流越大B．整個線圈在勻強磁場中勻速運動時，線圈中有感應(yīng)電流，而且電流是恒定的C．整個線圈在勻強磁場中加速運動時，線圈中有感應(yīng)電流，而