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第頁4電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(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)勢的大?。?重點(diǎn))3.了解發(fā)電機(jī)的工作原理.電磁感應(yīng)現(xiàn)象eq\o([先填空])1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國物理學(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.eq\o([再判斷])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.(√)eq\o([后思考])產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可以總結(jié)為什么?【提示】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.1.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,無論是閉合回路一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),還是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,都會(huì)引起穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化,在回路中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生.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變化,那么無論多么大,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(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2-4-1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),線路中無電流產(chǎn)生.圖2-4-1(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),線路中無電流產(chǎn)生.(3)改變螺線管AB中的電流如圖2-4-2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2-4-21.如圖2-4-3所示,下列各種情況中,穿過回路的磁通量增大的有()圖2-4-3A.圖(甲)所示,在勻強(qiáng)磁場中,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【解析】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??;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(yuǎn)離而減??;題圖(丁)離通電直導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁場越弱;穿過線框的磁通量越小,故選項(xiàng)B正確.【答案】B2.如圖2-4-4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?2-4-4【解析】注意彈簧面所在處存在兩個(gè)方向的磁場,即磁鐵的內(nèi)磁場和外磁場,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值之差,當(dāng)拉大彈簧面積時(shí),內(nèi)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(shù)增多),故Φ=|Φ內(nèi)|-|Φ外|應(yīng)減小.【答案】磁通量減小3.有一根由金屬絲繞制成的閉合環(huán)套在條形磁鐵上,如圖2-4-5所示,當(dāng)閉合環(huán)收縮導(dǎo)致它所圍的面積減小時(shí):圖2-4-5(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.法拉第電磁感應(yīng)定律發(fā)電機(jī)eq\o([先填空])1.感應(yīng)電動(dòng)勢(1)概念:由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感應(yīng)電動(dòng)勢.(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.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=eq\f(ΔΦ,Δt),若為n匝線圈,則產(chǎn)生的電動(dòng)勢為:E=neq\f(ΔΦ,Δt).3.交流發(fā)電機(jī)(1)結(jié)構(gòu):產(chǎn)生磁場的磁體、線圈、轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)、電刷等組成.(2)原理:線圈在磁場中切割磁感應(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.eq\o([再判斷])1.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)勢產(chǎn)生.(√)2.線圈中磁通量的變化量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢一定越大.(×)3.線圈中磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大.(√)eq\o([后思考])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.如何區(qū)分磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)物理量單位物理意義磁通量ΦWb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(shí)刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù),當(dāng)磁場與回路平面垂直時(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,回路在磁場中相對位置改變(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)eq\f(ΔΦ,Δt)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、eq\f(ΔΦ,Δt)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、eq\f(Δv,Δt)三者類比.需要指出的是: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(shí)).當(dāng)Φ按正弦規(guī)律變化時(shí),Φ最大時(shí),eq\f(ΔΦ,Δt)=0,反之,當(dāng)Φ為零時(shí),eq\f(ΔΦ,Δt)最大.2.對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt),與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系,與電路的電阻R也無關(guān),而感應(yīng)電流的大小與E和R有關(guān).(2)公式E=neq\f(ΔΦ,Δt)適用于回路中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算,回路可以閉合,也可以不閉合.感應(yīng)電動(dòng)勢是整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢,不是電路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢.(3)如圖2-4-6所示,長為L的導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中切割磁感線,且導(dǎo)體棒與磁場及切割方向相互垂直,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢.圖2-4-6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=eq\f(ΔΦ,Δt)=eq\f(BΔS,Δt)=eq\f(Bl·vΔt,Δt)=Blv用此式計(jì)算導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢大小,非常方便.4.變化的磁場中,穿過一個(gè)10匝的閉合線圈的磁通量每秒均勻增多1Wb,則()A.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢每秒增加1VB.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢每秒增加10VC.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢總為10V不變D.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零【解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動(dòng)勢E=neq\f(ΔΦ,Δt)=10×1V=10V.【答案】C5.如圖2-4-7所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,相距l(xiāng)=0.50m,左端接一電阻R=0.20Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40T的勻強(qiáng)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(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=4.0m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí),求:【導(dǎo)學(xué)號:18792023】圖2-4-7(1)ac棒中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小;(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E=Blv=0.40×0.50×4.0V=0.80V.(2)由右手定則判定電流方向?yàn)閏→a.【答案】(1)0.80V(2)方向c→a6.一個(gè)共有10匝的閉合矩形線圈,總電阻為10Ω,置于水平面上.若穿過線框的磁通量在0.02s內(nèi),由垂直紙面向里,從6.4×10-2Wb均勻減小到零,再反向均勻增加到9.6×10-2Wb.則在此時(shí)間內(nèi),線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為多少?【解析】
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