2024-2025學(xué)年高中物理第4章第2節(jié)電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用教案含解析魯科版選修1-1

PAGE9-第2節(jié)電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1．知道電源是一種把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電動勢是一個描述電源的這種本事強弱的物理量．2．知道法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt).會用電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的大?。畷霉紼＝Blv計算導(dǎo)體在勻強磁場中垂直切割磁感線時感應(yīng)電動勢的大小，知道該公式與法拉第電磁感應(yīng)定律的區(qū)分與聯(lián)系．(重點、難點)3．會用右手定則推斷導(dǎo)體垂直切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)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．知道直流電與溝通電之間的區(qū)分．知道發(fā)電機的工作原理．5．了解變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，知道志向變壓器的原、副線圈兩端的電壓與它們匝數(shù)之間的關(guān)系.一、法拉第電磁感應(yīng)定律1．電動勢：電源是一種把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電源本事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1.5V，蓄電池的電動勢是2.0V.2．感應(yīng)電動勢：假如導(dǎo)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(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢．3．磁通量的變更率：單位時間內(nèi)穿過回路的磁通量的變更量．4．法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：回路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過該回路的磁通量的變更率成正比．(2)公式：E＝eq\f(ΔΦ,Δt).E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，n為線圈的匝數(shù)，E、ΔΦ、Δt的單位分別為V、Wb、s.5．導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢(1)大?。篍＝Blv.(2)感應(yīng)電流方向：用右手定則推斷，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(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，拇指指向?qū)w的運動方向，那么其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向．二、發(fā)電機、變壓器的工作原理1．發(fā)電機的工作原理(1)發(fā)電機：把機械能轉(zhuǎn)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供應(yīng)的電流，方向恒定不變，稱為直流電．簡稱DC.(3)溝通電：讓矩形線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的大小和方向都隨時間做周期性變更的電流叫作溝通電，簡稱AC.(4)溝通發(fā)電機的工作原理：如圖所示，線圈平面從垂直于磁感線起先轉(zhuǎn)動，當(dāng)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(yīng)電流．電流從線圈的一個邊流出，從另一個邊流進．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過半周后，線圈的左右兩個邊在磁場中發(fā)生了變更，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(jié)果使得線圈中的電流方向發(fā)生了變更．這就產(chǎn)生了大小和方向都隨時間作周期性變更的電流．2．變壓器的工作原理(1)用途：變壓器是把溝通電的電壓上升或者降低的裝置．可分為升壓變壓器和降壓變壓器．(2)構(gòu)造：原線圈、副線圈和閉合鐵芯．如圖所示．(3)原理：利用電磁感應(yīng)來變更溝通電壓．如圖所示，原線圈n1接交變電流，由于電流的變更在閉合鐵芯中產(chǎn)生變更的磁通量，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，從而在副線圈n2中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出不同于原線圈的電壓，對于志向變壓器，原副線圈兩端的電壓之比等于它們的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).1．思索推斷(1)對于公式E＝Blv中的B、l、v三者必需相互垂直．(√)(2)線圈中磁通量的變更越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大．(√)(3)導(dǎo)體棒在磁場中運動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢肯定越大．(×)(4)溝通發(fā)電機可以將機械能轉(zhuǎn)化為電能．(√)(5)恒定電流接入變壓器后也可發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也可起到變壓作用．(×)(6)不計電能損耗的變壓器為志向變壓器．(√)2．合作探究(1)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，肯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．(2)在課外，某同學(xué)在進行低壓溝通變壓器試驗的打算工作時，發(fā)覺缺少電源，于是就用一種摩托車的蓄電池代替，按圖進行試驗．則閉合開關(guān)后，燈泡是否發(fā)光？并說明出現(xiàn)這種現(xiàn)象的緣由？【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．緣由是：恒定電壓加在原線圈上后，線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變更，因而副線圈中的磁通量也不發(fā)生變更，所以E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0.故副線圈中無感應(yīng)電動勢.法拉第電磁感應(yīng)定律1．磁通量、磁通量的變更量、磁通量的變更率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)的多少磁通量的變更量ΔΦWb表示在某一過程中穿過某一面積磁通量變更的多少磁通量的變更率eq\f(ΔΦ,Δt)Wb/s表示穿過某一面積的磁通量變更的快慢(1)磁通量大，磁通量的變更量不肯定大，磁通量的變更率不肯定大．(2)磁通量變更量大，磁通量的變更率也不肯定大，磁通量的變更率與磁通量的變更量和磁通量大小沒有干脆關(guān)系．(3)在Φ-t圖象上，切線的斜率表示磁通量的變更率．2．確定電動勢大小的因素感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過電路的磁通量的變更率eq\f(ΔΦ,Δt)，與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必定聯(lián)系，與電路的構(gòu)成也無關(guān)，而感應(yīng)電流的大小由感應(yīng)電動勢大小和電路的總電阻R確定．3．v與E的對應(yīng)關(guān)系E＝Blv適用于導(dǎo)體棒垂直切割磁感線的狀況，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)分右手定則用于推斷導(dǎo)體切割磁感線時感應(yīng)電流的方向．導(dǎo)體的運動是緣由，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果；左手定則用于推斷通電導(dǎo)體在磁場中所受安培力的方向，導(dǎo)體中有電流是緣由，導(dǎo)體受到安培力作用而運動是結(jié)果，兩者應(yīng)留意區(qū)分．【例1】如圖甲所示，有一面積為150cm2的金屬環(huán)，電阻為0.1Ω，在環(huán)中100cm2的同心圓面上存在如圖乙所示的變更的磁場，線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？電流為多大？甲乙思路點撥：由磁感應(yīng)強度變更產(chǎn)生感應(yīng)電動勢知，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)·S.[解析]磁場區(qū)域的面積S＝100cm2＝1×10－2E＝neq\f(ΔB,Δt)·S＝1×10－2VI＝eq\f(E,R)＝eq\f(1×10－2,0.1)A＝0.1A.[答案]1×10－2V0.1A兩個公式的比較公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)求的是Δt時間內(nèi)的平均電動勢，而E＝Blv計算的是導(dǎo)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．1．一面積為S＝4×10－2m2、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(yīng)強度隨時間的變更率為eq\f(ΔB,Δt)＝2T/s.穿過線圈的磁通量的變更率是多少？線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是多少？[解析]穿過線圈的磁通量的變更率eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔB,Δt)·S＝2×4×10－2Wb/s＝8×10－2Wb/s由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×8×10－2V＝8V.[答案]8×10－2Wb/s8V2．如圖所示，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)強度B＝0.40T的勻強磁場方向垂直于導(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，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽視不計，當(dāng)ac棒以v＝4.0m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：(1)ac棒中感應(yīng)電動勢的大??；(2)回路中感應(yīng)電流的大小和方向．[解析](1)ac棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)感應(yīng)電流的大小I＝eq\f(E,R)＝eq\f(0.80,0.20)A＝4.0A由右手定則判定電流方向為c→a.[答案](1)0.80V(2)4.0A方向c→a發(fā)電機、變壓器的工作原理1．志向變壓器：不計變壓器線圈的熱損失和鐵芯發(fā)熱損失的能量，變壓器副線圈供應(yīng)應(yīng)用電器的電功率等于發(fā)電機供應(yīng)應(yīng)原線圈的電功率．2．志向變壓器的磁通量全部集中在鐵芯內(nèi)，穿過原、副線圈的磁通量相同，穿過每匝線圈的磁通量的變更率也相同，因此每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)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eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)知，當(dāng)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(dāng)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)志向變壓器中，原、副線圈兩端的電壓之比等于它們的匝數(shù)之比，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(2)志向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，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).【例2】一臺志向變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝20∶1，原線圈接入220V的溝通電壓，副線圈向一電阻為110Ω的用電器供電，則副線圈中的電流為()A．2A B．0.1AC．0.5A D．0.005AB[由于eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，故U2＝eq\f(n2,n1)·U1＝eq\f(1,20)×220V＝11V，故副線圈電流I2＝eq\f(U2,R)＝0.1A，B對．]3．下列關(guān)于發(fā)電機和電動機的說法正確的是()A．發(fā)電機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置B．電動機是把電能轉(zhuǎn)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B[發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，工作原理是：線圈轉(zhuǎn)動切割磁感線從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流．而電動機是把電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動．]4．如圖所示，可以將電壓上升供應(yīng)電燈的變壓器是()C[當(dāng)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)生變更的磁場，因此副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)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．]1．唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器．其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺铝姓f法正確的是()A．該傳感器是依據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B．該傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B[當(dāng)聲波使膜片前后振動時，膜片后的金屬線圈就跟著振動，從而使處于永磁體的磁場中的線圈切割磁感線．穿過線圈的磁通量發(fā)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，這是電磁感應(yīng)的工作原理．故選項B正確，選項A、C、D均錯誤．]2．如圖所示，在磁感應(yīng)強度為0.2T的勻強磁場中，長為0.5m的導(dǎo)體棒AB在金屬框架上以10m/s的速度向右滑動．R1＝R2＝20Ω，其他電阻不計，則流過AB的電流是()A．0.2A B．0.4AC．0.05A D．0.1AD[導(dǎo)體棒AB做切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv＝0.2×0.5×10V＝1.0V，總電阻R＝eq\f(R1·R2,R1＋R2)＝10Ω，I＝eq\f(E,R)＝eq\f(1.0,10)A＝0.1A，故D正確．]3．(多選)如圖甲所示，A、B為兩個相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，A線圈中通有如圖乙所示的電流，則()甲乙A．在t1～t2時間內(nèi)，B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生B．在t1～t2和t2～t3兩段時間內(nèi)，B中平均感應(yīng)電流相等C．t1時刻，B中感應(yīng)電流最大D．t2時刻，B中感應(yīng)電流最大ABD[t1～t2時間內(nèi)，A中電流變更，引起B(yǎng)磁通量變更產(chǎn)生感應(yīng)電流，A對；t1～t2時間內(nèi)和t2～t3時間內(nèi)，A中電流變更引起B(yǎng)磁通量變更大小相等，平均感應(yīng)電流相等，B對；t1時刻，A中電流變更最慢，B中感應(yīng)電流最小，t2時刻A中電流變更最快，B中感應(yīng)電流最大，C錯，D對．]4．一個20匝、面積為200cm2的圓形線圈放在勻強磁場中，磁場的方向