第十五单元电磁感应精品教案整章.doc

154第十五单元 电磁感应具体内容请参阅我的主页 内容导学学习思路：本章研究电磁感应现象及规律。历史上发现电流的磁效应以后就提出了磁能否生电的问题。经过艰苦的努力得到了电磁感应定律。首先，通过实验得到磁生电的条件，再通过实验得到磁生电的大小和方向所符合的规律-法拉第电磁感应定律和楞次定律。一、 磁生电的条件条件：通过闭合电路的磁通量发生变化 来源：实验注意：要使通过闭合电路的磁通量发生变化，具体的形式有（1）电路和磁场相对运动而引起磁通量的变化，例如：由于闭合电路的一部分导体切割磁感线运动引起磁通量变化而产生感应电流。（2）磁场的强弱变化引起磁通量的变化。应当注意：无论哪一种方式，只有引起磁通量的变化才能产生感应电流，若没有引起磁通量的变化，则不能产生感应电流。如图。 二、感应电流方向入手点：因为感应电流产生条件是看磁通量是否发生变化。所以研究感应电流的方向也应从磁通量变化的角度来研究。楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍产生感应电流的原磁场磁通量的变化。(有二个磁场，一个旧磁场，一个新磁场)当磁通量增加时，原磁场和感应电流的磁场方向相反。当磁通量减小时，原磁场和感应电流的磁场方向相同。当磁通量不变时，无感生电流。说明：1.以上表述是从磁通量的角度表述的2.从相对运动的角度表述:感生电流的磁场总是阻碍相对运动（类似于摩擦力）3.从相互作用来看：新磁场对原磁场做负功，原磁场对新磁场做正功。符合能量守恒定律。4.结果阻碍原因判断感应电流方向的步骤1明确闭合电路内的原磁场的方向2分析通过闭合电路的磁通量的变化3根据楞次定律，判定感应电流磁场的方向4利用安培定则，判定感应电流的方向注意搞清原磁场的方向及强弱的变化。特殊情况-右手定则对导线切割磁感线的情况，也可以用右手定则来判断。右手定则：手心-垂直磁感线、四指-电流方向、大拇指-运动方向注意： 和楞次定律的一致。例：闭合线圈放在变化的磁场中，线圈平面和磁感线垂直。要使线圈有扩张的趋势，应该如何？ 磁场减弱 例：.两个同心导体环。内环中通有顺时针方向的电流。外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？解：外环所围面积内的总磁通向里，增大，所以感应电流磁场的方向为向外，由安培定则，感应电流方向为逆时针。 例：闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？解：从“阻碍磁通量变化”来看，原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流方向先顺时针后逆时针（从上住下看）。从“阻碍相对运动”来看，先排斥后吸引，也有同样的结论。例： 如图装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动？A向右匀速运动 B。向右加速运动C。向左加速运动 D。向左减速运动解：A、ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，L2中无感应电流，cd保持静止；B、L2中的磁通量向下，增大，通过cd的电流方向向下，cd向右移动；同理可得C不正确，D正确。选B、D 例：如图，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁如图向下移动时（不到导轨平面），a、b将如何移动？解：磁铁向下插，通过闭合回路的磁通量增大，由=B S，S应该有减小的趋势，所以a、b将互相靠近。若用“阻碍磁通量变化”，讨论下端磁极极性也可以，但在判定a、b所受磁场力时应以磁极对它们的磁场力为主，不能以a、b间的斥力为主。 三、感应电动势1、法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比表达式： 注意：（1）从磁通量变化的角度看，E表示闭合电路中磁通量变化的快慢（2） (证明之)（3）对n匝的线圈相当于n个电源串联。2、对直导线切割磁感线的情况 （1）指B和V之间的夹角（2）L指导线切割磁感线的有效长度。例如：如图，虽然导线的运动方向垂直于磁场，但由于其有效长度为零，所以感应电动势为零。（3）利用法拉第电磁感应定律或能量守恒均可推导上式（4）若直导线各点的速度不相等，可利用积分的办法求感应电动势。例如：磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度逆时针匀速转动。在用导线切割磁感线产生感应电动势的公式时注意其中的速度v应该是平均速度，即金属棒中点的速度。3、感应电动势的平均值和瞬时值利用计算的感应电动势是平均值，若要用计算瞬时值，应当取极限。利用计算，当V取平均值，得到的是平均感应电动势。V取瞬时值，得到的是瞬时感应电动势。例：如图，二金属导轨成，导体棒ab从角处以V的速度匀速向右运动，匀强磁场磁感应强度为B。求经时间t内的感应电动势和t时刻的感应电动势？四、自感1、原理：线圈中通有电流时，电流产生磁场。若电流不变，则仅是线圈的电阻对电流起阻碍作用，若线圈中的电流发生变化，则由于电流产生的磁场的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感生电动势，感应电势对电流的变化起阻碍作用。2、一种电学元件-线圈（1）、线圈电流恒定时，线圈只是一个电阻或一根导线。（2）、线圈中电流发生变化时，线圈中有感应电动势产生，起阻碍电流变化的作用。（3）、大小 - 自感电动势L：自感系数（自感、电感）。由本身(横截面积、形状、长短、匝数、铁心)决定。单位：1 H(亨利) =，通过线圈的电流在1S内变化了1A时，若产生的自感电动势为1V，则线圈的自感系数为1H.,。 （4）、方向：感应电动势的方向和线圈中电流的方向不一定相同。当电流增大时，感应电动势的方向和电流相反，阻碍电流的增大。当电流减小时，感应电动势的方向和电流相同，阻碍电流的减小。无论如何，感应电动势总是阻碍线圈中电流的变化。3、日光灯（1）、电路（2）、结构起动器：结构：电容、氖气、静触片、U形动触片、管脚、外壳。起动电压小于220V，但高于灯管的工作电压。原理：热胀冷缩。作用：开关。镇流器：结构：线圈。作用：灯管起动时提供一个瞬时高压，灯管工作时限流降压。灯管的工作条件：起动时需要一个瞬时高压，正常工作时需要电压低于220V（3）、原理电路接通时，起动器二端加有一定的电压，氖气发光，动触片热胀，动、静二触片接触，电路接通，氖气停止发光，动触片冷缩，动、静二触片分开，电路断开。此瞬间，镇流器中的电流突然减小，产生一个瞬时高压，和电源电压一同加在灯管的两端，使灯管起动。灯管工作时，镇流器产生自感电动势，阻碍电流的变化，起降压限流的作用。 4、涡流（1）、现象：块状金属在磁场中运动或在变化的磁场中，金属中将产生感应电流，电流在金属块内形成闭合电路，像水的旋涡一样。（2）、作用：会使金属热，消耗电能。（3）、克服：增大金属块的电阻。用电阻率大的材料及用相互绝缘的金属片叠压成一块金属。（4）、应用：利用产生的热量-高频感应炉。利用对电流变化的阻碍作用-电学测量仪表的线圈绕在铝框上，电表不用时一般应将二极用导线连接起来。方 法 指 导一、感应电源当通过电路的磁通量发生变化时，在电路中产生感应电动势，即在电路中产生了电源。取名为感应电源。其正负极可利用楞次定律确定。其电动势可利用法拉第电磁感应定律计算，其内阻就是产生感应电动势的那一部分电路的电阻。感应电动势和电路是否闭合没有关系。但是否有感应电流却和电路是否闭合有关。这样，利用感应电源就可以将一些电磁感应问题转化为电路问题进行求解。例：如图，线框abcd为正方形，每边导线的电阻为r，线框与二短导线相连，连在中点，可沿平行导轨滑动，在M和P之间接有电阻R，其余电阻均可忽略不计，磁感应强度为B，二导轨间距为L，若线框向右以速度V滑行，则R二端的电压为多大？线框ab边中的电流强度为多大？电流方向如何？ ( ab)二、力、电、磁综合好些电磁感应问题常常要综合运用力学、电学、磁学、电磁学的有关知识。利用法拉第电磁感应定律求得感应电动势的大小，利用楞次定律判断感应电源的方向（正负极）。感应电源和用电器组成电路，利用闭合电路欧姆定律或电路的有关规律求处电流。利用安培定则和左手定则求得安培力的大小和方向。对导体进行受力分析，应用牛顿定律得到加速度，据运动学知识得物体的运动情况。由于V变化会影响到电动势，会影响电流，会影响导体的加速度。所以这种问题一般各量之间要相互影响和制约，运动一般也不是匀变速运动。解决这种问题常常考虑从动量和能量的角度入手，利用动量定理、动量守恒定律、动能定理、能量守恒等，要将电磁学的知识和力学的知识有机地、综合地结合起来应用。例：导轨水平，电阻不计，金属棒质量m，长度L，电阻不计，和导轨的摩擦不计。给金属棒V0的初速度，分析物理过程？例：将上题改为，金属棒的初速度为零，受到水平向右的恒力F的作用，分析物理过程？例：将上题改为，金属棒的初速度为零，电阻R换为一个电动势为，内阻为r的电源。大概分析物理过程？例：导轨电阻不计，摩擦不计。使m1、m2只能在各自的导轨的宽度上运动，求最终系统中产生的热量及通过的电量？（ ）( 电量 热量 )例：竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R（其余电阻不计）。磁感应强度为B的匀强磁场方向向外。金属棒ab质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦，从静止释放后保持水平而下滑。求其下滑的最大速度。注意：该过程中的能量转化：重力做功的过程是重力势能向其他能转化的过程；安培力做功的过程是机械能向电能转化的过程；然后电流做功的过程是电能向内能转化的过程。稳定后重力的功率等于电功率也等于热功率。如果在该图上端电阻右边安一只电键，让ab下落一段距离后再闭合电键，那么闭合电键后ab的运动情况如何？（无论何时闭合电键，ab可能先加速后匀速，也可能