2019-2020学年高中物理 第二章 电流与磁场 4 电磁感应定律学案 教科版选修1-1

4电磁感应定律1.知道什么是电磁感应现象2.掌握产生感应电流的条件3.知道什么是感应电动势4.理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题5.知道发电机的基本结构和原理及几种新型发电方式 学生用书p20一、电磁感应现象由教材p26图和相应的实验得出：1电磁感应现象：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流，这种由于磁通量发生变化而产生电流的现象，叫做电磁感应现象2感应电流：电磁感应现象中所产生的电流叫感应电流3产生感应电流的条件：只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就有电流产生二、法拉第电磁感应定律1感应电动势：由电磁感应所产生的电动势单位也是伏特(v)2电磁感应定律(1)内容：回路中所产生的感应电动势e的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比(2)表达式：e三、法拉第与电磁感应定律的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系许多科学家都寄希望于依靠强磁性磁铁或强电流使放在旁边的闭合线圈感应出电流，但都失败了1831年8月29日，法拉第发现了电磁感应现象如图所示，在软铁环的一边绕有两个线圈，线圈a跟电源相连线圈b的两端用一根长导线连接起来，当线圈a通电或切断电源时，可以看到长导线上方的小磁针发生了偏转，说明线圈b中产生了电流四、电磁感应的一个重要应用发电机1结构：如图所示，交流发电机由磁体(n极与s极)、线圈、转轴、滑环、电刷等组成2原理：当轴在外力(水力、风力、蒸汽压力等)推动下顺时针(以俯视角度观察)转动时，安装在轴上的线圈也在磁场中顺时针旋转，使得线圈的右边由内向外运动，其左边由外向内运动运动线圈切割磁感线，线圈中产生感应电流，使灯泡发光五、几种新型发电方式除目前广泛采用的电磁感应发电方式外，从物理原理来说，还有其他类型的发电方式，其特点在于直接从某种形式的能量转化为电能例如：1太阳能发电2磁流体发电3新型化学电池发电4热电子发射发电等产生感应电流的条件学生用书p211. 产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化. 2引起磁通量变化的常见情况 (1)闭合电路的部分导体做切割磁感线运动. (2)线圈在磁场中转动. (3)磁感应强度发生变化有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动图中能产生感应电流的是()解析a图中线圈不切割磁感线，所以a中线圈没有感应电流产生b、c、d图中线圈均在切割磁感线，但b、c图中闭合线圈的磁通量没有发生变化，故b、c中的线圈也没有感应电流产生答案d1.如图所示，线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是()a进入匀强磁场区域的过程中，abcd中有感应电流b在匀强磁场中加速运动时，abcd中有感应电流c在匀强磁场中匀速运动时，abcd中没有感应电流d离开匀强磁场区域的过程中，abcd中没有感应电流解析：选ac.从磁通量有无“变化”来判断产生感应电流与否，能抓住要点得出正确结论若从切割磁感线的角度考虑问题，需注意全面比较闭合电路各部分切割的情况在有界的匀强磁场中，常常需要考虑闭合回路进磁场、出磁场和在磁场中运动的情况，abcd在匀强磁场中无论是匀速运动，还是加速运动，穿过abcd的磁通量都没有发生变化对法拉第电磁感应定律的理解学生用书p21、的比较物理量单位物理意义磁通量wb表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少磁通量的变化量wb表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少磁通量的变化率wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢(1)是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数(2)是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即21.(3)表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率(4)、的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、v、三者类比值得指出的是：很大，可能很小；很小，可能很大；0，可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)当按正弦规律变化时，最大时，0，反之，当为零时，最大关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是()a穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大b电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大c电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大d若电路中某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零解析根据法拉第电磁感应定律，感应电动势正比于磁通量变化率，c选项中磁通量变化越快，则磁通量的变化率越大，故c选项正确，a、b选项错误；某时刻的磁通量为零，但该时刻磁通量的变化率不一定为零，所以感应电流也就不一定为零，d选项错误；故选c选项答案c2.穿过某线圈的磁通量随时间的变化关系如图所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是()a0 s2 sb2 s4 sc4 s6 s d6 s10 s解析：选c.由题图知，4 s6 s内磁通量变化最快，故4 s6 s内感应电动势最大法拉第电磁感应定律的应用学生用书p22利用法拉第电磁感应定律e求出的感应电动势是t时间内的平均感应电动势，在计算感应电动势的大小时，一定要注意求解对应时间内磁通量的变化.如图所示，l是由绝缘导线绕制的单匝线圈，设在0.5 s内把磁体的一极插入线圈，这段时间内穿过线圈的磁通量由0增加到1.5105 wb，这时线圈产生的感应电动势有多大？解析磁通量由0增加到1.5105 wb共用0.5 s，所以，1.5105 wb01.5105 wb.又因为t0.5 s，根据法拉第电磁感应定律知感应电动势为e v3105v.答案3105v3.有一个单匝的线圈，在4 s内穿过它的磁通量从0均匀增加到0.1 wb.(1)求线圈中的感应电动势(2)若线圈的总电阻是10 ，通过线圈的电流是多大？解析：(1)根据法拉第电磁感应定律知e v0.025 v.(2)ie/r0.002 5 a.答案：(1)0.025 v(2)0.002 5 a随堂检测学生用书p231关于感应电动势和感应电流，下列说法中正确的是()a只有当电路闭合，且穿过电路的磁通量发生变化时，电路中才有感应电动势b只有当电路闭合，且穿过电路的磁通量发生变化时，电路中才有感应电流c不管电路是否闭合，只要有磁通量穿过电路，电路中就有感应电动势d不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流解析：选b.产生感应电动势的条件是磁通量发生变化，不一定要电路闭合；而产生感应电流的条件一定是要电路闭合而且要磁通量发生变化，所以a、c、d选项错误，b选项正确2如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面，而且处在两导线的中央，则()a两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零b两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零c两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等d因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零解析：选a.两电流同向时，在线圈范围内，产生的磁场方向相反，大小对称，穿过线圈的磁通量为零，a选项正确，b、c、d选项不正确3如图所示，将条形磁铁从相同的高度分别以速度v和2v插入线圈，电流表指针偏转角度较大的是()a以速度v插入b以速度2v插入c一样大d无法确定解析：选b.磁铁从相同的高度插入，速度越大，磁通量的变化越快，产生的感应电动势越大，电流表的偏转角就越大4如图所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则()a断开电键s，ab中有感应电流b闭合电键s，ab中有感应电流c无论断开还是闭合电键s，ab中都有感应电流d无论断开还是闭合电键s，ab中都没有感应电流解析：选b.两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开电键s，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故a、c错误；若闭合电键s，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故b正确，d错误5一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为()a.b1c2 d4解析：选b.根据法拉第电磁感应定律e，设初始时刻磁感应强度为b0，线圈面积为s0，则第一种情况下的感应电动势为e1b0s0；第二种情况下的感应电动势为e2b0s0，所以两种情况下线圈中的感应电动势相等，比值为1，故选项b正确课时作业学生用书p76(单独成册)一、选择题1处在磁场中的一闭合线圈，若没有产生感应电流，则可以判定()a线圈没有在磁场中运动b线圈没有做切割磁感线运动c磁场没有发生变化d穿过线圈的磁通量没有发生变化解析：选d.要产生电磁感应现象，磁通量必须发生变化，d正确2一个闭合电路产生的感应电动势较大，是因为穿过这个闭合电路的()a磁感应强度大b磁通量较大c磁通量的变化量较大d磁通量的变化较快解析：选d.由法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量的变化率(磁通量变化快慢)成正比，与磁通量的变化量、磁通量、磁感应强度无关3图中的小线圈与滑动变阻器、电源组成电路，而大线圈则与电流表组成闭合电路，不能使电流表指针偏转的情形是()a闭合电键后将小线圈插入大线圈的过程中b小线圈放在大线圈中，闭合电键后将小线圈拔出来的过程中c小线圈放在大线圈中不动d小线圈放在大线圈中不动，电键闭合，移动变阻器的滑片时解析：选c.当小线圈放在大线圈中不动时，穿过大线圈的磁通量未发生变化，故不会产生感应电流，电流表指针不发生偏转，而其它选项均产生感应电流，故答案选c.4穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终均匀地增加，则()a线圈中的感应电动势均匀地增加b线圈中的感应电动势均匀地减少c线圈中的感应电动势不变d线圈中没有感应电动势解析：选c.磁通量均匀地增加，说明磁通量是变化的，线圈中一定有感应电动势，且磁通量在相同的时间内变化相同，即磁通量的变化率为一常数由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势大小不变5有一个单匝线圈，在0.2 s内通过它的磁通量从0.02 wb均匀增加到0.08 wb，则线圈中的感应电动势为()a0.1 vb0.2 vc0.3 v d0.4 v解析：选c.ev0.3 v.6如图所示是一种延时开关s2闭合，当s1闭合时，电磁铁f将衔铁d吸下，将c线路接通当s1断开时，由于电磁感应作用，d将延迟一段时间才被释放，则()a由于a线圈的电磁感应作用，才产生延时释放d的作用b由于b线圈的电磁感应作用，才产生延时释放d的作用c如果断开b线圈的电键s2，无延时作用d如果断开b线圈的电键s2，延时将变长解析：选bc.s1断开时，a线圈中电流消失，磁通量减少，b线圈中产生感应电流，阻碍线圈中磁通量的减少，a选项错误，b选项正确；若断开s2，b线圈无感应电流，磁通量立即减为零，不会有延时作用，c选项正确，d选项错误7穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图像分别如图中的甲丁所示下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是()a图甲中回路产生的感应电动势恒定不变b图乙中回路产生的感应电动势一直在变大c图丙中回路在0t1时间内产生的感应电动势小于在t1t2时间内产生的感应电动势d图丁中回路产生的感应电动势先变小后变大解析：选d.根据法拉第电磁感应定律：感应电动势等于磁通量的变化率，得到在题图甲中的磁通量不变，所以不会产生感应电动势，选项a错误由数学知识得题图乙中的磁通量变化率是恒定的，所以产生的感应电动势是恒定的，选项b错误题图丙中回路在0t1时间内与t1t2时间内磁通量的变化率都是恒定的，故产生恒定的电动势，但是0t1时间内的磁通量的变化率大于t1t2时间内磁通量的变化率，所以前一段时间内产生的感应电动势大于后一段时间内产生的感应电动势，选项c错误题图丁中的磁通量的变化率是先变小后变大，产生的感应电动势也是先变小后变大所以本题的正确选项应该为d.8如图所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列说法中正确的是()a线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且进入时的速度越大，感应电流越大b整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，而且电流是恒定的c整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大d线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越大，感应电流越大解析：选ad.线圈进入和穿出磁场的过程中，线圈内的磁通量发生了变化，运动速度越大，越大，电流越大，故a、d对；而b、c选项中磁通量不变9如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是()aa、b两个环 bb、c两个环ca、c两个环 da、b、c三个环解析：选a.当滑片左、右滑动时，通过a、b的磁通量变化，而通过c环的合磁通量始终为零，故a、b