2019-2020学年高中物理 第3章 划时代的发现 2 一条来之不易的规律——电磁感应定律学案 沪科版选修1-1

来之不易的定律电磁感应定律1.通过实验，我们知道了产生感应电流的条件。2.知道了法拉第电磁感应定律，我们将利用电磁感应定律来计算感应电动势的大小。3.要知道，电源是一种将其他形式的能量转化为电能的装置，而电动势是一个物理量，用来描述电源的强弱。一、磁发电的几个典型案例法拉第通过实验总结了感应电流的几种典型情况：改变电流；变化的磁场；恒定的运动电流；移动磁铁；在磁场中运动的导体等。第二，从现象到本质产生感应电流的条件：只要闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会发生电磁感应。磁通量的变化是所有电磁感应的根本原因。法拉第称电磁感应现象中产生的电流为感应电流。根据磁通量=bs的定义，磁通量变化的类型有：1.磁场变化引起的闭环中磁通量的变化。2.磁场不变，磁通量因闭环面积的变化而变化。3.当磁场和闭合回路的面积都改变时，通过闭合回路的磁通量也可能改变。第三，从定性到定量法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小与通过电路的磁通量变化率成正比。2.法拉第电磁感应定律可以表示为e=n，n是线圈匝数，e、和t的单位分别是v、wb和s。3.电动势是描述电源特性的物理量。干电池的电动势为1.5伏，这表明1摄氏度的电荷从电源内部的负极转移，1.5焦耳的化学能转化为电能。正确理解、和磁通量磁通量变化磁通量变化率物理意义磁通量越大，在特定时刻穿过磁场中特定表面的磁感应线就越多。在一定时间内通过某一表面的最终磁通量和初始磁通量之间的差值一个物理量，表示在磁场中通过表面的磁通量变化的速度。尺寸计算=bs，s是垂直于b的区域。如果它不垂直，取s在垂直于b的方向上的投影=2-1=bsor=sb=b或=s注意如果有一个相反方向的磁场穿过某个表面，=bs 不能直接使用，相反方向的磁通量相互抵消后剩余的磁通量应予以考虑。该平面在180的起点和转弯处垂直于磁场，通过该平面的磁通量不同，一个正一个负，=2bs它不表示磁通量的大小或磁通量变化的程度。在-t图像中，它可以用图形线的斜率来表示。(1)表示回路中磁通量从一个时刻到另一个时刻的增加或减少，即=2-1。常见的磁通变化有：b不变，s变；s不变，b变；乙和乙都变了。总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会发生变化。(2)它表示磁通量的变化速度，即单位时间磁通量的变化，也称为磁通量的变化率。它与和的大小没有直接关系。2.理解法拉第电磁感应定律1.对e=n的理解(1)感应电动势的大小由通过电路的磁通量的变化率决定，它不一定与和的大小有关，也与电路的电阻r无关；感应电流的大小与e和环路的总电阻r有关。(2)磁通的变化率是-t图像上某一点切线的斜率。(3)由e=n获得的感应电动势是整个闭合电路的感应电动势，而不是电路中某些导体的电动势。(4)表达式e=n得到t时间内的平均电动势，只有当t0时，它才表示瞬时电动势当闭合电路的导体的一部分移动以切断磁感应线时，电路中也会产生感应电流，这表明当导体切断磁感应线时会产生感应电动势。在磁感应强度为b的均匀磁场中，当长度为l的导体在垂直于磁场的平面内以速度v沿垂直于导体的方向移动时，产生的感应电动势为e=blv，感应电流产生的方向由右手定则确定。这是法拉第电磁感应定律的一个特例，它仅适用于导体垂直切割磁感应线的情况，即b、l和v要求相互垂直。公式e=n计算t时间内的平均电动势，而e=blv计算导体切割磁感应线时产生的平均电动势或瞬时电动势，但通常用于计算瞬时电动势。问题1:电动势的计算如图所示，水平平行金属导轨间隔l=0.50 m，左端连接电阻r=0.20，磁感应强度b=0.40 t的均匀磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac垂直放置在导轨上，可以沿导轨滑动，无摩擦， 导轨和导体棒的电阻可以忽略不计，当交流棒以v=4.0 m/s的速度匀速水平向右滑动时，进行以下计算：(1)交流棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小和方向。思考点导体棒垂直于磁场方向移动。导体棒切断磁感应线，导致线圈面积(由交流和电阻r包围的部分)变化，导致磁通量变化并产生感应电动势。e=n=n=nb=nblv。e=nblv可以直接应用于解决问题。分析 (1)交流棒中产生的感应电动势e=blv=0.400.504.0 v=0.80 v(2)感应电流的大小i=a=4.0a从右手定则判断，目前的方向是c a。回答 (1) 0.80伏(2)4.0安方向ca当闭合电路的导体的一部分沿着切割磁感应线移动，并且b、l和v相互垂直时，可以应用e=blv计算。如图所示，在均匀磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向垂直于导轨平面。导轨具有两个金属杆ab和cd，这两个金属杆可以沿着导轨自由移动，并且与导轨具有良好的接触。两个金属杆ab和cd的运动速度(矢量)分别是v1和v2。如果感应电流通过i形电路，则()a.v1v2b.v1v2c.v1=v2d，不确定分析：选择ab。只要金属杆ab和cd的运动速度不相等，人字形回路中的磁通量就会改变，并且在闭环中会产生感应电流。因此，选项ab是正确的。问题2感应电动势的计算如图a所示，存在面积为150 cm2且电阻为0.1的金属环。如图b所示，在环中100 cm2的同心圆表面上存在变化的磁场。线圈中的感应电动势是多少？现在是什么情况？思路指出感应电动势是由磁感应强度的变化产生的，e=n=ns。磁场面积s=100 cm2=110-2 m2e=纳秒=1110010-4伏=110-2伏i=a=0.1 a回答 110-2 v 0.1a问题3由s和b方向之间的角度变化引起的感应电动势如图所示，半径为r的金属绕过一定直径的oo轴匀速转动，角速度为，均匀磁场的磁感应强度为b。从金属环平面与磁场方向重合的时间开始，在30旋转过程中，环内产生的感应电动势的平均值是多少？分析在金属环转动30的过程中，磁通量的变化量=2-1=bss在30-0=b r2t=，所以e=3b r2。回答 3br2课堂测试1.卡拉ok用的麦克风装有传感器。其中一种是动圈式。它的工作原理是在弹性膜片后面粘合一个小金属线圈。线圈在毫安分析：选择b。当声波使振膜前后振动时，振膜后面的金属线圈也随之振动，导致线圈在永磁体的磁场中切断磁感应线。通过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转换成电信号。这就是电磁感应的工作原理。因此，选项b是正确的，选项a、c和d都是错误的。2.在下面关于电磁感应的陈述中，正确的一个是()a.通过线圈的磁通量越大，感应电动势就越大通过线圈的磁通量为零，感应电动势必须为零c.通过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大。d.通过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大。分析：d越大，磁通量变化越快，感应电动势越大。3.磁通量是研究电磁感应的一个重要概念。关于对磁通量的理解，以下陈述是正确的()a.磁场中某处的磁感应强度越大，线圈面积越大，通过线圈的磁通量必须越大如果穿过磁场某处平面的磁通量为零，该处的磁感应强度必须为零如果磁场中某个位置的磁感应强度和线圈面积不变，磁通量不会改变。通过线圈的磁通量的大小可以通过穿过线圈的磁感应线的数量来测量分析：选择d。磁通量的大小不仅与磁场的强度和线圈的面积有关，还与线圈在磁场中的角度有关。当线圈平面平行于磁场方向且没有磁感应线穿过时，穿过它的磁通量为零。选项a和b是错误的。磁通量变化的原因是：(1)磁场的变化；(2)线圈面积的变化；(3)线圈平面和磁场方向之间的角度改变，选项c是错误的；磁通量在视觉上可以理解为“穿过闭合电路的磁感应线的数量”。选项d是正确的。4.如图所示，在磁感应强度为0.2 t的均匀磁场中，长度为0.5 m的导体棒ab以10 m/s的速度在金属框架上向右滑动。r1=r2=20，不包括其他电阻，流过ab的电流为()a.0.2 ab.0.4 ac.0.05 a d.0.1 a分析：选择直流导体棒ab做切割磁感应线运动产生的感应电动势e=blv=0 . 20 . 510伏=1.0伏。总电阻r=10，i=a=0.1a，所以d是正确的。5.在均匀磁场中有一个正方形单圈线圈abcd，线圈平面垂直于磁场方向。在t=0.5s内，磁通量从 1=3wb均匀增加到 2=6wb。查找：(1)t内线圈产生的感应电动势.(2)可以采取什么措施来增加线圈中产生的感应电动势？分析：(1)源自法拉第电磁感应定律e=n=v=6伏(2)根据法拉第电磁感应定律，为了增加感应电动势，可以增加线圈匝数n或磁通量的变化率。回答：(1)6伏(2)增加线圈匝数以增加磁通量的变化率课堂作业 p81学生版(单行本)一、选择题1.法拉第通过一系列精心设计的实验发现了电磁感应定律，将“电”和“磁”联系起来，这两个学科在历史上被认为是独立的学科。在下面几个典型的实验设计思想中，所做的推论后来被实验所拒绝()a.由于磁铁可以磁化附近的铁块，静电荷可以在附近导体的表面感应电荷，所以固定导线上的稳定电流也可以在附近的固定线圈中感应电流由于磁铁可以在附近移动的导体中感应电动势，恒定电流也可以在附近移动的线圈中感应电流。因为移动的磁体可以在附近的固定线圈中感应电流，所以固定磁体也可以在附近的移动导体中感应电动势因为移动的磁体可以在附近感应电动势分析：选择a。产生电磁感应现象的条件是：通过电路的磁通量发生变化。固定导体上的稳定电流产生恒定磁场，固定导体周围的磁通量不变，并且在附近的固定线圈中没有感应电流。但是，在项目b、c和d中会出现电磁感应现象，并且会产生感应电动势(或感应电流)。2.如图所示，电流表和螺线管形成一个闭合电路。以下关于电流表指针偏转的陈述是正确的()a.当磁体快速插入螺线管时，电流表的指针比螺线管缓慢插入时偏转更多b.磁铁快速插入螺线管，缓慢插入螺线管，磁通量变化是相同的，所以电流表的指针偏转是相同的当磁铁放在螺线管中时，螺线管中的磁通量最大，因此电流表的指针偏转最大。当磁铁被拉出螺线管时，磁通量减少，所以电流表指针的偏转必须减少分析：选择a。电流表指针的偏转角由螺线管产生的感应电动势的大小决定，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以a是正确的。3.在图中所示的各种情况下，通过回路的磁通量增加()a.如图a所示，在均匀的磁场中，由弹簧状金属丝组成的环首先膨胀，然后释放以进行恢复。b.如图b所示，在铜线ab在金属导轨上向右均匀移动的过程中如图c所示，条形磁铁被插入线圈中d.如图11所示，在从与其在同一平面通电的直导线上关闭导线架的过程中分析：选择业务连续性。在所有四种情况下，通过闭环的磁通量都发生变化，因此产生感应电流。然而，电路中的面积减少，磁通量减少。当b中的ab向右移动时，磁场闭合回路的面积增加，磁通量增加。当c中的磁体向下移动时，通过线圈的磁场变强，磁通量也增加。钟鼎直流电附近的磁场很强，而远处的磁场很弱。因此，当线圈远离通电的直流导线时，磁通量也会减小。因此，b和c是正确的。4.如图所示，有限范围内均匀磁场的宽度为d，一个l边长的方形引线框以速度v匀速通过磁场区域。如果为d1，引线框中不产生感应电流的时间应等于()a.b.c.d.答：c5.将磁铁缓慢或快速插入闭合线圈的相同位置。两次改变的物理量是不同的()a.磁通量的变化b.磁通量c.感应电流的电流大小d.感应电动势分析：选择光盘。与这两个过程相比，相同的物理量是：磁通量的变化和线圈的最终磁通量。然而，由于两个动作的时间不同，磁通量变化速度不同所产生的感应电动势也不同，线圈中的感应电流也不同.6.通过单匝线圈的磁通量总是以每秒2 wb的速度增加，然后()a.线圈中的感应电动势每秒钟增加2 vb.线圈中的感应电动势每秒降低2 v线圈中的感应电动势总是2伏d.线圈中不产生感应