新教材2021-2022学年高中物理鲁科版必修第三册课件：第5章

电磁感应电磁感应是一种物理现象,是电磁场和磁场之间的相互作用。它可以产生电动势,推动电流流动,在电机、发电机和变压器中都有广泛应用。了解这一过程对于理解和应用电磁现象至关重要。byJerryTurnersnull5.1电磁感应现象电磁感应的发现法拉第在1831年通过实验发现了电磁感应现象，即一个导体在磁场中运动或磁场变化时会在导体中产生感生电流。感生电流的产生当导体在磁场中运动或磁场发生变化时，磁通量的变化会在导体中感生电流。这种感生电流的方向由电磁感应定律决定。磁场变化的形式磁场的变化可以是导体本身的运动、磁场强度的改变、或者磁场的方向改变。这些变化都会引起导体中感生电流的产生。5.1.1电磁感应的发现电磁感应现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年发现的。在一系列精心设计的实验中,他发现当改变磁场强度时,就会在导体中产生感生电流。这一重要发现标志着电磁感应的诞生,为后来电力技术的飞速发展奠定了基础。5.1.2电磁感应的实验现象通过转动磁铁穿过线圈可以在线圈中感应产生电流,这就是电磁感应的基本现象。当线圈所链磁通发生变化时,就会在线圈中感应产生电动势,这种感应电动势的大小与磁通变化率成正比。电磁感应现象还可以通过改变磁场强度、磁场形状、线圈位置等方式来验证,并且可以观察到磁通变化率的影响。法拉第电磁感应定律1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,并总结出了电磁感应的基本规律,即著名的法拉第电磁感应定律。该定律描述了变化的磁通量如何能够产生感生电动势,为理解电磁感应现象提供了基本框架。5.2.1感生电流的方向根据法拉第电磁感应定律,当磁通量发生变化时会在导体中感生电流。这个感生电流的方向可以通过"洛伦兹定律"来确定。根据洛伦兹定律,感生电流的方向总是与引起它的磁通量变化的方向相垂直，并且符合右手定则的方向。通过这个规律，我们可以很容易地预测感生电流的方向。无论是导体在磁场中运动还是磁场发生变化，只要弄清楚磁通量的变化方向，就能够确定感生电流的方向。这对理解和应用电磁感应现象非常重要。5.2.2感生电动势的大小根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，就会在导体中感生一个电动势。感生电动势的大小正比于磁通量的变化率，即磁通量随时间的变化率。感生电动势的大小与导体面积、导体的匝数以及导体穿过的磁场强度等因素有关。电磁感应的应用电磁感应的原理和定律在我们的日常生活和科技发展中都有广泛的应用。从发电机到变压器,从涡流制动到电磁加热,电磁感应为人类提供了许多有用的技术。本节将详细探讨几个重要的电磁感应应用。涡流和涡流制动涡流是感生电流在导体内形成的环形电流。涡流会产生磁场,与原磁场相互作用,产生涡流制动力。涡流制动力可用于制动,如在安培秤和吊秤中,减缓机械运动。5.3.2发电机发电机是电磁感应的重要应用之一。它利用电磁感应原理,将机械能转换为电能。发电机内部有一个旋转的金属电磁铁线圈,在外部磁场中转动时会产生感应电流,从而产生电能输出。发电机广泛应用于发电厂、汽车发电机等场合,为我们提供丰富的电力资源。5.3.3变压器变压器是电磁感应的典型应用之一。它利用电磁感应原理将交流电压从一个电路传递到另一个电路。通过改变电磁感应线圈的匝数比，可以实现电压的升压或降压，广泛应用于电力系统和电子电路中。变压器主要由原边绕组、磁芯和副边绕组三部分组成。在交流电源作用下，原边绕组产生交变磁通，通过磁芯感应到副边绕组，从而实现电压的转换。变压器的效率高、结构简单、体积小、重量轻，是电力系统的关键设备。5.3.4电磁感应在日常生活中的应用电磁感应应用广泛,从家用电器到工业设备都有应用。例如电磁炉利用感应加热原理将电能转换为热能,快速加热烹饪食物。电动牙刷、剃须刀也使用感应技术为电池充电,无需直接连接电源。磁悬浮列车利用电磁感应悬浮并推进,实现高速运行,给人带来耳目一新的体验。此外还有感应式自动门、防盗磁性标签等丰富的应用场景。电磁感应的能量转换电磁感应是能量转换的重要过程。感生电流能够产生电功率,变压器可以实现电压和电流的转换。了解这些能量转换的规律对实际应用非常重要。5.4.1感生电流的功率感生电流在电路中会产生功率耗散。这种功率损耗主要表现为热量,可以用功率公式计算:P=I²R,其中P为功率,I为电流,R为电阻。感生电流的大小与电磁感应的强度有关,因此感生电流的功率也取决于电磁感应的强弱。理解感生电流功率的计算对于分析电磁感应系统的效率很重要。5.4.2变压器的功率变压器可以将电压从高压转换成低压,或从低压转换成高压。这种电压转换过程中,变压器内部的电磁感应会导致一定的功率损耗。变压器的功率等于初级线圈的电压与电流乘积,等于二次线圈的电压与电流乘积。理想状态下,初级功率等于二次功率。但实际中会有功率损耗,主要包括铁损和铜损。通过合理设计和选用优质材料,可以最大限度降低变压器的功率损耗,提高其功率转换效率。这对于提高电力系统的整体效率非常重要。电磁感应的相关问题电磁感应是一个非常重要的物理概念,涉及到许多应用和相关的理论问题。这一部分将深入探讨电磁感应的条件、感生电流的方向判断、感生电动势的计算,以及涡流的应用和危害等相关问题。通过学习这些内容,可以更全面地理解电磁感应的本质和应用。5.5.1电磁感应的条件电磁感应需要存在可变磁通。即磁通随时间发生变化。电磁感应需要存在导体构成的回路。感生电流产生于导体中。电磁感应需要满足法拉第电磁感应定律。即磁通的变化会在导体回路中感应产生电动势。只有当这三个条件同时满足时,电磁感应现象才能发生。这是电磁感应的必要条件。5.5.2感生电流的方向判断感生电流的方向可以用楞次定律来判断:感生电流的方向总是使得由它产生的磁通量变化阻碍引起它的那个变化。通过观察磁通量的变化方向,可以判断感生电流的流向,有助于理解电磁感应现象。5.5.3感生电动势的计算根据法拉第电磁感应定律,可以计算感生电动势的大小。感生电动势的大小等于磁通量变化率的负值,即ε=-dΦ/dt。根据几何关系和磁场分布,可以推导出不同情况下感生电动势的具体计算公式。5.5.4涡流的应用和危害涡流应用:涡流可用于金属探测器、涡流制动、金属加工等领域。金属探测器利用涡流检测金属物体,制动器用涡流实现快速并安全的减速。涡流加工可以提高加工效率和精度。涡流的危害:涡流也会造成一些问题,如涡流损耗会降低电机和变压器的效率,产生不必要的热量。此外,涡流还可能造成金属机构的振动和损坏。因此在设计时需要考虑涡流的影响并采取相应的措施。涡流研究与应用:深入了解涡流的性质和规律对改进和优化相关技术很重要。继续探索涡流在更多领域的应用前景也值得关注。5.5.5发电机和变压器的工作原理发电机工作原理:磁场和导体相对运动,在导体中感应产生电动势,通过外电路形成电流。能量从机械能转换为电能。变压器工作原理:在初级线圈中感应产生交变磁场,通过磁感应在次级线圈中感应电动势。实现电压的升降变换。发电机和变压器都基于电磁感应原理,但前者是机械能转换为电能,后者是电压的升降变换。两者在电力系统中扮演重要角色。5.5.6电磁感应在生活中的应用电磁感应广泛应用于电力传输和转换📀.变压器利用电磁感应实现电压的升降换算,确保电能安全有效地传输.家电如电磁炉和无线充电器也利用电磁感应原理工作🔌.感应线圈产生的交变磁场诱导被加热物品或充电设备中的感应电流,从而实现加热或无接触充电.电磁感应在交通运输、测量仪表等领域广泛应用🚄.如磁悬浮列车、电磁流速计等都利用了这一原理.本章小结通过学习本章内容,我们了解了电磁感应的基本概念和定律,以及电磁感应在生活中的广泛应用。掌握这些核心知识有助于我们更好地理解和运用电磁现象,为后续电磁理论的学习打下坚实基础。本章复习思考题1电磁感应的基本现象理解电磁感