高中物理第4章揭开电磁关系的奥秘第2节电磁感应定律及其应用教师用书鲁科版选修1-1

1、第2节电磁感应定律及其应用课标解读重点难点1.知道电源是一种把其他形式的能转化为电能的装置，电动势是一个描述电源的这种本领强弱的物理量2.知道法拉第电磁感应定律会用电磁感应定律计算感应电动势的大小会用公式EBlv计算导体在匀强磁场中垂直切割磁感线时感应电动势的大小，知道该公式与法拉第电磁感应定律的区别与联系3.会用右手定则判断导体垂直切割磁感线时产生的感应电流的方向，能区分左手定则、右手定则与安培定则4.知道直流电与交流电之间的区别知道发电机的工作原理5.了解变压器的结构和工作原理，知道理想变压器的原、副线圈两端的电压与它们匝数之间的关系.1.电磁感应定律、右手定则、理想变压器的电压公式.(重点)2.磁通量的变化率、变压器的工作原理(难点)法拉第电磁感应定律1.基本知识(1)电动势：电源是一种把其他形式的能量转化为电能的装置，电源本领的强弱用电动势描述电动势用符号E表示单位：伏特(V)一节干电池的电动势是1.5 V，蓄电池的电动势是2.0 V.(2)感应电动势：如果导体在磁场中做切割磁感线运动，其两端就会产生电动势，这种由于电磁感应现象而产生的电动势叫感应电动势(3)磁通量的变化率：单

2、位时间内穿过回路的磁通量的变化量(4)法拉第电磁感应定律内容：回路中感应电动势的大小，跟穿过该回路的磁通量的变化率成正比公式EEn，n为线圈的匝数，E、t的单位分别为V、Wb、s.(5)导体切割磁感线产生的感应电动势大小：EBlv.方向：用右手定则判断，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体的运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电流的方向2思考判断(1)对于公式EBlv中的B、l、v三者必须相互垂直()(2)导体棒在磁场中运动速度较大，产生的感应电动势一定越大()发电机的工作原理1.基本知识(1)发电机：把机械能转化成电能的装置，和电动机的原理正好相反(2)直流电：干电池和蓄电池等电源提供的电流，方向恒定不变，称为直流电简称DC.(3)交流电：让矩形线圈在磁场中转动，产生的大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称AC.(4)交流发电机的工作原理：如图421所示，线圈平面从垂直于磁感线开始转动，当线圈的一个边向上运动，另一个边向下运动，切割磁感线，线圈中产生了感应电流电流从线圈的一个边流出，从另一个边流进当线圈转过

3、半周后，线圈的左右两个边在磁场中发生了变化，原来向上运动的改为向下运动，原来向下运动的改为向上运动，结果使得线圈中的电流方向发生了改变这就产生了大小和方向都随时间作周期性变化的电流图4212探究交流三峡电站是全球最大的水电站，共安装26台70万千瓦发电机组，这是全世界最大的水轮发电机组，总装机容量为1 820万千瓦，年发电847亿千瓦时那么你知道发电机组是利用什么原理发电的吗？【提示】利用电磁感应原理发电.变压器的工作原理1.基本知识(1)用途：变压器是把交流电的电压升高或者降低的装置可分为升压变压器和降压变压器(2)构造：原线圈、副线圈和闭合铁芯如图422所示图422(3)原理：利用电磁感应来改变交流电压如图423所示，原线圈n1接交变电流，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律，从而在副线圈n2中产生感应电动势，输出不同于原线圈的电压，对于理想变压器，原副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比，即.图4232思考判断(1)恒定电流接入变压器后也可发生互感现象，也可起到变压作用()(2)不计电能损耗的变压器为理想变压器()3探究交流在课外，某同学在进行低压交

4、流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图424进行实验图424则闭合电键后，灯炮是否发光？并解释出现这种现象的原因？【提示】因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以En0.故副线圈中无感应电动势.磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率的比较【问题导思】1磁通量大，磁通量的变化量一定大吗？【提示】不一定2磁通量的变化量大，磁通量的变化率一定大吗？【提示】不一定、和的比较见下表1磁通量大，磁通量的变化量不一定大，磁通量的变化率不一定大2磁通量变化量大，磁通量的变化率也不一定大，磁通量的变化率与磁通量的变化量和磁通量大小没有直接关系3在t图象上，切线的斜率表示磁通量的变化率一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10 ，置于水平面上若在0.02 s内穿过线圈的磁通量由垂直线圈平面向下，从6.4102Wb均匀减少到零，再反向均匀增加到9.6102Wb.则在此时间内，穿过线圈的磁通量的变化量为_Wb，穿过线圈的磁通量的变化率为_Wb/s.

5、【解析】设垂直线圈平面向上为正，在0.02 s内磁通量的变化量219.6102(6.4102)Wb0.16 Wb磁通量的变化率Wb/s8 Wb/s.【答案】0.1681一个正方形线圈放在匀强磁场中，当线圈平面与匀强磁场方向垂直时，通过线圈的磁通量为5.0103Wb，当线圈平面转到与匀强磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为_Wb，如果转动的时间为1.0102s，则穿过线圈的磁通量的变化率为_Wb/s.【解析】线圈平面转到与匀强磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为20.取开始时的磁场方向为负方向，则该过程中磁通量的变化量为210(5.0103)Wb5.0103Wb.磁通量的变化率为Wb/s0.5 Wb/s.【答案】00.5正确理解电磁感应定律【问题导思】1利用公式EBlv求出的感应电动势是瞬时值，还是平均值？【提示】可能是瞬时电动势，也可能是平均电动势2左手定则和右手定则有何区别？【提示】左手定则判定安培力的方向，右手定则判定感应电流的方向1决定电动势大小的因素感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，与的大小、的大小没有必然联系，与电路的构成也无关，而感应电流的大小由感应电动势大小和电

6、路的总电阻R决定2v与E的对应关系EBlv适用于导体棒垂直切割磁感线的情况，适用条件是B、l、v两两垂直，若公式中v是平均速度，则E为平均电动势，若公式中v是瞬时速度，则E为瞬时电动势3左、右手定则的区别右手定则用于判断导体切割磁感线时感应电流的方向导体的运动是原因，产生感应电流是结果；左手定则用于判断通电导体在磁场中所受安培力的方向，导体中有电流是原因，导体受到安培力作用而运动是结果，两者应注意区分图425如图425所示，水平放置的平行金属导轨，相距l0.50 m，左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度B0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ac棒以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ac棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小和方向【审题指导】导体棒做切割磁感线运动，用公式EBlv求产生感应电动势的大小，导体棒相当于电源，进一步求出感应电流的大小【解析】(1)ac棒产生的感应电动势EBlv0.400.504.0 V0.80 V.(2)感应电流的大小I A4.0 A.由右手定

7、则判定电流方向为ca.【答案】(1)0.80 V(2)4.0 A方向ca2一面积为S4102m2、匝数n100的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于线圈平面，磁感应强度随时间的变化率为2 T/s.穿过线圈的磁通量的变化率是多少？线圈中产生的感应电动势是多少？ 【导学号：31870031】【解析】穿过线圈的磁通量的变化率S24102Wb/s8102Wb/s，由法拉第电磁感应定律得En1008102V8 V.【答案】8102Wb/s8 V理想变压器【问题导思】1什么是理想变压器？【提示】不消耗能量的变压器2升压变压器的电压变化有什么特点？【提示】输出电压大于输入电压1理想变压器：不计变压器线圈的热损失和铁芯发热损失的能量，变压器副线圈提供给用电器的电功率等于发电机提供给原线圈的电功率2理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过原、副线圈的磁通量相同，穿过每匝线圈的磁通量的变化率也相同，因此每匝线圈产生的感应电动势相同，原、副线圈产生的电动势和原、副线圈的匝数成正比在线圈电阻不计时，线圈两端电压等于电动势所以变压器原、副线圈的两端电压与匝数成正比3升压变压器和降压变压器：由变压器公式U1/U2n1

8、/n2，当变压器原线圈匝数少，副线圈匝数多时，副线圈两端电压高于原线圈两端电压，则变压器为升压变压器；当变压器原线圈匝数多，副线圈匝数少时，副线圈两端电压低于原线圈两端电压，则变压器为降压变压器4规律(1)理想变压器中，原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比.(2)理想变压器的输出功率等于输入功率，P入P出，即U1I1U2I2.因此，原、副线圈中的电流之比等于匝数的反比，.一输入电压为220 V、输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏为获知此变压器原、副线圈的匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图426所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈两端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A1 100360B1 100180C2 200180 D2 200360图426【审题指导】(1)变压器的输入电压不变(2)理想变压器的电压与匝数成正比，无论匝数如何变化【解析】该题考查变压器的电压与匝数的关系，由U1U2U3n1n2n3可得n1n31 100，n2n1180，B选项正确【答案】B无论线圈的匝数增加还是减小，紧紧抓住电压与匝数成正比的关系去列式求解3如图所示，可以将电压升高供给电灯的变压器是()【解析】当原线圈接直流电源时，原线圈通过恒定电流，铁芯中不会产生变化的磁场，因此副线圈中不会产生感应电动势，所以选项AD错误；B图中，原线圈匝数大于副线圈匝数，所以B中变压器是降压变压器；C图中，原线圈匝数小于副线圈匝数，所以C中变压器是升压变压器，选项B错误，C正确【答案】C【备课资源】(教师用书独具)电磁感应灯电磁感应灯没有电极，依靠电磁感应和气体放电的基本原理而发光没有灯丝和电极使灯泡的寿命长达100,000小时，是白炽灯的100倍，高压气体放电灯的515倍，紧凑荧光灯的5倍10倍基于上述原理，气体通过磁场放电而产生了可见光即由电子镇流器产生的频率为230 KHz，金属线圈磁环组成的电磁变压

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