2018版 第2章 4　电磁感应定律

第页4电磁感应定律学习目标知识脉络1.知道电磁感应现象及产生条件．(难点)2．知道法拉第电磁感应定律，会用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小．(重点)3．了解发电机的工作原理.电磁感应现象eq\o([先填空])1．电磁感应现象是英国物理学家法拉第在奥斯特发现电流磁效应的启发下，经过十年不懈努力发现的．2．概念(1)电磁感应现象：只要通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称为电磁感应．(2)感应电流：电磁感应现象中所生成的电流叫感应电流．eq\o([再判断])1．奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法．(√)2．法拉第发现了电磁感应现象．(√)eq\o([后思考])产生感应电流的条件可以总结为什么？【提示】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．1．感应电流产生的条件穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论是闭合回路一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过闭合回路的磁通量发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生．其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化．这里主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流．2．引起磁通量变化的方法根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的方法有：(1)由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．(2)磁场不变，由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．(3)磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．总之，穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时磁通量就发生了变化．3．产生感应电流的方法(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动如图2­4­1所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生．图2­4­1(2)磁铁在线圈中运动如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生．(3)改变螺线管AB中的电流如图2­4­2所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．图2­4­21．如图2­4­3所示，下列各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有()图2­4­3A．图(甲)所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成回路撑开，而后放手，到恢复原状的过程中B．图(乙)所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中C．图(丙)所示，条形磁铁拔出线圈的过程中D．图(丁)所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中【解析】由Φ＝BS得，题图(甲)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的减小而减小；题图(乙)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的增大而增加；题图(丙)穿过线圈的磁通量随磁极的远离而减小；题图(丁)离通电直导线越远，磁场越弱；穿过线框的磁通量越小，故选项B正确．【答案】B2．如图2­4­4所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若沿其半径向外拉弹簧，使其面积增大，则穿过弹簧的磁通量将如何变化？2­4­4【解析】注意弹簧面所在处存在两个方向的磁场，即磁铁的内磁场和外磁场，它们各自产生正负不同的磁通量，总的磁通量等于两者绝对值之差，当拉大弹簧面积时，内磁场的磁通量不变，而外磁场的磁通量却增大(穿过弹簧的外部磁感线条数增多)，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|应减小．【答案】磁通量减小3．有一根由金属丝绕制成的闭合环套在条形磁铁上，如图2­4­5所示，当闭合环收缩导致它所围的面积减小时：图2­4­5(1)穿过它的磁通量是否有变化？如有变化，怎样变？(2)闭合环中是否存在感应电流，为什么？【解析】条形磁铁内部的磁感线方向由S极到N极，外部从N极到S极；条形磁铁外部向下穿过闭合环的磁通量抵消了一部分内部向上穿过的磁通量，当环收缩时被抵消的部分减少，所以穿过闭合环的磁通量增加，由于穿过环的磁通量有变化，所以在环中产生感应电流．【答案】(1)变化；增加(2)有；因为穿过闭合环的磁通量有变化注意有相反方向的磁场产生的磁通量的判断、首先要清楚哪个方向的磁通量大，然后再看它们各自如何变化，进而判断总磁通量变化情况.法拉第电磁感应定律发电机eq\o([先填空])1．感应电动势(1)概念：由电磁感应所产生的电动势叫感应电动势．(2)产生条件：只要穿过回路的磁通量发生改变，在回路中就产生感应电动势．2．法拉第电磁感应定律(1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比．(2)公式：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，若为n匝线圈，则产生的电动势为：E＝neq\f(ΔΦ,Δt).3．交流发电机(1)结构：产生磁场的磁体、线圈、转轴、滑环、电刷等组成．(2)原理：线圈在磁场中切割磁感应线产生感应电流．(3)常见的发电机形式有：水力、风力、蒸汽压力等．4．新型发电方式其他发电形式有：太阳能发电、磁流体发电等，此外还有新型化学电池发电，热电子发射发电等．eq\o([再判断])1．只要穿过回路的磁通量发生改变，回路中就有感应电动势产生．(√)2．线圈中磁通量的变化量越大，产生的感应电动势一定越大．(×)3．线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大．(√)eq\o([后思考])电磁感应现象中产生了电能，是否遵守能量守恒定律？【提示】电磁感应现象中产生了电流，一定有其他能向电能转化，在转化过程中遵守能量守恒定律．1．如何区分磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)物理量单位物理意义磁通量ΦWb表示在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ΔΦWb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eq\f(ΔΦ,Δt)Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢(1)Φ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，当磁场与回路平面垂直时，Φ＝BS.(2)ΔΦ是过程量，是表示闭合回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常见磁通量变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变，回路在磁场中相对位置改变(如转动等)．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．(3)eq\f(ΔΦ,Δt)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)Φ、ΔΦ、eq\f(ΔΦ,Δt)的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、eq\f(Δv,Δt)三者类比．需要指出的是：Φ很大，eq\f(ΔΦ,Δt)可能很小；Φ很小，eq\f(ΔΦ,Δt)可能很大；Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)．当Φ按正弦规律变化时，Φ最大时，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，反之，当Φ为零时，eq\f(ΔΦ,Δt)最大．2．对法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)，与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的联系，与电路的电阻R也无关，而感应电流的大小与E和R有关．(2)公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)适用于回路中磁通量发生变化产生的感应电动势的计算，回路可以闭合，也可以不闭合．感应电动势是整个闭合电路的感应电动势，不是电路中某部分导体的电动势．(3)如图2­4­6所示，长为L的导体棒在匀强磁场中切割磁感线，且导体棒与磁场及切割方向相互垂直，产生感应电动势．图2­4­6导体棒的运动引起回路面积的变化，根据Φ＝BS可知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BΔS,Δt)＝eq\f(Bl·vΔt,Δt)＝Blv用此式计算导体棒切割磁感线产生的电动势大小，非常方便．4．变化的磁场中，穿过一个10匝的闭合线圈的磁通量每秒均匀增多1Wb，则()A．线圈中的感应电动势每秒增加1VB．线圈中的感应电动势每秒增加10VC．线圈中的感应电动势总为10V不变D．线圈中的感应电动势为零【解析】根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝10×1V＝10V.【答案】C5.如图2­4­7所示，水平放置的平行金属导轨，相距l＝0.50m，左端接一电阻R＝0.20Ω，磁感应强度B＝0.40T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v＝4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：【导学号：18792023】图2­4­7(1)ac棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的方向．【解析】(1)ac棒产生的感应电动势E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)由右手定则判定电流方向为c→a.【答案】(1)0.80V(2)方向c→a6．一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10Ω，置于水平面上．若穿过线框的磁通量在0.02s内，由垂直纸面向里，从6.4×10－2Wb均匀减小到零，再反向均匀增加到9.6×10－2Wb.则在此时间内，线圈内导线中的感应电动势大小为多少？【解析】