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2018_2019高中物理第2章电磁感应与电磁场第2节电磁感应定律的建立第3节电磁感应现象的应用学案粤教版选修1_1

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                      第二节 电磁感应定律的建立
                      第三节 电磁感应现象的应用

            学 习 目 标                               知 识 脉 络
 1.了解探究感应电动势大小与磁通量
 变化的关系.
 2.知道法拉第电磁感应定律的内
 容.(重点)
 3.知道理想变压器的原理.(重点、
 难点)
 4.了解汽车防抱死制动系统.
                             [自 主 预 习·探 新 知]
                                    [知识梳理]
    一、电磁感应定律的建立
    1.探究感应电动势与磁通量变化的关系
    (1)当磁通量变化过程所用时间相同时,磁通量变化量越大,感应电流就越大,表明感
应电动势越大.
    (2)当磁通量变化量相同时,磁通量变化过程所用时间越短,感应电流就越大,表明感
应电动势越大.
    (3)感应电动势的大小随磁通量变化快慢的增大而增大.
    2.法拉第电磁感应定律
    (1)内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.
                   ΔΦ                    ΔΦ
    (2)表达式:E=n     Δt ,其中   n 是线圈匝数,     Δt 是磁通量的变化率.
    二、电磁感应现象的应用
    1.变压器
    (1)作用:变压器是把交流电的电压升高或者降低的装置.
    (2)构造:原线圈(初级线圈)、副线圈(次级线圈)、闭合铁芯.
    2.变压器原理
    (1)原理:利用电磁感应原理来改变交流电的电压.
             U1  n1

    (2)公式:U2=n2,U1、U2     分别是原、副线圈两端的电压,n1、n2              分别是原、副线圈的
匝数.
    3.ABS 系统
    (1)ABS 系统的作用:汽车紧急制动时,如果车轮被制动装置抱死,车轮将出现滑动,
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方向盘就会失灵,汽车将甩尾侧滑,可能发生严重的交通事故.为防止这种现象,人们发
明了防抱死制动系统(ABS).
    (2)ABS 系统的组成:由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀组成.轮速传感器的作用
是采集车轮转速信号,它是利用电磁感应现象测量车轮转速的.
                                    [基础自测]
    1.思考判断
    (1)决定闭合电路中感应电动势大小的因素是磁通量的变化量.(×)
    (2)闭合电路中感应电动势的大小由磁通量的变化率决定.(√)
             ΔΦ
    (3)由 E=n  Δt 可知,E  与  ΔΦ  成正比.(×)
    (4)变压器也可能改变恒定电压.(×)
    (5)变压器的原理是电磁感应定律.(√)
    (6)实际变压器输入功率一定大于输出功率.(√)
    [提示] (1)决定闭合电路中感应电动势的大小因素是磁通量的变化率.
                       ΔΦ
    (3)E 与 ΔΦ  无关,与    Δt 成正比.
    (4)变压器只能改变交流电的电压,不能改变恒定电压.
    2.下列关于电磁感应的说法中,正确的是(  )
    A.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大
    B.穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零
    C.穿过线圈的磁通量的变化量越大,感应电动势越大
    D.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大
        ΔΦ
    D [ Δt 越大,表示磁通量变化越快,感应电动势越大.]
    3.如图   2­2­1 所示,变压器原、副线圈匝数比为              1∶2,则副线圈中电压表读数为(  ) 

                                                          【导学号:71082049】


                                     图 2­2­1
    A.0   B.2 V   C.4 V   D.8 V
    A [由于原线圈接的是直流电源,所以通过副线圈的磁通量不变,因此副线圈中电压
表读数为    0,选项    A 正确.]
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                             [合 作 探 究·攻 重 难]

                                 电磁感应定律
                                                           ΔΦ
    1.如何区分磁通量        Φ,磁通量的变化量         ΔΦ,磁通量的变化率          Δt
    (1)Φ 是状态量,是在某时刻(某位置)穿过闭合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.
       ΔΦ
    (3) Δt 表示磁通量的变化快慢,即单位时间内磁通量的变化,又称磁通量的变化率.
                 ΔΦ                                             Δv
    (4)Φ、ΔΦ、     Δt 的大小没有直接关系,这一点可与运动学中                  v、Δv、Δt三者类
                          ΔΦ                  ΔΦ                  ΔΦ
比.值得指出的是:Φ          很大,   Δt 可能很小;Φ      很小,   Δt 可能很大;Φ=0,       Δt 可能不为
                                                                  ΔΦ
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,    Δt =0;反
                 ΔΦ
之,当   Φ  为零时,    Δt 最大.
    2.电磁感应定律
    (1)产生感应电动势的条件
    只要穿过某个电路的磁通量发生变化,就会产生感应电动势,产生感应电动势的那部
分导体相当于电路的电源.
    (2)电磁感应定律
                                   ΔΦ
    感应电动势的大小与磁通量的变化率                Δt 成正比,磁通量的变化率是指磁通量变化的快
慢.不能理解为感应电动势与磁通量或磁通量的变化量成正比.感应电动势的大小决定于
                       ΔΦ
穿过电路的磁通量的变化率            Δt ,与磁通量    Φ、磁通量的变化量         ΔΦ   的大小没有直接的联
系.
          如图    2­2­2 甲所示,某线圈一共        50 匝,若穿过线圈的磁通量随时间的变化如
图乙所示,则      a、b  两点间的电压是多少?
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                               甲        乙
                                     图 2­2­2
                         ΔΦ
    思路点拨:①由图乙可求           Δt .
            ΔΦ
    ②由  E=n  Δt 计算电压.
    [解析] 求    a、b  两点的电压就是求线圈中的感应电动势,
            ΔΦ  0.5-0.1
    由图乙得    Δt =  0.4   V=1 V,
          ΔΦ
    故 E=n  Δt =50 V,
    所以  a、b  两点间电压等于       50 V.
    [答案] 50 V


             ΔΦ
    1E=n   Δt 研究整个闭合回路,适用于各种电磁感应现象.
             ΔФ
    2E=n   Δt 一般应用于磁感应强度变化所产生的感应电动势的计算.

    [针对训练]
    1.(多选)穿过一个       10 匝线圈的磁通量每秒钟均匀地减少              2  Wb,则该线圈中的感应电
动势(  )
    A.大小不变
    B.随时间均匀变化
    C.减少了    20 V
    D.等于   20 V
                                          ΔΦ                 ΔΦ
    AD [题中磁通量每秒钟均匀地减少              2 Wb,即  Δt =2 Wb/s,故  E=n Δt =20 V.]

                            理想变压器的规律及应用
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    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.特点
    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
                U1  n1
    由变压器公式U2=n2知,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
                                                                 U1   n1
    (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,即U2=n2.

    (2)理想变压器的输出功率等于输入功率,P                入=P  出,即   U1I1=U2I2.因此,原、副线圈
                             I1  n2
中的电流之比等于匝数的反比,即I2=n1.
          (多选)如图     2­2­3 所示为变压器的示意图,它被用来升高发电机的输出电压,
下列说法中正确的是(  )


                                     图 2­2­3
    A.图中   M 是闭合的铁芯
    B.发电机应与线圈Ⅰ相连,升高后的电压由                  c、d  两端输出
    C.电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈
    D.变压器是根据电磁感应原理工作的
    AD [由题知该变压器为升压变压器,所以原线圈匝数小于副线圈匝数,故Ⅱ为输入端
即接发电机,Ⅰ为输出端,B            错;铁芯提供闭合的磁路,使电能先转化成磁场能,再在副
线圈中转化成电能,所以           C 错,故选    A、D.]


    1变压器由原线圈、副线圈和闭合的铁芯组成.
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    2若原线圈匝数大于副线圈匝数,则为降压变压器;若原线圈匝数小于副线匝数,
则为升压变压器.

    [针对训练]

    2.如图   2­2­4 所示为一台理想变压器,初、次级线圈的匝数分别为                      n1=400 匝,n2=
800 匝,连接导线的电阻忽略不计,那么可以确定(  )


                                     图 2­2­4
    ①这是一台降压变压器
    ②这是一台升压变压器
    ③次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的                   2 倍
    ④次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的一半
    A.①③                              B.①④
    C.②③                              D.②④
          U1  n1

    C [由U2=n2得    U2=2U1,变压器为升压变压器,②③正确.]
                             [当 堂 达 标·固 双 基]
    1.(多选)如图     2­2­5 所示,在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平
面垂直.导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒                     ab、cd,与导轨接触良好.这两条金属

棒  ab、cd 的运动速度分别是        v1、v2,若“井”字形回路中有感应电流通过,则可能(  )


                                     图 2­2­5

    A.v1>v2                           B.v1<v2

    C.v1=v2                           D.无法确定
    AB [只要金属棒      ab、cd 的运动速度不相等,“井”字形回路中的磁通量就发生变化,
闭合回路中就会产生感应电流.故选项                 A、B 正确.]
    2.下图中,属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是(  )
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    C [变压器不改变直流电压,A、D             错;升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少,B                   错,
C 对.]
    3.一个   20 匝、面积为     200  cm2 的圆形线圈放在匀强磁场中,磁场的方向与线圈平面
垂直,若该磁场的磁感应强度在              0.05 s 内由  0.1 T 增加到   0.5 T,在此过程中,穿过线圈
的磁通量变化量为________,磁通量的平均变化率为______,线圈中感应电动势的大小为

________. 
                                                          【导学号:71082050】

    [解析] 磁通量变化量为          ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S-B1S,
    =0.5×0.02 Wb-0.1×0.02 Wb=0.008 Wb,
    ΔΦ   0.008
    Δt = 0.05  Wb/s=0.16 Wb/s
        ΔΦ
    E=n Δt =20×0.16 V=3.2 V.
    [答案] 0.008 Wb 0.16 Wb/s 3.2 V
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