电磁感应学案1

电磁感应复习学案知识结构：课标要求：1、收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。2、通过实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。3、通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。4、通过实验了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活中和生产中的应用。知识要点：1．电磁感应现象:2．感应电流的产生条件①②3．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍。这里的阻碍可以理解为“反抗增大、补偿减小”。4．从磁通量变化的角度来看，感应电流“阻碍磁通量变化”。由磁通量的计算式Φ=BScosα（α是指B、S之间的夹角），可知，磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式,主要有：①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS（cosα2-cosα1）④另外还有B、S、α中有两个或三个一起变化的情况。此时只能使用公式ΔΦ=Φ2-Φ1。从阻碍相对机械运动的角度来看，感应电流总是阻碍。从阻碍自身电流变化的角度来看，感应电流“阻碍自身电流变化”。这就是。5．楞次定律的应用，可以分为五步：①确定研究对象②确定原磁场方向；③；④（增反减同）；⑤根据判定感应电流的方向。6．对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的。右手定则的内容：让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向方向，四指的指向就是导体内部所产生的的方向．四指的指向还可以代表等效电源的极。7．法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与，其数学表达式E=。一般情况下该关系式表示的是电动势的值。8．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率是三个完全不同的物理量。磁通量的符号是，磁通量的变化量的符号为，磁通量的变化率的符号是。9．导体棒做切割磁感线时，感应电动势的大小与B成正比，与电磁感应产生的条件感应电流的方向判定感应电动势的大小回路中的磁通量变化楞次定律法拉第电磁感应定律E=ΔΦ/Δｔ电磁感应的实际应用：自感现象（自感系数L），涡流特殊情况：导体切割磁感线E=BLV特殊情况：右手定则L成正比，与v成正比，与θ成正比。表达式为E=。其特例为E=。式中的v如果是瞬时值，则E表示感应电动势的值。10．电磁感应现象仍然遵循能量守恒定律，在这里过程中能转化为能。①导体切割磁感线发生电磁感应现象中（发电机），导体克服安培力作功的过程，就是能向能的转化，电能在回路中最后转化为能，其能量关系W安=ΔE机=E电=Q。②电动机电路中，欧姆定律I=U/R不再适用，是因为电动机两端的电压U=，其中表示反电动势，反电动势越大，表示电能向能转化的能力越。其中的能量关系是UI=。11．由于线圈发生变化而产生的电磁感应现象，称为自感现象。自感现象中产生的感应电动势称作。这个电动势阻碍导体中。当导体中的电流在增大时，自感电动势与原电流方向，当导体中的电流在减小时，自感电动势与电流方向。注意：“阻碍”不是“阻止”，电流还是在变化的。12．线圈的自感系数与线圈的、、等因素有关。线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越。除此之外，线圈加入铁芯后，其自感系数就会。13．自感系数的单位：，有1mH=H,1μH=H。14．日光灯构造包括、、。日光灯镇流器的工作原理是，镇流器的作用。15．涡流是指整块导体。涡流的典型应用有。难点分析：(一).要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念．1.Φ,ΔΦ,ΔΦ/Δｔ大小没有直接关系，可以与运动学中ｖ,Δｖ,Δｖ/Δｔ三者类比。2．磁通量的变化率ΔΦ/Δｔ与匝数的多少无关。3．关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量Φ=BScosα（α是B与S的夹角），磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：①S、α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔBScosα②B、α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔScosBα③B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS(cosα2-cosα1)当B、S、α中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：物理量单位物理意义磁通量ΦWｂ表示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ΔΦ/ΔｔWｂ/S表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢abcacbMNS①如图所示，矩形线圈沿a→b→c在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？（穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大）②如图所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？（b、c线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。）③如图所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面内。当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈b、c的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？。（二）如何理解楞次定律中的“阻碍”二字的意义。一般可以从不同的层次加以分析。具体地说有四层意思需要搞清楚：①谁阻碍谁?是感应电流的磁通量阻碍原磁场的磁通量．②阻碍什么?阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身．③如何阻碍?当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”．④结果如何?阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢．结果是增加的还是增加；减少的继续减少．从阻碍相对运动的角度来看，感应电流“阻碍相对运动”（注意不是阻碍运动．．．．，类似于摩擦力）。这个结论可以用能量守恒来理解：既然有感应电流产生，就有其他能向电能转化。由于是由相对运动引起的，那就是机械能减少，转化为电能。（三）楞次定律的应用1）右手定则仅适用于导体切割磁感线产生感应电动势（电流）的情况，对于这种情况用右手定则判断方向较为方便．2）楞次定律也可以理解为：A.阻碍相对运动，即“来拒去留”．B.使线圈面积有扩大或缩小的趋势．C.阻碍原电流的变化（自感现象）．利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果．（四）法拉第电磁感应定律的几个关系式的联系与区别1、法拉第电磁感应定律E=nt中，t表示在Δt时间内磁通量的平均变化率，E是在Δt时间内平均感应电动势，，也可称为感生电动势，式中n是线圈的匝数。(若ΔΦ均匀变化，则平均感应电动势等于瞬时感应电动势)。2、公式E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊情形，也是电磁感应现象中最常用的公式。此电动势也可称为动生电动势（1）式中B与L垂直，v与L垂直，θ是v与B的夹角。（2）式中B为匀强磁场的磁感应强度（或在切割导体所在区域大小相同），L为导体在磁场中的有效长度。（3）当v是导体的平均速度时，E是平均感应电动势，当v是导体的瞬时速度时，E是瞬时感应电动势。abcbc3、E＝Δφ/Δt和BlvE是一致的，前者是一般规律，后者是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式。在中学阶段，前者一般用于求平均值，后者用于求瞬时值。计算瞬时的力和功率等瞬时值时，必须采用电动势的瞬时值，而计算电量时必须采用平均值。4、感应电量：在Δt时间内闭合电路的磁通量变化量为Δφ，回路电阻为R，则通过电路中某一横截面的电量q=物理思想和方法小结：1、磁与电的千丝万缕的关系反映了事物的普遍联系。实际上物理学不应该是关于运动、力、热、空气、光、电等许多现象的罗列，而应该把整个宇宙容纳在一个体系中。2、对变化量、变化率、变化快慢等问题的深入理解及其应用。3、进一步认识瞬时值与平均值的联系与区别。4、探究物理问题，可以通过实验，也可以是通过理论推导，二者相辅相成。5、重视实验研究，注重探究过程，尤其是动态过程。典型例题讨论：1．电动势与电路分析此类问题的关键是找出电路，画出等效电路。再应用闭合电路的知识进行求解。例:将均匀电阻丝做成的边长为l的正方形线圈abcd从匀强磁场中向右匀速拉出过程，仅ab边上有感应电动势E=Blv，ab边相当于电源，另3边相当于外电路。ab边两端的电压为3Blv/4，另3边每边两端的电压均为Blv/4。将均匀电阻丝做成的边长为l的正方形线圈abcd放在匀强磁场中，当磁感应强度均匀减小时，回路中有感应电动势产生，大小为E=l2(ΔB/Δt)，这种情况下，每条边两端的电压U=E/4-Ir=0均为零。(2)矩形线圈在匀强磁场中转动，转动轴与磁感线垂直，当B‖S时，E=BSω证明：分析：在图示时刻只有ab边在切割磁感线且vab⊥B∴E线圈＝Eab＝BLabvab其中vab＝ω·L1∴E=BL2·ω·L1＝BSω2．转动产生的感应电动势（发电机的原理）。①转动轴与磁感线平行。如图磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度ω逆时针匀速转动。在用导线切割磁感线产生感应电动势的公式时注意其中的速度v应该是平均速度，即金属棒中点的速度。2212LBLBLE。②线圈的转动轴与磁感线垂直。如图矩形线圈的长、宽分别为L1、L2、所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图示的轴以角速度ω匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得：E=BSω。如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBSω。从图示位置开始计时，则感应电BoaωL2BbcωaL1dBoo1bacdL1L2cBlabdBlvabcd动势的即时值为e=nBSωcosωt。这就是交流发电机的电动势公式。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与B垂直）。从可以看出e=nBSωcosωt，t=0时线圈位于图中位置，磁通量Φ=0，但两边恰好垂直切割磁感线，因而有最大的感应电动势E=nBSω，也就是有最大的感应磁通量变化率ΔΦ/Δt。次结论再一次证明了Φ,ΔΦ,ΔΦ/Δｔ大小没有直接关系。