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第二章电流与磁场4电磁感应定律第二章电流与磁场1.知道什么是电磁感应现象．2.掌握产生感应电流的条件．3.知道什么是感应电动势．4.理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题．5.知道发电机的基本结构和原理及几种新型发电方式．一、电磁感应现象由教材P26图和相应的实验得出：1．电磁感应现象：只要穿过_______回路的磁通量发生_______，就会在回路中产生感应电流，这种由于_______发生变化而产生电流的现象，叫做电磁感应现象．2．感应电流：电磁感应现象中所产生的电流叫_________．3．产生感应电流的条件：只要闭合电路的_______________，闭合电路就有电流产生．闭合变化磁通量感应电流磁通量发生变化二、法拉第电磁感应定律1．感应电动势：由_________________所产生的电动势．单位也是伏特(V)．2．电磁感应定律(1)内容：回路中所产生的感应电动势E的大小与穿过回路的磁通量的变化率ΔΦΔt成_______．(2)表达式：E＝_______．电磁感应正比ΔΦΔt三、法拉第与电磁感应定律的发现1820年，丹麦物理学家_______发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系．许多科学家都寄希望于依靠______________或_______使放在旁边的闭合线圈感应出电流，但都失败了．1831年8月29日，_______发现了电磁感应现象．奥斯特强磁性磁铁强电流法拉第如图所示，在软铁环的一边绕有两个线圈，线圈A跟_______相连．线圈B的两端用一根长导线连接起来，当线圈A通电或切断电源时，可以看到长导线上方的小磁针发生了_______，说明线圈B中产生了电流．电源偏转四、电磁感应的一个重要应用——发电机1．结构：如图所示，交流发电机由_______(N极与S极)、_______、_______、滑环、_______等组成．磁体线圈转轴电刷2．原理：当轴在外力(水力、风力、蒸汽压力等)推动下顺时针(以俯视角度观察)转动时，安装在轴上的线圈也在磁场中顺时针旋转，使得线圈的右边由内向外运动，其左边由外向内运动．运动线圈_______磁感线，线圈中产生感应电流，使灯泡发光．切割五、几种新型发电方式除目前广泛采用的电磁感应发电方式外，从物理原理来说，还有其他类型的发电方式，其特点在于直接从某种形式的能量转化为电能．例如：1．太阳能发电．2．磁流体发电．3．新型化学电池发电．4．热电子发射发电等．产生感应电流的条件1.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.2．引起磁通量变化的常见情况(1)闭合电路的部分导体做切割磁感线运动.(2)线圈在磁场中转动.(3)磁感应强度发生变化．有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动．图中能产生感应电流的是()[解析]A图中线圈不切割磁感线，所以A中线圈没有感应电流产生．B、C、D图中线圈均在切割磁感线，但B、C图中闭合线圈的磁通量没有发生变化，故B、C中的线圈也没有感应电流产生．[答案]D1.如图所示，线框ABCD从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是()A．进入匀强磁场区域的过程中，ABCD中有感应电流B．在匀强磁场中加速运动时，ABCD中有感应电流C．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD中没有感应电流D．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD中没有感应电流解析：选AC.从磁通量有无“变化”来判断产生感应电流与否，能抓住要点得出正确结论．若从切割磁感线的角度考虑问题，需注意全面比较闭合电路各部分切割的情况．在有界的匀强磁场中，常常需要考虑闭合回路进磁场、出磁场和在磁场中运动的情况，ABCD在匀强磁场中无论是匀速运动，还是加速运动，穿过ABCD的磁通量都没有发生变化．对法拉第电磁感应定律的理解Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的比较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ΔΦΔtWb/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．(2)ΔΦ是过程量，是表示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.(3)ΔΦΔt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、ΔΦΔt的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、ΔvΔt三者类比．值得指出的是：Φ很大，ΔΦΔt可能很小；Φ很小，ΔΦΔt可能很大；Φ＝0，ΔΦΔt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，ΔΦΔt＝0，反之，当Φ为零时，ΔΦΔt最大．关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是()A．穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大B．电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大C．电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大D．若电路中某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零[解析]根据法拉第电磁感应定律，感应电动势正比于磁通量变化率，C选项中磁通量变化越快，则磁通量的变化率越大，故C选项正确，A、B选项错误；某时刻的磁通量为零，但该时刻磁通量的变化率不一定为零，所以感应电流也就不一定为零，D选项错误；故选C选项．[答案]C2.穿过某线圈的磁通量随时间的变化关系如图所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是()A．0s～2sB．2s～4sC．4s～6sD．6s～10s解析：选C.由题图知，4s～6s内磁通量变化最快，故4s～6s内感应电动势最大．法拉第电磁感应定律的应用利用法拉第电磁感应定律E＝ΔΦΔt求出的感应电动势是Δt时间内的平均感应电动势，在计算感应电动势的大小时，一定要注意求解对应时间内磁通量的变化ΔΦ.如图所示，L是由绝缘导线绕制的单匝线圈，设在0.5s内把磁体的一极插入线圈，这段时间内穿过线圈的磁通量由0增加到1.5×10－5Wb，这时线圈产生的感应电动势有多大？[解析]磁通量由0增加到1.5×10－5Wb共用0.5s，所以，ΔΦ＝1.5×10－5Wb－0＝1.5×10－5Wb.又因为Δt＝0.5s，根据法拉第电磁感应定律知感应电动势为E＝ΔΦΔt＝1.5×10－50.5V＝3×10－5V.[答案]3×10－5V3.有一个单匝的线圈，在4s内穿过它的磁通量从0均匀增加到0.1Wb.(1)求线圈中的感应电动势．(2)若线圈的总电阻是10Ω，通过线圈的电流是多大？解析：(1)根据法拉第电磁感应定律知E＝ΔΦΔt＝0.1－04V＝0.025V.(2)I＝E/R＝0.0025A.答案：(1)0.025V(2)0.0025A