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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，电动势是描述电源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．(重点＋难点)3.会用公式E＝Blv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．(重点)4.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．(重点)5.知道直流电与交流电之间的区别．知道发电机的工作原理．6.了解变压器的结构和工作原理，知道理想变压器原、副线圈两端的电压与它们匝数之间的关系．(难点)第4章揭开电磁关系的奥秘一、法拉第电磁感应定律1．电动势：电源是一种把其他形式的能量转化为_________的装置，电源本领的强弱用_________来描述．电动势用符号E表示．单位：伏特(V)．一节干电池的_________是1.5V，蓄电池的_________是2.0V.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_____________．3．磁通量的变化率：单位_________内穿过回路的磁通量的_________叫做磁通量的变化率．电能电动势电动势电动势感应电动势时间变化量4．法拉第电磁感应定律：回路中感应电动势的大小，跟穿过该回路的磁通量的_________成正比．公式：E＝nΔΦΔt，n为线圈匝数，E、ΔΦ、Δt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的大小：E＝_________．变化率Blv该式的适用条件是导体做切割磁感线运动时，磁感线，导体，切割速度三者两两相互垂直．1．左手定则是用来判断什么的？提示：判断通电导线(或运动电荷)在磁场中的受力方向.6.右手定则：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_________方向，那么其余四指所指的方向就是_________的方向．运动感应电流二、发电机的工作原理1．发电机：把_________能转化为_________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，_________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了_________和_________都随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称AC.机械电方向大小方向2．交流电和直流电的区别是什么？提示：关键看电流方向是否变化．4．交流发电机的工作原理如图所示，线圈平面从平行于磁感线的水平位置开始转动，线圈的一个边向上运动，另一个边向下运动，切割_________，线圈中产生了_________．电流从线圈的一个边_________，磁感线感应电流流出从另一个边_________．当线圈转过半周后，线圈的左右两边在磁场中的运动方向发生了变化，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_________发生了改变．这就产生了大小和方向都随时间做周期性变化的电流．流进方向三、变压器的工作原理变压器是根据电磁感应原理(互感原理)工作的．1．构造：如图所示，变压器由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，其中与电源相连的，称为_________；与负载相连的，称为_________．原线圈副线圈2．原副线圈上的电压关系假设原、副线圈两端的电压分别是U1、U2，原、副线圈的匝数分别是n1，n2，对于可以忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的理想变压器来说，原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比，即U1U2＝_________．3．理想变压器可以忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器称为理想变压器．n1n23．什么情况下变压器是升压变压器？提示：副线圈匝数n2大于原线圈匝数n1时为升压变压器．法拉第电磁感应定律的理解1．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．2．对E＝nΔΦΔt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ΔΦΔt，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＝nΔΦΔt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)公式只表示感应电动势的大小，不涉及方向；切割磁感线产生的感应电流的方向用右手定则来判断．下列几种说法中正确的是()A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大[思路点拨]Φ、ΔΦ、ΔΦΔt三者无必然联系．[解析]感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关，它由磁通量的变化率决定，故选D.[答案]D1.从同一位置将一磁铁缓慢地或迅速地插到闭合线圈中同样位置处，不发生变化的物理量有()A．磁通量的变化率B.感应电流的大小C．消耗的机械能D.磁通量的变化量解析：选D.磁铁插入线圈的初末位置相同，则初位置的磁通量和末位置的磁通量也相同，因此磁通量的变化量相同，D正确；由于插入的快慢不同，时间不同，因此磁通量的变化率不同，感应电动势和感应电流以及转化的电能也不同，消耗的机械能也不同，所以选项A、B、C错误．导体切割磁感线时的感应电动势1．E＝BLv的适用条件是B、L、v三者两两垂直．2．E＝BLv通常用来计算瞬时感应电动势．3．两种电动势求法比较(1)E＝nΔΦΔt求的是回路中Δt时间内的平均电动势．(2)E＝BLv既能求导体切割磁感线时的瞬时感应电动势，又能求平均感应电动势，此时v为平均速度．(3)公式E＝nΔΦΔt和E＝BLv是统一的，前者当Δt→0时，E为瞬时值，后者v若代入平均速度v－，则求出的是平均值，只是前者求平均感应电动势更方便，后者求导线的瞬时感应电动势更方便．如图所示，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：(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．[思路点拨]导体棒做切割磁感线运动，用公式E＝Blv求产生感应电动势的大小，导体棒相当于电源，进一步求出电流的大小．[解析](1)ac棒产生的感应电动势E＝Blv＝0.40×0.50×4.0V＝0.80V.(2)感应电流的大小I＝ER＝0.800.20A＝4.0A.由右手定则判断电流方向为c→a.[答案](1)0.80V(2)4.0A方向c→a(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，且B、l、v两两垂直时，即可应用E＝Blv计算．(2)切割的导体棒相当于电源，右手四指的指向为电源内部电流方向．(由负极指向正极)2.如图所示，一架飞机的两翼尖之间的距离是40m，水平飞行的速度是300m/s.求它在地磁场竖直分量为3×10－5T的地区内飞行时，两翼尖之间产生的感应电动势．解析：这属于导体棒切割磁感线求电动势问题，应考虑用公式E＝BLv.根据公式E＝BLv代入数据得E＝BLv＝3×10－5×40×300V＝0.36V.答案：0.36V变压器的工作原理及应用规律1．变压器的工作原理变压器的构造如图甲所示，乙是变压器的符号．当交变电流通过原线圈时，由于电流的大小和方向在不断改变，所以铁芯中的磁场也在不断变化，这样变化的磁场就在副线圈中产生感应电动势，由于原、副线圈匝数不同，所以副线圈中输出的电压与原线圈中的电压不同，这样就达到了改变交流电电压的目的．2．变压器的应用规律(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U1U2＝n1n2.(2)理想变压器的输出功率等于输入功率，P入＝P出，即U1I1＝U2I2.(3)原、副线圈中的电流之比等于匝数的反比I1I2＝n2n1.(仅适用于一个副线圈的电路)为了安全，机床上照明电灯用的电压是36V，这个电压是把220V的电压降压后得到的．如果变压器的原线圈是1100匝，能量损失不计，副线圈应该是多少匝？[思路点拨]根据变压器的变压比U1U2＝n1n2计算即可．[解析]对于理想的变压器而言，由U1U2＝n1n2得22036＝1100n2，故副线圈的匝数应为n2＝180匝．[答案]副线圈应该是180匝3.一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，原线圈接入220V交流电电压，则副线圈输出的电压是()A．440VB.220VC．110VD.55V解析：选C.根据理想变压器的变压比，U1∶U2＝n1∶n2＝2∶1，U1＝220V，所以U2＝110V.