「精品」高中物理第三章电磁感应章末整合学案新人教版选修1_1
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第三章电磁感应学案第一节电磁感应现象1.划时代的发现丹麦物理学家奥斯特在 1820年发现的电流磁效应。
英国物理学家法拉第在 1831年发现了电磁感应现象。
2.电磁感应现象利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。
由电磁感应产生的电流叫感应电流。
3.电磁感应产生的条件 (1导体切割磁感线(2磁铁插入、抽出和停在线圈中,观察电流表的指针磁通量表示穿过闭合电路的磁感线条数的多少。
图中,面积相同的两个闭合电路,穿过 S 1的磁通量比较大,穿过 S 2的磁通量比较小。
(3探究感应电流与磁通量变化的关系总结:闭合电路中就有感应电流产生。
练习:1.发现电磁感应现象的科学家是 ( A. 安培 B.奥斯特 C.法拉第 D.库仑2. 不论用什么方法, 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化, 闭合电路中就有电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做。
3下列那些情况下线圈中会产生感应电流(4.关于感应电流的产生,说法正确的是 (A. 只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生B. 穿过螺线管的磁通量变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生C. 线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量变化,线框内也没有感应电流D. 只要电路的一部分作切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流5.在图示的电路中,当电键 S 闭合后,要使电流计的指针偏转,下列方法中,可行的是 ( A. 使 b 线圈向左靠近 a 线圈 B. 将电键 S 突然断开 C. 改变滑动变阻器的阻值D.a 、 b 线圈在同一平面内以相同的速度水平向右移第二节法拉第电磁感应定律1.感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。
产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。
感应电动势大小与磁通量变化的关系(1导线切割磁感线,产生感应电流,导线运动的速度越快,产生的感应电流越大。
(2向线圈插入条形磁铁,磁铁的插入的速度越大,产生的感应电流就越大感应电动势 E 的大小与磁通量的变化量△ φ有关, 也与完成磁通量变化所用的时间△ t 有关。
高中物理《电磁感应现象》教案新人教版选修1-1【课题】电磁感应现象【教材】人民教育出版社《物理》选修1-1第三章第一节【课型】新授课【课时】2课时【教材分析】内容分析通过对教材的分析本节内容对实验探究得出闭合电路中的导体切割磁感线,实际上是引起了闭合电路的磁通量发生了变化。
教材的地位和作用与前面的磁场和电流的磁场衔接,“磁通量的变化”前接电流和磁场的关系,后启法拉第电磁感应定律,具有承上启下的作用是电流产生和变压器的基础。
新旧教材的对比旧教材是在磁通量之后讲电磁感应现象。
新教材在内容中简单介绍了一下磁通量降低了对磁通量的要求。
旧教材从三个实验现象中得出感应电流产生的条件。
新教材对三个实验中两个实验要求学生实验记录现象并进行归纳;更加注重实验探究和归纳,从中得出感应电流产生的条件。
【学生学情分析】1.学生已经具备的知识准备有:磁场、磁场的大小和磁感线的关系、电流的磁场、电流产生的磁场和电流大小的关系。
2.学生的障碍:磁通量的概念和变化。
【教学目标】一、知识与技能1、知道电磁感应现象的发现相关的物理学史;2、能根据实验事实归纳产生感应电流的条件.二、过程与方法1、体会科学探索的过程特征,领悟科学思维方法;教学难点:教师对学生探究式学习的操控及学生对实验现象的分析总结──磁通量的变化。
【教学方法和手段】本课以探究式教学模式为主,结合问题法、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。
【教学准备】多媒体设备一套,自制辅助教学课件,一张讲桌。
演示实验:灵敏电流计,条形磁铁,线圈一个,导线若干.学生分组实验:灵敏电流计,滑动变阻器,条形磁铁,原副线圈一套,干电池若干节,开关一只,导线若干.【教学过程】教师活动学生活动设计意图一、新课引入复习前面的奥斯特发现电流的磁效应(问题)磁能不能生电学生复习前面的奥斯特发现电流的磁效应学生回答:能电能生磁为下一个问题铺垫二、进入新课【介绍】法拉第发现磁生电的过程。
【提出概念】电磁感应现象学生通过阅读课本知道磁能生电学生通过阅读课本知道电磁通过阅读让学生体会这一发现的不易。
《电磁感应现象》一、教学目标1、知道磁通量的定义,知道磁通量的国际单位,知道公式的适用条件,会用公式计算。
2、知道电磁感应现象。
3、理解感应电流产生的条件。
4、运用感应电流产生的条件解决简单问题。
二、过程与方法:1、培养实验方法探究的能力。
2、启发学生观察实验现象,从中分析归纳通过磁场产生电流的条件。
3、通过实验的观察和分析,培养学生运用所学知识,分析问题、总结规律的能力。
三、情感态度与价值观:1、培养合作竞争的精神。
2、通过“磁生电”的物理学史学习使学生感悟到科学发现的艰辛和辩证的思维方法。
四、教学重点与难点本节重要知识点,即感应电流产生的条件,关键是要采用相应的教学手段让学生从实验中自己得出结论。
五、教学过程1、新课引入电带给了我们光明、温暖与快乐,世界没有了电,人类将会怎样?今年春节,南方大部分城市特别是湖南、贵州等城市的人们深切的体会到了电能的重要性。
那里的人们不仅仅要应对黑暗,还要面对零下几度的风雪寒冷……对于现在的人类来说,一旦失去了电,也许比失去光阴还要可怕。
当我们现在尽情享受电灯、电视……这一切现代文明的时候,我们有没有想过电是从而来呢?今天我们要学习新的一章,研究磁场是如何产生电流的——电磁感应。
创设情景引入新课:教师:我们前面学习了电流、磁场,电流周围是否存在磁场?那位物理学家首次发现了这一现象?(展示奥斯特的头像),18世纪末意大利解剖学家加戈尼发现电流后,人们在很长一段时间都不知道电现象与磁现象有什么联系,直到1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流磁效应现象。
奥斯特的发现结束了电与磁分别研究的历史,首次把电与磁联系起来,宣告了电磁学的诞生,为电磁学的统一奠定了基础,开创了电磁学研究的新时代。
教师我们回忆一下奥斯特试验:奥斯特的实验就是在通电直导线下面放一个小磁针,发现小磁针发生了偏转。
为什么磁针会发生偏转呢学生:电流产生了磁场教师:我们都知道了电流能产生磁场,反过来那我们自然就会想到一个问题——学生:磁场可不可以产生电流?教师:奥斯特揭开了关于电与磁联系的研究的序幕,普遍引起了这种对称性的思考:能不能用磁体使导线中产生出电流来?教师:人们将利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。
电磁感应定律【学习指导】本节通过实验探索得出结论:电路中感应电动势的大小,跟穿过电路的磁通量的变化率成正比.而在学习中要区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率的不同。
并且要知道有磁通量变化(或切割磁感线)的那部分电路,就会产生感应电动势,即相当于电源。
【例题评析】例题 如图2-2-1所示,电流表与螺线管组成闭合电路.以下关于电流表指针偏转情况的陈述中正确的是:( )A .磁铁快速插入螺线管时比慢速插入螺线管时电流表指针偏转大B .磁铁快速插入螺线管和慢速插入螺线管,磁通量变化相同,故电流表指针偏转相同C .磁铁放在螺线管中不动时螺线管中的磁通量最大,所以电流表指针偏转最大D .将磁铁从螺线管中拉出时,磁通量减小,所以电流表指针偏转一定减小解析 电流表的指针的偏转角度是由螺线管产生的感应电动势的大小决定,而感应电动势的大小决定于磁通量的变化率,所以答案是:A评析 抓住感应电动势的大小决定于磁通量的变化率(即磁通量的变化快慢).磁通量大或磁通量变化大,感应电动势都不一定大,还应考虑产生磁通量变化所用的时间。
【练基本功】1. 关于感应电动势的大小,下列说法中正确的是 ( )A .磁通量越大,则感应电动势越大B .磁通减小,则感应动势一定是减小C .磁通量增加,感应电动势有可能减小D .磁通量变化越大,则感应电动势也越大2. 穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少了2Wb ,则( )A .线圈中感应电动势每秒增加2VB .线圈中感应电动势每秒减少2VC .线圈中无感应电动势D .线圈中感应电动势大小不变3. 图2—2-2中画出的是穿过一个闭合线圈的磁通量随时间的变化规律,以下哪些认识图2-2-1是正确的( )A .第0.6s 末线圈中的感应电动势是4VB .第0.9s 末线圈中的瞬时电动势比0.2s 末的大C .第1s 末线圈的瞬时电动势为零D .第0.2s 末和0.4s 末的瞬时电动势的方向相同4.一个n 匝的圆形线圈放在磁感应强度为B 的匀强磁场中,线圈平面跟磁感线成300角.可使线圈中的感应电流增加一倍的方法是 ( )A .将线圈匝数增加一倍B .将线圈面积增加一倍C .将线圈半径增加一倍D .将线圈平面转至跟磁感线垂直的位置5.如图2—2-3所示,矩形线圈abcd 绕OO ′轴在B=0.2T 的匀强磁场中以n=120r/min 的转速转动,已知ab=20cm,bc=40cm ,线圈共有100匝. 当线圈从图中所示位置开始转动,转过90°的过程中,磁通量的变化量△φ= Wb ,磁通量的平均变化率为 Wb/s ,线圈中产生的平均感应电动势E= V 。
电磁感应(一)电磁感应现象及其应用、电磁感应定律1.英国物理学家_法拉第_经过10年的艰苦探索,终于在1831年发现了_电磁感应_现象,进一步揭示了电现象与磁现象之间的密切联系,奏响了电气化时代的序曲.2.闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时,_导体_中就产生电流,这类现象就叫做_电磁感应_.由电磁感应产生的电流叫做_感应电流_.3.电磁感应的产生条件(1)磁通量:穿过一个_闭合电路_的磁感线的多少.(2)条件:只要穿过_闭合电路_的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生.4.感应电动势:电磁感应现象中产生的电动势.5.法拉第电磁感应定律: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. 表达式:_t E ∆∆=φ_ ,多匝线圈的电动势:__tn E ∆∆=φ_ . 二、交变电流 变压器 高压输电1.交变电流(简称交流(AC ),俗称交流电):大小和方向都随时间做周期变化的电流.2.交流发电机:由定子和转子组成,转子的转动使穿过线圈的磁通量发生变化,在线圈中激发出感应电动势.3.交流的变化规律:日常使用的电是由电网送来的,电网中的交变电流,它的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化,叫做正弦式电流.(1)表达式:t E e m ωsin = t I i mωsin = (2)图象:(3)描述物理量:周期(T )、频率(f )、有效值(E 、U 、I )、峰值(E m 、U m 、I m )其中,2,2,/1mmI I U U f T ===.另外,家用电器铭牌上的额定电压、额定电流都是指有效值.4. 变压器(1)构造:变压器由一个闭合的铁芯、原线圈、副线圈组成.(2)工作原理:变压器利用的是电磁感应现象的互感现象. P=UI ,P 1=P 2, 12212121n n I I ,n n U ==U5.减小输电线路上电能损失的方法:(1)减小输电线电阻R (从ρ、L 、S 三个角度考虑,但效果不佳).(2)减小输电电流I (因为UP I =,所以采用高压输电既有效又经济).三、自感现象 涡流 电感器1.导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象.自感现象中产生的电动势叫自感电动势.2.通电自感和断电自感(阻碍电流的变化)(1)A1、A 2是规格完全一样的灯泡。
高中物理 第三章 电磁感应章末总结学案 新人教版选修1-1⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧电磁感应现象⎩⎪⎨⎪⎧产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化感应电流的大小:在闭合电路中,用闭合电路欧姆定律感应电动势的大小⎩⎪⎨⎪⎧E =n ΔΦΔtE =Blv 交流电⎩⎪⎨⎪⎧交流发电机的组成:转子和定子磁体和线圈正弦交流电的变化规律⎩⎪⎨⎪⎧瞬时值:u =Umsin ωt最大值:Um =nBSω有效值:Ue =Um/2周期和频率:f =1/T 交流电路中的电容器:隔直流、通交流变压器⎩⎪⎨⎪⎧变压器的结构:铁芯、原线圈、副线圈变压原理:电磁感应现象电压功率关系:U1/U2=n1/n2 P1=P2高压输电自感现象和涡流一、产生感应电流的条件 分析是否产生感应电流,关键就是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化,而分析磁通量是否变化,关键要知道磁感线是如何分布的.所以在做这类题时应注意:(1)熟记条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管内外磁感线分布情况是解决问题的基础.(2)学会找特殊位置并分析其变化.例1 如图1所示,竖直放置的长直导线通以恒定电流,有一矩形线框abcd 与导线处于同一平面内,在下列情况中线框能产生感应电流的是 .电磁感应图1A .导线中电流变大B .线框向右平动C .线框向下平动D .线框以ad 边为轴转动E .线框以直导线为轴转动F .线框以bc 边为轴转90°解析 通电直导线的磁场分布如图a ,和导线距离相等的点的磁感应强度相等,离导线越远,磁场越弱,选项A 中电流变大,磁场变强,线框中磁通量变大,有感应电流产生;选项B 、D 、F 线框中磁通量变小,有感应电流产生;选项C ,线框中无磁通量变化,无感应电流产生;选项E ,画出俯视图如图b 所示,可见线框中的磁通量不变化,无感应电流产生.答案 ABDF二、对交流有效值的理解1.在定义有效值时要注意三个相同:相同电阻,相同时间,产生相同热量.2.公式Ue =Um 2≈0.707Um 和Ie =Im2≈0.707Im 仅适用于正弦式电流.例2 如图2所示,两交变电流分别通过相同电阻R.(1)分别写出它们的有效值、周期和频率;(2)计算它们在R 上产生的功率之比.图2解析 (1)题图甲为正弦交流电,其有效值I1=Im/2≈3.536 A ,周期T1=0.4 s ,频率f1=2.5 Hz ;题图乙为方波交流电,电流的大小不变,方向做周期性变化,由于热效应与电流方向无关,因而它的有效值I2=5 A ,周期T2=0.4 s ,频率f2=2.5 Hz. (2)由公式P =I2R 得P 甲∶P 乙=1∶2. 答案 (1)甲图:3.536 A,0.4 s,2.5 Hz 乙图:5 A ,0.4 s ,2.5 Hz (2)1∶2 三、理想变压器的几种关系 1.输入功率与输出功率理想变压器本身无电能损失,所以有P 入=P 出.但应注意的是,输入功率由输出功率决定,即输出功率增大,输入功率也随之增大;输出功率减小,输入功率也随之减小. 2.输入电压与输出电压输入电压决定输出电压.设理想变压器的原线圈匝数为n1,副线圈匝数为n2,输入电压为U1,输出电压为U2,则有U1U2=n1n2,故U2=U1n2n1.3.输入电流与输出电流如果理想变压器只有一个副线圈,并设原线圈的匝数为n1,输入电压为U1,输入电流为I1;副线圈的匝数为n2,输出电压为U2,输出电流为I2.则据P 入=P 出和U1U2=n1n2有U1I1=U2I2,I1I2=U2U1=n2n1,得I1=I2n2n1. 例3 如图3所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=2∶1,原线圈接200 V 交流电源,副线圈接额定功率为20 W 的灯泡L ,灯泡正常发光,当电源电压降为180 V 时,求灯泡实际消耗功率与其额定功率之比?图3 答案81100解析 由U1U2=n1n2得U2=n2n1U1=12×200 V =100 V而U2′=n2n1U1′=12×180 V =90 V 所以功率之比P2′P2=U2′2R U 22R=U2′2U 22=9021002=81100.1.将交流电压经变压器后给用电器供电,下列操作中能增大原线圈电流的是( ) A .增大原线圈的匝数 B .增大副线圈的匝数C .增大原、副线圈的匝数D .增大用电器的电阻 答案 B2. 如图4所示,铁芯右边绕有一个线圈,线圈两端与滑动变阻器、电池组连成回路.左边的铁芯上套有一个面积为0.02 m2、电阻为0.1 Ω的金属环.铁芯的横截面积为0.01 m2,且假设磁场全部集中在铁芯中,金属环与铁芯截面垂直.调节滑动变阻器的滑动头,使铁芯中的磁感应强度每秒均匀增加0.2 T ,则从上向下看( )图4A .金属环中感应电流方向是逆时针方向,感应电动势大小为4.0×10-3 VB .金属环中感应电流方向是顺时针方向,感应电动势大小为4.0×10-3 VC .金属环中感应电流方向是逆时针方向,感应电动势大小为2.0×10-3 VD .金属环中感应电流方向是顺时针方向,感应电动势大小为2.0×10-3 V 答案 C解析 金属环中的原磁场方向竖直向下,由楞次定律,感应电流的磁场向上,电流方向是逆时针方向;由法拉第电磁感应定律,电动势大小E =ΔBΔtS 铁芯=2.0×10-3 V ,故C 项对. 3.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u 如图5所示,副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则( )图5A .流过电阻的电流是20 AB .与电阻并联的电压表的示数是100 2 VC .经过1分钟电阻发出的热量是6×103 JD .变压器的输入功率是1×103 W 答案 D解析 原线圈中电压的有效值是220 V ,由变压比知副线圈中电压为100 V ,流过电阻的电流是10 A ,故输入功率为1×103 W ;与电阻并联的电压表的示数是100 V ;经过1分钟电阻发出的热量是6×104 J .故只有D 正确.4.如图6所示为一理想变压器,S 为单刀双掷开关,T 为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流,则( )图6A .保持U1及T 的位置不变,S 由a 合到b 时,I1将增大B .保持U1及T 的位置不变,S 由b 合到a 时,R 消耗的功率将减小C .保持U1不变,S 合在a 处,使T 上滑,I1将增大D .保持T 的位置不变,S 合在a 处,若U1增大,I1将增大 答案 ABD解析 S 由a 合到b 时,n1减小,由U1U2=n1n2可知U2增大,P2=U 22R随之增大,而P1=P2,又P1=I1U1,所以I1增大.选项A 正确;S 由b 合到a 时,与上述情况相反,P2将减小,选项B 正确;T 上滑时,电阻值增大,P2=U 22R 减小,又P1=P2,P1=I1U1,所以I1减小,选项C 错误;U1增大,由U1U2=n1n2,可知U2增大,I2=U2R 随之增大;由I1I2=n2n1可知I1也增大,选项D 正确.5.如图7所示电路中,S 是闭合的,此时流过线圈L 的电流为i1,流过灯泡A 的电流为i2,且i1>i2,在t1时刻将S 断开,那么流过灯泡的电流随时间变化的图象是( )图7答案 D解析 在t1时间内流过灯泡的电流为i2,且方向为从左向右,当断开S 时,i2立即消失,但由于自感作用,线圈L 产生自感电动势,与灯泡构成回路缓慢消失,此时流过灯泡的电流从i1开始逐渐减小,方向自右向左,故D 项正确. 6.如图8所示是一种风速仪示意图,试回答下列问题:图8(1)有水平风吹来时磁体如何转动(自上往下看)?(2)根据电磁学的有关规律,简述用该装置测定风速大小的原理.答案 (1)逆时针转动 (2)风吹动塑料杯转动,带动磁体转动,引起线圈磁通量周期性的变化,从而使线圈中的电流发生周期性变化,而电流的大小反映线圈转动的速度,亦反映风速的大小.。
本章优化总结判断有无感应电流[学生用书P58]1.电磁感应现象是一种由“磁”生“电"的现象.产生感应电流的条件:(1)电路为闭合电路,(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化.2. 磁通量变化的常见情况有:(1)磁场的分布不变,而闭合电路的面积发生变化;(2)闭合电路所围的面积不变,而空间磁场发生变化.(多选)如图所示,在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置,现使线圈做如下几种运动,其中线圈中能产生感应电流的是( )A.向上加速平移,未出磁场B.匀速向右平移出磁场的过程中C.绕ab边转90°D.向上匀速平移[解析]要判断线圈中是否有感应电流产生,则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化.在A项中穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化,所以穿过线圈的磁通量没有变化,线圈中没有感应电流产生.在B项中线圈平移出磁场的过程中,在磁场中的面积逐渐减少,穿过线圈的磁通量在减少,所以线圈中有感应电流产生.在C项中,线圈从图示位置绕ab边转动90°的过程中,线圈面积不变,但磁感线与线圈平面的夹角越来越小,穿过线圈的磁感线条数在减少,故磁通量越来越小,线圈中有感应电流产生.D项匀速平移与加速平移一样,穿过线圈的磁通量都没变,故B、C对,A、D 错.[答案]BC电磁感应中的力学问题[学生用书P58]电磁感应与力学的综合题的分析方法:1.分别确定电学和力学的研究对象.2.对电学对象用电磁感应定律和电路知识分析,对力学对象用运动和力的关系分析.3.两者联系的桥梁是安培力.注意:进行运动、受力分析时,要牢牢抓住力、运动、电流三者之间的制约关系.如图所示,光滑平行金属导轨放置在水平面内,两导轨间距为L 。
在导轨的左端接有阻值为R 的电阻器, 在导轨所在区域有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B .现把质量为 m 的金属棒ab 垂直搁置在两导轨上(棒的电阻不计),对金属棒施加与导轨平行的水平恒力F ,求:(1)金属棒能达到的最大速度v m ;(2)当棒的速度达到v m2时的加速度. [解析] 棒运动后的受力如图所示,开始阶段,棒在恒力F 和安培力的共同作用下向右加速运动,速度逐渐增大,电流逐渐增大,安培力逐渐增大,而加速度将逐渐减小,当加速度减为零时,速度不再增加而达到最大,安培力也将保持不变,之后棒做匀速运动.(1)设最大速度为v mE =BLv mI =E /R =BLv m /RF 安=BLI =B 2L 2v m /R又因为F =F 安=B 2L 2v m /R所以v m =FR /(B 2L 2).(2)当v =v m /2时,F 安′=F 安/2=F /2由牛顿第二定律得F -F /2=ma所以a =F /(2m ). [答案] (1)FR /(B 2L 2) (2)F /(2m )有关变压器的问题[学生用书P58]1.由变压器的电压比关系错误!=错误!知,输出电压U 2只与n 1、n 2、U 1有关,与负载电阻R 无关,原线圈两端电压U 1一般是不变的.2.变压器的输入功率随输出功率的变化而变化,但变压器不能改变P 入=P 出的关系. 由P 入=P 出=I 2U 2=错误!=错误!错误!错误!得知变压器的功率与n 1、n 2、U 1、U 2、R 都有关系.如图所示,理想变压器原线圈接在正弦交变电压上,副线圈通过输电线连接两只相同的灯泡L1、L2,输电线的等效电阻为R,在图示状态下,开关S是断开的,当开关S闭合时,下列说法正确的是()A.副线圈两端的输出电压减小B.等效电阻R两端的电压减小C.通过灯泡L1的电流减小D.原线圈中的电流减小[解析]因为原线圈输入电压不变且原副线圈的匝数比一定,由变压器的原理错误!=错误!知,副线圈输出电压U2不变,故A错误.开关闭合后两灯泡并联,电阻减小为错误!,总电阻减小,副线圈的电流增大,输电线的等效电阻两端的电压增大,故B错误.开关闭合后输电线的等效电阻的电压增加,L1两端的电压减小,由欧姆定律可知通过L1的电流减小,故C正确.考虑原副线圈的电流比等于匝数的反比,可知通过原线圈的电流变大,故D错误.[答案] C。
第三章 电磁感应章末整合一、电磁感应现象及其应用 1.判断有无感应电流的方法分析是否产生感应电流,关键就是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化,而分析磁通量是否有变化,关键要知道磁感线是如何分布的.所以在做这类题时应注意:(1)熟记条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管内外磁感线分布情况是解决问题的基础. (2)学会找特殊位置并分析其变化.2.感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt ,而与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.(1)当回路有n 匝线圈时,感应电动势的表达式应为E =n ΔΦΔt.(2)公式E =n ΔΦΔt一般用来计算Δt 时间内的平均感应电动势.例1 如图3-1所示,在垂直于纸面范围足够大的匀强磁场中,有一个矩形线圈abcd ,线圈平面与磁场垂直,O 1O 2和O 3O 4都是线圈的对称轴,应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )图3-1A.向左平动B.向右平动C.绕O 1O 2转动D.向上或向下平动答案 C解析 只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电流.当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时线圈的磁通量均不变,不会产生感应电流,选项A 、B 、D 错误;当线圈绕O 1O 2转动时穿过线圈的磁通量变化,会产生感应电流,选项C 正确.变式训练1 当线圈中的磁通量发生变化时,则( ) A.线圈中一定有感应电流 B.线圈中一定有感应电动势C.感应电动势的大小与线圈的电阻无关D.磁通量变化越快,产生的感应电动势越大 答案 BCD解析 当线圈中磁通量发生变化时,线圈中一定有感应电动势,若线圈闭合,则有感应电流.由法拉第电磁感应定律E =n ΔΦΔt 知,感应电动势的大小与线圈匝数和磁通量变化率有关,与线圈的电阻无关.二、交变电流的描述 1. 正弦式电流的图象图3-2I m 、U m 分别是电流、电压的最大值,叫做交流的峰值. T 为周期,周期和频率的关系为T =1f 或f =1T.2.交变电流的表达式:u =U m sin ωt i =I m sin ωt 式中ω=2πT3.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系:I e =I m2≈0.707 I m U e =U m2≈0.707 U m在各种使用交变电流的电器设备上,所标注的额定电压、额定电流值,都是交流的有效值. 4. 交流能够通过电容器:电容器能够“隔直流,通交流”.例2 一交流电压随时间变化的规律如图3-3所示,该交流电压的有效值和频率分别是( )图3-3A.14.14 V ,100 HzB.10 V ,100 HzC.14.14 V ,50 HzD.10 V ,50 Hz答案 D解析 根据图象可知电压的最大值是14.14 V ,周期T =0.02 s ,其电压的有效值U e =U m2=14.142V =10 V ;频率f =1T =10.02Hz =50 Hz ,选项D 正确.变式训练2 如图3-4所示电路,以下结论正确的是( )图3-4A.a 、b 若接直流电,灯泡不亮B.a 、b 若接直流电,灯泡也可发光C.a 、b 若接交流电,灯泡发光,灯泡和电容器都有电荷通过D.a 、b 若接交流电,灯泡发光,电容器中无电荷通过 答案 AD解析 电容器有“通交流,隔直流”的作用,故a 、b 内接直流电时,灯泡不亮,A 正确,B 错误;接交流电时,灯泡亮,但电路中电流的形成源于电容器的不断充电、放电,并没有电荷通过电容器,C 错误,D 正确.三、变压器中的常用关系1. 输入电压决定输出电压,U 1U 2=n 1n 2. 2. 输出功率决定输入功率,即P 入=P 出.例3 一输入电压为220 V ,输出电压为36 V 的变压器副线圈烧坏,为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图3-5所示,然后将原线圈接到220 V 交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1 V ,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )图3-5A.1 100,36B.1 100,180C.2 200,180D.2 200,360答案 B解析 由公式U 1U 2=n 1n 2可知,220 V 1 V =n 15匝,n 1=1 100匝;220 V 36 V =n 1n 2,n 2=180匝.故B 正确. 变式训练3 如图3-6所示是一调压变压器原理图,如将它做升压变压器使用,则( )图3-6A.将交流电源接在a、b端,用电器接在c、d端B.将交流电源接在c、d端,用电器接在a、b端C.将交流电源接在a、c端,用电器接在b、d端D.若要进一步升压,应使P逆时针方向旋转答案 B解析根据变压器中电压关系U1U2=n1n2可知,要升压就必须提高匝数,即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数,由此可知电源应接于c、d间.P顺时针转动,原线圈匝数变少,可进一步升压.章末检测(三)一、单项选择题1.有一台使用交变电流的电冰箱上标有额定电压为“220 V”字样,这“220 V”是指( )A.交变电流电压的瞬时值B.交变电流电压的最大值C.交变电流电压的平均值D.交变电流电压的有效值答案 D解析在各种使用交变电流的电器设备上,所标注的额定电压值、额定电流值都是交变电流的有效值,故选项D正确.2.下图中能产生感应电流的是( )答案 B解析A项线圈在运动过程中磁通量不变化,D项线圈在运动过程中磁通量始终为零,C项不是闭合线圈,故只有B项产生感应电流.3.穿过一个电阻为1 Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb,则( )A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 VB.线圈中的感应电动势一定是2 VC.线圈中的感应电流一定是每秒减少2 AD.线圈中的感应电流不一定是2 A 答案 B解析 E =ΔΦΔt =21 V =2 V ,B 正确,A 错误;I =E R =21 A =2 A ,故C 、D 错误.4.下列说法正确的是( )A.电视机铭牌上所标的“额定电压220V”指的是交流电压的峰值B.交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的C.在远距离输电中,采用高压输电的目的是为了增大输电线路中的电流D.在高压输电中要用到变压器,变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流,但这种涡流不会有热效应 答案 B解析 电视机铭牌上所标的“额定电压220 V”指的是交流电压的有效值,选项A 错误;交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的,选项B 正确;在远距离输电中,采用高压输电的目的是为了减小输电线路中的电流,选项C 错误;在高压输电中要用到变压器,变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流,这种涡流有热效应,选项D 错误.5.如图3-7所示,L 是一个带铁芯的线圈,R 为纯电阻,两条支路直流电阻值相等,那么在接通和断开开关的瞬间,电流表的读数的大小关系是( )图3-7A.I 1<I 2,I 1′>I 2′B.I 1<I 2,I 1′=I 2′C.I 1>I 2,I 1′=I 2′D.I 1=I 2,I 1′<I 2′答案 B解析 接通时,由于L 中的自感作用阻碍其所在支路电流的增大,因而I 2>I 1;断开时,R 、A 2、A 1、L 构成一串联电路,串联电路电流相等,因而I 1′=I 2′.6.如图3-8所示,理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2=3∶1,原线圈接一电源,此时电流表A 1的示数为12 mA ,则电流表A 2的示数为( )图3-8A.4 mAB.36 mAC.0D.无法确定答案 C解析 变压器是根据电磁感应的原理工作的,它只能改变交流电压,不能改变直流电压,此题中的原线圈接的是直流电源,所以副线圈中没有感应电动势,没有感应电流,电流表A 2的示数为零. 二、多项选择题7.下列器具的工作原理与涡流有关的是( ) A.家用电磁炉 B.家用微波炉C.变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热 答案 AC解析 电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的,故选项A 正确;变压器的铁芯不用一块钢,是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器,多块硅钢片彼此绝缘,有效地减小了涡流,选项C 正确;家用微波炉是利用微波加热食物和涡流无关,B 错误;电风扇转动时与空气摩擦发热,是通过摩擦将机械能转化为内能,D 错误.8.某正弦交流电的图象如图3-9所示,则由图象可知( )图3-9A.该交流电的频率为0.02 HzB.该交流电的有效值为14.14 AC.该交流电的瞬时值表达式为i =20sin(0.02t ) AD.在t =T8时刻,该交流的大小与其有效值相等答案 BD解析 由图可知T =0.02 s ,故A 、C 错误;因ω=2πT 和I =I m2,可知B 、D 正确.9.如图3-10所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外,下述过程中使线圈产生感应电流的是( )图3-10A.以bc边为轴转动90°B.以ad边为轴转动90°C.将线圈向下平移D.将线圈向上平移答案AB解析以bc边为轴转动90°和以ad为轴转动90°的过程,穿过矩形线圈中的磁通量都发生变化,而将线圈上、下平移时,穿过矩形线圈的磁通量不变,根据产生感应电流的条件可知选项A、B正确,C、D错误.10.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图3-11所示,副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则( )图3-11A.流过电阻的电流是20 AB.与电阻并联的电压表的示数是100 2 VC.经过1分钟电阻发出的热量是6×104 JD.变压器的输入功率是1×103 W答案CD解析原线圈中电压的有效值是220 V,由变压比知副线圈中电压为100 V,流过电阻的电流是10 A,故输入功率为1×103W;与电阻并联的电压表的示数是100 V;经过1分钟电阻发出的热量是6×104J.选项C、D正确,A、B错误.三、填空和实验题11.一正弦交变电流的电流i随时间t变化的规律如图3-12 所示.由图3-12可知:图3-12(1)该交变电流的有效值为________ A.(2)该交变电流的频率为________ Hz.(3)该交变电流的瞬时值表达式为i =________ A.(4)若该交变电流通过阻值R =40 Ω的白炽灯,则电灯消耗的功率是________ W. 答案 (1)5 2 (2)25 (3)10sin (50πt ) (4)2 000 解析 由图象可知该交变电流的最大值为10 A , 周期为4×10-2s ,则其有效值为5 2 A , 频率为25 Hz ,角速度ω=2πT=50π rad/s ,其瞬时值表达式为i =10sin(50πt )A ,当其通过R =40 Ω的白炽灯时,P =I 2R =2 000 W.12.如图3-13所示,闭合线框的质量可忽略不计,将它从图示位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.3 s 时间拉出,通过导线截面的电荷量为q 1,第二次用0.9 s 时间拉出,通过导线截面的电荷量为q 2,则q 1∶q 2=________.图3-13答案 1∶1解析 本题中尽管两次拉线框的时间不同,速度不同,但两次磁通量的变化相同, 即ΔΦ1=ΔΦ2,根据q =I -·t =E-R·t=n ΔΦΔt R ·t =n ΔΦR可知,电荷量与拉出的时间无关, 故q 1∶q 2=1∶1. 四、计算题13.某线圈共200匝,1 s 时磁通量为0.5 Wb ,1.2 s 时增加为0.6 Wb ,求这段时间内线圈中的感应电动势. 答案 100 V解析 ΔΦ=0.6 Wb -0.5 Wb =0.1 Wb Δt =1.2 s -1 s =0.2 s由法拉第电磁感应定律得E =nΔΦΔt =200×0.10.2V =100 V . 14.电路两端的交流电压是u =U m sin 314t ,在t =0.005 s 时电压的值为10 V ,则接在电路两端的电压表读数为多少? 答案 7.07 V解析 交流电表的读数应是交流电的有效值. 由题意,在t =0.005 s 时电压是10 V , 代入表达式10 V =U m sin(314×0.005)解得:U m =10 V ,所以有效值U =U m2=102V≈7.07 V. 15.如图3-14所示,交变电流通过R =2 Ω的电阻,图3-14(1)分别写出它的有效值、周期、频率; (2)计算在R 上产生的功率.答案 (1)3.535 A 0.4 s 2.5 Hz (2)25 W 解析 (1)由图可知,正弦交流电的有效值I =I m2=3.535 A ,周期T =0.4 s , 频率f =2.5 Hz ; (2)由公式P =I 2R =25 W.16.如图3-15所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n 1∶n 2=2∶1,原线圈接200 V 交流电源,副线圈接额定功率为20 W 的灯泡L ,灯泡正常发光,当电源电压降为180 V 时,求灯泡实际消耗功率与其额定功率之比?(灯光电阻不随温度变化)精选资料 值得拥有11 图3-15答案 81100解析 由U 1U 2=n 1n 2得 U 2=n 2n 1U 1=12×200 V=100 V而U 2′=n 2n 1U 1′=12×180 V=90 V所以功率之比P 2′P 2=U 2′2R U 22R=U 2′2U 22=9021002=81100.。