俗话说,凡事预则立,不预则废。教师要准备好教案,这是教师需要精心准备的。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来,帮助教师在教学期间更好的掌握节奏。教案的内容要写些什么更好呢?小编特地为大家精心收集和整理了“4.4法拉第电磁感应定律学案(人教版选修3-2)”,希望对您的工作和生活有所帮助。
4.4法拉第电磁感应定律学案(人教版选修3-2)
1.在电磁感应现象中产生的电动势,叫做感应电动势.产生感应电动势的那部分导体就相当于电源,导体的电阻相当于电源的内阻.
2.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E=ΔΦΔt(单匝线圈),E=nΔΦΔt(多匝线圈).当导体切割磁感线产生感应电动势时E=Blv(B、l、v两两垂直),E=Blvsin_θ(v⊥l但v与B夹角为θ).
3.关于感应电动势,下列说法中正确的是()
A.电源电动势就是感应电动势
B.产生感应电动势的那部分导体相当于电源
C.在电磁感应现象中没有感应电流就一定没有感应电动势
D.电路中有电流就一定有感应电动势
答案B
解析电源电动势的来源很多,不一定是由于电磁感应产生的,所以选项A错误;在电磁感应现象中,如果没有感应电流,也可以有感应电动势,C错误;电路中的电流可能是由化学电池或其它电池作为电源提供的,所以有电流不一定有感应电动势.
4.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少2Wb,则()
A.线圈中感应电动势每秒钟增加2V
B.线圈中感应电动势每秒钟减少2V
C.线圈中无感应电动势
D.线圈中感应电动势保持不变
答案D
5.一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场中自由下落,并始终保持水平方向且与磁场方向垂直.如图1所示,则有()
图1
A.Uab=0
B.UaUb,Uab保持不变
C.Ua≥Ub,Uab越来越大
D.UaUb,Uab越来越大
答案Db,所以UbUa,由Uab=E=Blv及棒自由下落时v越来越大,可知Uab越来越大,D项正确.→b,所以UbUa,由Uab=E=Blv及棒自由下落时v越来越大,可知Uab越来越大,D项正确.
【概念规律练】
知识点一公式E=nΔΦΔt的理解
1.一个200匝、面积为20cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T,在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是________Wb;磁通量的平均变化率是________Wb/s;线圈中感应电动势的大小是________V.
答案4×10-48×10-31.6
解析磁通量的变化量是由磁场的变化引起的,应该用公式ΔΦ=ΔBSsinθ来计算,所以
ΔΦ=ΔBSsinθ=(0.5-0.1)×20×10-4×0.5Wb
=4×10-4Wb
磁通量的变化率为ΔΦΔt=4×10-40.05Wb/s=8×10-3Wb/s,
感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律得
E=nΔΦΔt=200×8×10-3V=1.6V
点评要理解好公式E=nΔΦΔt,首先要区分好磁通量Φ,磁通量的变化量ΔΦ,磁通量的变化率ΔΦΔt,现列表如下:
物理量单位物理意义计算公式
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Φ=BS⊥
磁通量
的变化
量ΔΦWb表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少ΔΦ=Φ2-Φ1
磁通量
的变化
率ΔΦΔt
Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢ΔΦΔt=BΔSΔt?ΔBΔtS
特别提醒①对Φ、ΔΦ、ΔΦΔt而言,穿过一匝线圈和穿过n匝是一样的,而感应电动势则不一样,感应电动势与匝数成正比.
②磁通量和磁通量的变化率的大小没有直接关系,Φ很大时,ΔΦΔt可能很小,也可能很大;Φ=0时,ΔΦΔt可能不为零.
2.下列说法正确的是()
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.线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
答案D
解析线圈中产生的感应电动势E=nΔΦΔt,即E与ΔΦΔt成正比,与Φ或ΔΦ的大小无直接关系.磁通量变化得越快,即ΔΦΔt越大,产生的感应电动势越大,故只有D正确.
点评正确理解决定感应电动势大小的因素是磁通量的变化率,这是分析本题的关键.
知识点二公式E=Blvsinθ的理解
3.如图2所示,在磁感应强度为1T的匀强磁场中,一根跟磁场垂直长20cm的导线以2m/s的速度运动,运动方向垂直导线与磁感线成30°角,则导线中的感应电动势为________.
图2
答案0.2V
解析E=Blvsin30°=(1×0.2×2×sin30°)V=0.2V
点评(1)当导体平动垂直切割磁感线时,即B、l、v两两垂直时(如图所示)E=Blv.
(2)当导体平动但不垂直切割磁感线时即v与B有一夹角θ,如右图所示,此时可将导体的速度v向垂直于磁感线和平行于磁感线两个方向分解,则分速度v2=vcosθ不使导体切割磁感线,使导体切割磁感线的是分速度v1=vsinθ,从而使导体产生的感应电动势为:E=Blv1=Blvsinθ.
特别提醒不要死记公式,要理解含意vsinθ是导体切割磁感线的速度.
4.在磁感应强度为B的匀强磁场中,长为l的金属棒OA在垂直于磁场方向的平面内绕O点以角速度ω匀速转动,如图3所示,求:金属棒OA上产生的感应电动势.
图3
答案12Bl2ω
解析由v=rω,可知各点处速度与该点到O点的距离r成正比,速度都与棒垂直,我们可以求出棒OA上各点的平均速度v=l2ω,即与棒中点的速度相同.(只有成正比例的量,中点值才等于平均值)可得E=Blv=Bll2ω=12Bl2ω.
点评当导体棒转动切割磁感线时,若棒上各处磁感应强度B相同,则可直接应用公式E=12Bl2ω.
【方法技巧练】
电动势公式E=nΔΦΔt和E=Blvsinθ的选用技巧
5.如图4所示,两根相距为l的平行直导轨abdc,bd间连有一固定电阻R,导轨电阻可忽略不计.MN为放在ab和dc上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内).现对MN施力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动.令U表示MN两端电压的大小,则()
图4
A.U=12vBl,流过固定电阻R的感应电流由b到d
B.U=12vBl,流过固定电阻R的感应电流由d到b
C.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由b到d
D.U=vBl,流过固定电阻R的感应电流由d到b
答案A
解析此回路的感应电动势有两种求法
(1)因B、l、v两两垂直可直接选用公式E=Blv求解;
(2)可由法拉第电磁感应定律E=ΔΦΔt求解:
因在Δt时间内,杆扫过的面积ΔS=lvΔt
所以回路磁通量的变化ΔΦ=BΔS=BlvΔt
由E=ΔΦΔt得E=Blv.
题目中的导体棒相当于电源,其电动势E=Blv,其内阻等于R,则U=Blv2,电流方向可以用右手定则判断,A正确.
方法总结求解导体做切割磁感线运动产生大小不变的感应电动势的问题时,两个公式都可使用.
6.如图5所示,A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝数都为10匝,半径rA=2rB,图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场,则A、B线圈中产生的感应电动势之比为EA∶EB=________,线圈中的感应电流之比为IA∶IB=________.
图5
答案1∶11∶2
解析A、B两环中磁通量的变化率相同,线圈匝数相同,由E=nΔΦΔt可得EA∶EB=1∶1;又因为R=ρlS,故RA∶RB=2∶1,所以IA∶IB=1∶2.
方法总结当导体和磁场间无相对运动时,磁通量的变化完全是由磁场的变化引起的,感应电动势的计算只能采用公式E=nΔΦΔt.
7.如图6所示,用一阻值为R的均匀细导线围成的金属环半径为a,匀强磁场的磁感应强度为B,垂直穿过金属环所在平面.电阻为R2的导体杆AB,沿环表面以速度v向右滑至环中央时,杆的端电压为()
图6
A.BavB.12Bav
C.23BavD.43Bav
答案C
解析当电阻为R2的导体杆AB沿环表面以速度v向右滑至环中央时,这个回路的总电动势为:E=2Bav.并联的两个半圆环的等效电阻为R4,杆的端电压为UAB=ER外R外+r=23Bav.
方法总结当磁场和导体间有相对运动,且感应电动势大小在变化,求瞬时感应电动势时,应采用公式E=Blvsinθ.
8.如图7所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一边长为l的正方形导线框,ab边质量为m,其余边质量不计,cd边有固定的水平轴,导线框可以绕其转动;现将导线框拉至水平位置由静止释放,不计摩擦和空气阻力,金属框经过时间t运动到竖直位置,此时ab边的速度为v,求:
图7
(1)此过程中线框产生的平均感应电动势的大小;
(2)线框运动到竖直位置时线框感应电动势的大小.
答案(1)Bl2t(2)Blv
解析(1)Φ1=BS=Bl2,转到竖直位置Φ2=0
ΔΦ=Φ2-Φ1=-Bl2
根据法拉第电磁感应定律,有E=ΔΦΔt=-Bl2t
平均感应电动势的大小为E=Bl2t
(2)转到竖直位置时,bc、ad两边不切割磁感线,ab边垂直切割磁感线,E=Blv,此时求的是瞬时感应电动势.
方法总结求解某一过程(或某一段时间)中的感应电动势而平均速度又不能求得时,应选用公式E=nΔΦΔt.如问题(1),但求某一瞬时感应电动势时应采用E=Blvsinθ.
4.6互感和自感学案(人教版选修3-2)
1.两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感.利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈.
2.当一个线圈中的电流发生变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同时也在其本身激发出感应电动势,这种现象叫自感;自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化,即当导体中的电流增大时,自感电动势的方向与原电流的方向相反,阻碍电流增大;当导体中的电流减小时,自感电动势的方向与原电流的方向相同,阻碍电流的减小.
3.通过一个线圈的电流在均匀增大时,则这个线圈的()
A.自感系数也将均匀增大
B.自感电动势也将均匀增大
C.磁通量也将均匀增大
D.自感系数和自感电动势不变
答案CD
解析线圈的磁通量与电流大小有关,电流增大,磁通量增大,故C项正确;而自感系数由线圈本身决定,与电流大小无关;自感电动势EL=LΔIΔt,与自感系数和电流变化率有关,对于给定的线圈,L一定,已知电流均匀增大,说明电流变化率恒定,故自感电动势不变,D项正确.
4.关于线圈自感系数的说法,错误的是()
A.自感电动势越大,自感系数也越大
B.把线圈中的铁芯抽出一些,自感系数减小
C.把线圈匝数增加一些,自感系数变大
D.电感是自感系数的简称
答案A
解析自感系数是由线圈本身的特性决定的.线圈越长,单位长度上的匝数越多,横截面积越大,它的自感系数就越大.另外,有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多.
5.如图1所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,当断开开关S的瞬间会有()
图1
A.灯A立即熄灭
B.灯A慢慢熄灭
C.灯A突然闪亮一下再慢慢熄灭
D.灯A突然闪亮一下再突然熄灭
答案A
解析当开关S断开时,由于通过自感线圈的电流从有变到零,线圈将产生自感电动势,但由于线圈L与灯A串联,在S断开后,不能形成闭合回路,因此灯A在开关断开后,电源供给的电流为零,灯就立即熄灭.
【概念规律练】
知识点一对自感现象的理解
1.关于自感现象,正确的说法是()
A.感应电流一定和原来的电流方向相反
B.对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈产生的自感电动势也越大
C.对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈的自感系数也越大
D.对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈中的自感电动势也越大
答案D
解析当电流增加时,自感电动势的方向与原来的电流反向,当电流减小时与原来的电流同向,故选项A错误;自感电动势的大小,与电流变化快慢有关,与电流变化大小无关,故选项B错误;自感系数只取决于线圈的本身因素,与电流变化情况无关.故选项C错误;结合选项B的错误原因可知,选项D正确.
点评自感的实质仍然是电磁感应现象,电流的强弱决定其周围磁场的强弱,当电流变化时引起电流周围的磁场发生变化,就会在线圈中产生感应电动势.
2.关于线圈的自感系数、自感电动势下列说法中正确的是()
A.线圈中电流变化越大,线圈自感系数越大
B.对于某一线圈,自感电动势正比于电流的变化量
C.一个线圈的电流均匀增大,这个线圈自感系数、自感电动势都不变
D.自感电动势总与原电流方向相反
答案C
解析线圈的自感系数由线圈本身的因素决定.E自∝ΔIΔt,而不是E自∝ΔI,C对,A、B错.线圈中电流减小时,自感电动势方向与原电流方向相同,电流增大时,自感电动势方向与原电流方向相反,D错.
点评电流的变化量ΔI不等同于电流的变化率ΔIΔt,E∝ΔIΔt而不是E∝ΔI.自感系数仅和线圈本身有关.
知识点二通电自感和断电自感
3.如图2所示电路中,A、B是完全相同的灯泡,L是电阻不计的电感线圈,下列说法中正确的是()
图2
A.当开关S闭合时,A灯先亮,B灯后亮
B.当开关S闭合时,B灯先亮,A灯后亮
C.当开关S闭合时,A、B灯同时亮,以后B灯更亮,A灯熄灭
D.当开关S闭合时,A、B灯同时亮,以后亮度不变
答案C
解析当开关S闭合时,电路中电流增加,由于线圈的自感作用,其中产生一自感电动势阻碍电流的增加,此时A、B二灯相当于串联,同时亮;之后线圈相当于一段导线,将A灯短路,A灯熄灭,因B灯所加电压增加而变得更亮.
点评开关闭合时,线圈自感电动势与电源电动势方向相反,若自感系数足够大,瞬间可以认为断路,随即变缓直至消失.
4.在如图3所示的电路中,带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并联,当合上开关S后灯A正常发光.则下列说法中正确的是()
图3
A.当断开S时,灯A立即熄灭
B.当断开S时,灯A突然闪亮后熄灭
C.用阻值与灯A相同的线圈取代L接入电路,当断开S时,灯A逐渐熄灭
D.用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开S时,灯A突然闪亮后熄灭
答案BC
解析在S断开的瞬间,L与A构成闭合回路,灯A不会立即熄灭.问题是“小灯泡在熄灭之前是否更亮一下”这一点如何确定.根据P=I2R可知,灯A能否闪亮,取决于S断开的瞬间,流过A的电流是否更大一些.在断开S的瞬间,灯A中原来的电流IA立即消失.但灯A和线圈L组成一闭合回路,由于线圈L的自感作用,其中的电流IL不会立即消失,它还要通过回路维持短暂的时间.如果ILIA,则灯A熄灭之前要闪亮一下;如果IL≤IA,则灯A是逐渐熄灭而不闪亮一下.至于IL和IA的大小关系,由RA和RL的大小关系决定:若RARL,则IAIL,灯将闪亮一下;若RA≤RL,则IA≥IL,灯将逐渐熄灭.
点评开关断开时,原电源不提供电流,若线圈形成回路,则自感电动势会通过回路形成电流,因此断电时线圈起到瞬间电源的作用.
【方法技巧练】
一、断电自感中灯泡亮度变化的分析技巧
5.在图4甲、乙电路中,电阻R和电感线圈L的电阻都很小.接通S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则()
图4
A.在电路甲中,断开S,A将渐渐变暗
B.在电路甲中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.在电路乙中,断开S,A将渐渐变暗
D.在电路乙中,断开S,A将先变得更亮,然后渐渐变暗
答案AD
解析甲图中,灯泡A与电感线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,断开开关S时,线圈L中的自感电动势要维持原电流不变,所以,开关断开的瞬间,灯泡A的电流不变,以后电流渐渐变小.因此,灯泡渐渐变暗.乙图中,灯泡A所在支路的电流比电感线圈所在支路的电流要小(因为电感线圈的电阻很小),断开开关S时电感线圈的自感电动势要阻碍电流的变小,电感线圈相当于一个电源给灯A供电,因此在这一短暂的时间内,反向流过A的电流是从IL开始逐渐变小的,所以灯泡要先亮一下,然后渐渐变暗,故选项A、D正确.
方法总结在开关断开时,电感线圈的自感电动势要阻碍原电流的减小,此时电感线圈在电路中相当于一个电源,表现为两个方面:一是自感电动势所对应的电流方向与原电流方向一致;二是在断电瞬间,自感电动势所对应的电流大小与原电流的大小相等,以后电流开始缓慢减小到零,断开开关后,灯泡是否瞬间变得更亮,取决于当初两支路中电流大小的关系.
6.如图5所示的电路中,S闭合且稳定后流过电感线圈的电流2A,流过灯泡的电流是1A,将S突然断开,S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流i随时间t变化关系的图象是()
图5
答案D
解析开关S断开前,通过灯泡D的电流是稳定的,其值为1A.开关S断开瞬间,灯泡支路的电流立即减为零,但是自感线圈的支路由于自感现象会产生与线圈中原电流方向相同的感应电动势,使线圈中的电流从原来的2A逐渐减小,方向不变,且同灯泡D构成回路,通过灯泡D的电流和线圈L中的电流相同,也应该是从2A逐渐减小为零,但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反,D对.
方法总结解图象问题时,先要搞清楚研究什么元件上的电流随时间的变化关系;其次要根据线圈的自感电动势引起的感应电流的方向与原来电流的方向是相同还是相反、大小如何变化等因素来确定图象.
二、两类自感的综合分析方法
7.如图6所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S的闭合和断开的过程中,L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)()
图6
A.S闭合,L1亮度不变,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮;S断开,L2立即不亮,L1逐渐变亮
B.S闭合,L1不亮,L2很亮;S断开,L1、L2立即不亮
C.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才灭
D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2逐渐变得更亮;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才熄灭
答案D
解析当S接通时,L的自感系数很大,对电流的阻碍作用较大,L1和L2串接后与电源相连,L1和L2同时亮,随着L中电流的增大,L的直流电阻不计,L的分流作用增大,L1的电流逐渐减小为零,由于总电阻变小,总电流变大,L2的电流增大,L2灯变得更亮.当S断开时,L2中无电流,立即熄灭,而电感L将要维持本身的电流不变,L和L1组成闭合电路,L1灯要亮一下后再熄灭,综上所述,选项D正确.
方法总结当电路中有电感L时,若电路中的电流发生变化,电感L的作用总是阻碍电流的变化.当电路稳定时,电感L相当于一段导体.若电感L中有直流电阻,则相当于电阻;若无直流电阻,则它相当于一根短路导线.
8.如图7所示电路中有L1和L2两个完全相同的灯泡,线圈L的电阻忽略不计,下列说法中正确的是()
图7
A.闭合S时,L2先亮,L1后亮,最后一样亮
B.断开S时,L2立刻熄灭,L1过一会熄灭
C.L1中的电流始终从a到b
D.L2中的电流始终从c到d
答案A
解析闭合S时,L2中立即有从d到c的电流,先亮,而线圈由于自感作用,线圈中产生与原电流相反的自感电动势,对原电流大小起到阻碍作用,通过线圈的电流逐渐增加,所以L1逐渐变亮,电路稳定后自感作用消失,线圈L相当于导线,所以最后L1、L2一样亮.断开S时,L2中由电源提供的电流瞬间消失,但是L中的电流由于自感的阻碍作用将逐渐减小,方向不变,使线圈与L2、L1形成回路,因此L1、L2将过一会儿同时熄灭.L1中的电流始终由b到a,L2中的电流先由d到c,后由c到d.
方法总结通电时电感上的电流由无到有逐渐增大,断电时电流由有到无逐渐减小.
第四节:法拉第电磁感应定律教案
【教学目标】
1、知识与技能:
(1)、知道感应电动势,及决定感应电动势大小的因素。
(2)、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别Φ、ΔΦ、。
(3)、理解法拉第电磁感应定律的内容、数学表达式。
(4)、知道E=BLvsinθ如何推得。
(5)、会用解决问题。
2、过程与方法
(1)、通过学生实验,培养学生的动手能力和探究能力。
(2)、通过推导闭合电路,部分导线切割磁感线时的感应电动势公式E=BLv,掌握运用理论知识探究问题的方法。
3、情感态度与价值观
(1)、从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,培养学生对不同事物进行分析,找出共性与个性的辩证唯物主义思想。
(2)、通过比较感应电流、感应电动势的特点,引导学生忽略次要矛盾、把握主要矛盾。
【教学重点】法拉第电磁感应定律。
【教学难点】感应电流与感应电动势的产生条件的区别。
【教学方法】实验法、归纳法、类比法
【教具准备】
多媒体课件、多媒体电脑、投影仪、检流计、螺线管、磁铁。
【教学过程】
一、复习提问:
1、在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么?
答:穿过闭合回路的磁通量发生变化,就会在回路中产生感应电流。
2、恒定电流中学过,电路中存在持续电流的条件是什么?
答:电路闭合,且这个电路中一定有电源。
3、在发生电磁感应现象的情况下,用什么方法可以判定感应电流的方向?
答:由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向。
二、引入新课
1、问题1:既然会判定感应电流的方向,那么,怎样确定感应电流的强弱呢?
答:既然有感应电流,那么就一定存在感应电动势.只要能确定感应电动势的大小,根据闭合电路欧姆定律就可以确定感应电流大小了.
2、问题2:如图所示,在螺线管中插入一个条形磁铁,问
①、在条形磁铁向下插入螺线管的过程中,该电路中是否都有电流?为什么?
答:有,因为磁通量有变化
②、有感应电流,是谁充当电源?
答:由恒定电流中学习可知,对比可知左图中的虚线框内线圈部分相当于电源。
③、上图中若电路是断开的,有无感应电流电流?有无感应电动势?
答:电路断开,肯定无电流,但仍有电动势。
3、产生感应电动势的条件是什么?
答:回路(不一定是闭合电路)中的磁通量发生变化.
4、比较产生感应电动势的条件和产生感应电流的条件,你有什么发现?
答:在电磁感应现象中,不论电路是否闭合,只要穿过回路的磁通量发生变化,电路中就有感应电动势,但产生感应电流还需要电路闭合,因此研究感应电动势比感应电流更有意义。(情感目标)
本节课我们就来一起探究感应电动势
三、进行新课
(一)、探究影响感应电动势大小的因素
(1)探究目的:感应电动势大小跟什么因素有关?(学生猜测)
(2)探究要求:
①、将条形磁铁迅速和缓慢的插入拔出螺线管,记录表针的最大摆幅。
②、迅速和缓慢移动导体棒,记录表针的最大摆幅。
③、迅速和缓慢移动滑动变阻器滑片,迅速和缓慢的插入拔出螺线管,分别记录表针的最大摆幅;
(3)、探究问题:
问题1、在实验中,电流表指针偏转原因是什么?
问题2:电流表指针偏转程度跟感应电动势的大小有什么关系?
问题3:在实验中,快速和慢速效果有什么相同和不同?
(4)、探究过程
安排学生实验。(能力培养)
教师引导学生分析实验,(课件展示)回答以上问题
学生甲:穿过电路的Φ变化产生E感产生I感.
学生乙:由全电路欧姆定律知I=,当电路中的总电阻一定时,E感越大,I越大,指针偏转越大。
学生丙:磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同。
可见,感应电动势的大小跟磁通量变化和所用时间都有关,即与磁通量的变化率有关.
把定义为磁通量的变化率。
上面的实验,我们可用磁通量的变化率来解释:
学生甲:实验中,将条形磁铁快插入(或拔出)比慢插入或(拔出)时,大,I感大,
E感大。
实验结论:电动势的大小与磁通量的变化快慢有关,磁通量的变化越快电动势越大。磁通量的变化率越大,电动势越大。
(二)、法拉第电磁感应定律
从上面的实验我们可以发现,越大,E感越大,即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。精确的实验表明:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比,即E∝。这就是法拉第电磁感应定律。
(师生共同活动,推导法拉第电磁感应定律的表达式)(课件展示)
E=k
在国际单位制中,电动势单位是伏(V),磁通量单位是韦伯(Wb),时间单位是秒(s),可以证明式中比例系数k=1,(同学们可以课下自己证明),则上式可写成
E=
设闭合电路是一个N匝线圈,且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同,这时相当于n个单匝线圈串联而成,因此感应电动势变为
E=n
1.内容:电动势的大小与磁通量的变化率成正比
2.公式:ε=n
3.定律的理解:
??⑴磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt
??⑵感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比
??⑶感应电动势的方向由楞次定律来判断
??⑷感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定:
??当ΔΦ=ΔBScosθ则ε=ΔB/ΔtScosθ
??当ΔΦ=BΔScosθ则ε=BΔS/Δtcosθ
??当ΔΦ=BSΔ(cosθ)则ε=BSΔ(cosθ)/Δt
注意:为B.S之间的夹角。
4、特例——导线切割磁感线时的感应电动势
用课件展示如图所示电路,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为L,以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势?(课件展示)
解析:设在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1,这时线框面积的变化量为
ΔS=LvΔt
穿过闭合电路磁通量的变化量为
ΔΦ=BΔS=BLvΔt
据法拉第电磁感应定律,得
E==BLv
这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式,需要理解
(1)B,L,V两两垂直
(2)导线的长度L应为有效切割长度
(3)导线运动方向和磁感线平行时,E=0
(4)速度V为平均值(瞬时值),E就为平均值(瞬时值)
问题:当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ,感应电动势可用上面的公式计算吗?
用课件展示如图所示电路,闭合电路的一部分导体处于匀强磁场中,导体棒以v斜向切割磁感线,求产生的感应电动势。
解析:可以把速度v分解为两个分量:垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线,不产生感应电动势。前者切割磁感线,产生的感应电动势为
E=BLv1=BLvsinθ
强调:在国际单位制中,上式中B、L、v的单位分别是特斯拉(T)、米(m)、米每秒(m/s),θ指v与B的夹角。
5、公式比较
与功率的两个公式比较得出E=ΔΦ/Δt:求平均电动势
E=BLV:v为瞬时值时求瞬时电动势,v为平均值时求平均电动势
课堂练习:
例题1:下列说法正确的是(D)
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、线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
C、线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大
D、线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
例题2:一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置,在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。
解:由电磁感应定律可得E=nΔΦ/Δt①
ΔΦ=ΔB×S②
由①②联立可得E=nΔB×S/Δt
代如数值可得E=1.6V
例题3、如图所示,在磁感强度为0.1T的匀强磁场中有一个与之垂直的金属框ABCD,框电阻不计,上面接一个长0.1m的可滑动的金属丝ab,已知金属丝质量为0.2g,电阻R=0.2Ω,不计阻力,求金属丝ab匀速下落时的速度。(4m/s)
??问1:将上题的框架竖直倒放,使框平面放成与水平成30°角,不计阻力,B垂直于框平面,求v?
答案:(2m/s)
??问2:上题中若ab框间有摩擦阻力,且μ=0.2,求v?
答案:(1.3m/s)
??问3:若不计摩擦,而将B方向改为竖直向上,求v?
答案:(2.67m/s)
??问4:若此时再加摩擦μ=0.2,求v?
答案:(1.6m/s)
??
【课堂小结】
1、让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
2、认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
3、让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
【布置作业】选修3-2课本第16页“思考与讨论”
课后作业:第17页1、2、3、5题
【课后反思】
让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总
结,然后请同学评价黑板上的小结内容。让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架,把书本知识转化为自己的知识,让学生有收获成功感。
本节课,重点是理解法拉第电磁感应定律,不要过多的进行训练,不能急于求成,应该循序渐进.
一名优秀的教师就要对每一课堂负责,高中教师要准备好教案,这是老师职责的一部分。教案可以更好的帮助学生们打好基础,帮助高中教师提前熟悉所教学的内容。那么怎么才能写出优秀的高中教案呢?为满足您的需求,小编特地编辑了“5.5电能的输送学案(人教版选修3-2)”,希望对您的工作和生活有所帮助。
5.5电能的输送学案(人教版选修3-2)
1.输电线上的功率损失P=________,降低输电损耗的两个途径为:
____________________,____________________.
2.远距离输电基本原理:在发电站内用________变压器______电压,然后进行远距离输电,在用电区域通过______变压器______所需的电压.
3.下列关于电能输送的说法中正确的是()
A.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济
B.减小输电导线上功率损失的惟一办法是采用高压输电
C.减小输电导线上电压损失的惟一方法是增大输电线的横截面积
D.实际输电时,要综合考虑各种因素,如输电功率大小、距离远近、技术和经济条件等
4.输电导线的电阻为R,输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电,则两次输电线上损失的功率之比为()
A.U1∶U2B.U21∶U22
C.U22∶U21D.U2∶U1
5.如图1所示为远距离高压输电的示意图.关于远距离输电,下列表述正确的是()
图1
A.增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小
D.高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好
【概念规律练】
知识点一线路损耗问题
1.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线电阻为R,通过导线的电流为I,学校输入电压为U2,下列计算输电线损耗的式子中,正确的是()
A.U21RB.U1-U22R
C.I2RD.I(U1-U2)
2.某发电站采用高压输电向外输送电能.若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是()
A.输电线上的电流I=UR
B.输电线上的电流I=P0U
C.输电线上损失的功率P=(P0U)2R
D.输电线上损失的功率P=U2R
知识点二远距离输电线路中各物理量的关系
3.一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电.输电线路总电阻R=1kΩ.到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V,60W).若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则()
A.T1原、副线圈电流分别为103A和20A
B.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V
C.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1
D.有6×104盏灯泡(220V,60W)正常发光
4.某小型水电站的电能输送示意图如图2所示,发电机的输出电压为200V,输电线总电阻为r,升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220V的用电器正常工作,则()
图2
A.n2n1n3n4
B.n2n1n3n4
C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
【方法技巧练】
关于远距离输电问题的分析方法
5.发电机的端电压220V,输出电功率44kW,输电导线的电阻为0.2Ω,如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线后,再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户,则
(1)画出全过程的线路示意图;
(2)求用户得到的电压和功率;
(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的电压和功率.
6.在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为L,输电线损失的电功率为P′,用户得到的电功率为P用,则下列关系式正确的是()
A.P′=U2SρLB.P′=P2ρLU2S
C.P用=P-U2SρLD.P用=P(1-PρLU2S)
参考答案
课前预习练
1.I2r减小输电导线的电阻减小输电导线中的电流
2.升压升高降压降到
3.AD
4.C[由P=UI,P损=I2R可得P损=P2RU2,所以输电线上损失的功率与输送电压的平方成反比,C项正确.]
5.ABD[导线的横截面积越大,导线的电阻越小,电能损失就越小,A对;在输送功率一定的前提下,提高输送电压U,由I=PU知,能减小电流I,从而减小发热损耗,B对;若输送电压一定,由I=PU知,输送的电功率P越大,I越大,发热损耗就越多,C错;高压输电时要综合考虑材料成本、技术、经济性等各种因素,不是电压越高越好,D对.]
课堂探究练
1.BCD[输电线的损耗P损=I2R线=U2线R线=IU线
其中U线=U1-U2,故B、C、D正确.]
点评计算功率损失常用公式P损=I2线R线和P损=U2线R线,特别在利用P损=U2线R线时要注意U线是R线上的电压.
2.BC[输电线上的电流I线=P0U=U线R故A错误,B正确;输电线上的功率损失P=I2线R=(P0U)2R=U2线R,故C正确,D错误.]
点评由功率损失P=(P输U输)2R线知:当输送功率P输一定时减少输电线上功率损失的方法为提高输电电压或减小输电导线的电阻.
3.ABD[输电线上消耗的功率P线=I22R=400kW,则I2=P线R=20A,又P1=U1I1,则I1=P1U1=103A,故A正确;T1的变压比U1U2=I2I1=150,又P=U1I1=U2I2,得U2=2×105V,输电线上损失电压U线=I2R=2×104V,则T2原线圈的输入电压U3=U2-U线=1.8×105V,又灯泡正常发光,T2的副线圈的电压为220V,B正确;T2的变压比U3U4=1.8×105220=900011,C错误;根据U3I2=60n,解得n=6×104,D正确.]
点评远距离输电线路图如下
各物理量有下列关系
①电压关系:U发=U1,U1U2=n1n2,U2=U3+U损,U3U4=n3n4,U4=U用;
②电流关系:n1I1=n2I2,I2=I线=I3,n3I3=n4I4;
③功率关系:P发=P1=P2,P2=P3+P损,P3=P4=P用,
P损=I2R线,P损=PU22R线,P损=IU损.
4.AD[由于输电线上的功率损耗,故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率.P出-P损=P入,故D正确.U2U1=n2n1,U3U4=n3n4,因为U1=200VU4=220V,U2U3=U2-U线,故n2n1n3n4,选项A正确.]
点评在理解电压关系时,可把输电线路理解为三个闭合回路.如图
第一个回路发电机是电源,升压变压器的原线圈是用电器,若输电线电阻忽略则有U发=U1;第二个回路升压变压器副线圈是电源,降压变压器的原线圈为用电器,则有U2=U线+U3;第三个回路降压变压器副线圈为电源,用户为用电器,若输电线电阻忽略则有U4=U用.
5.(1)见解析(2)219.6V4.392×104W
(3)180V3.6×104W
解析(1)示意图如下图所示
(2)升压变压器次级的输出电压
U2=n2n1U1=101×220V=2200V
据升压变压器输出电功率等于输入电功率知,升压变压器次级输出电流
I2=PU2=44×1032200A=20A
输电线路上的电压损失和功率损失分别为
UR=I2R=20×0.2V=4V
PR=I22R=202×0.2W=80W
加到降压变压器初级上的输入电流和电压为
I3=I2=20A
U3=U2-UR=2200V-4V=2196V
降压变压器次级的输出电压和电流为
U4=n4n3U3=110×2196V=219.6V
I4=n3n4I3=10×20A=200A
用户得到的功率为
P4=I4U4=200×219.6W=4.392×104W
(3)若不采用高压输电,用220V低压直接供电时,电路如下图所示,则输电电流I=PU1=44×103220A=200A,输电线路上的电压损失
UR′=IR=200×0.2V=40V
所以用户得到的电压为
U4′=U1-UR′=220V-40V=180V
用户得到的功率为P4′=IU4′=200×180W=3.6×104W
方法总结(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图,并画出示意图,把需要的物理量都标在图中的相应位置上.
(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系.
6.BD[输电线电阻R=ρLS,输电电流I=PU
故输电线上损失的电功率为P′=I2R=PU2ρLS=P2ρLU2S
用户得到的电功率为P用=P-P′=P1-PρLU2S.故B、D正确.]
方法总结在远距离输电问题中,也要时刻注意能量守恒这一线索,即发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得到的功率之和(在不考虑变压器自身的能量损失的条件下).
文章来源://m.jab88.com/j/39458.html
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