第三章电磁感应

变式迁移
• 2.如下图所示，在金属环的上方有一与水平 圆环直径平行且在同一竖直面内的直导线. 当直导线中电流不断增大时，试分析金属 环中是否有感应电流产生.
第二节 法拉第电磁感应定律
麦克斯韦与法拉第 有许多人曾在电磁学方面作出过贡献，但技 超群雄的还当数英国的两位科学家法拉第和麦克 斯韦. 法拉第生于1791年，自幼家境贫寒，靠自学 成材.尽管他缺乏很好的数学基础，但却靠自己的 勤奋努力成了一位令人望尘莫及的实验物理学家. 通过实验，他发现了电与磁之间的密切联系，得 出了著名的电磁感应定律.
第三节 交变电流
交流电的胜利 • 为了打破爱迪生的技术垄断，特斯拉特 地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一 个感应圈、两个大电容器和一个初级线圈 仅几圈的互感器组成.这种装置可以产生频 率很高的高压电流，不过这种高压电的电 流极小，对人体不会产生显著的生理效应.
特斯拉在一次记者招待会上，用这种 装置使电流通过自己的身体，点亮了电灯， 甚至还熔化了电线，使在场的记者一个个 惊讶得目瞪口呆，取得了极大的宣传效果. 特斯拉的胜利，加速了交流电的推广 使用.现在我们知道，低频交流电和直流电 一样危险，至于低频高压交流电就更加危 险，因此千万不要随便重复特斯拉的实验.
• 例1.矩形线圈abcd绕OO′轴在匀强磁场中转 动，如图所示，当线圈平面与磁感线平行 时，求穿过线圈的磁通量及磁通量的变化 率；当线圈平面与磁感线垂直时又如何？
【解析】当线圈平面与磁感线平行时，Φ=0，而两 长边正好垂直切割磁感线，故此时线圈中E最大， 而E=ΔΦ/Δt，故此时磁通量变化率ΔΦ/Δt最大；当 转过90°线圈平面与磁感线垂直时，Φ=BS最大， 而切割磁感线的两条长边速度刚好与磁感线平行， 不切割磁感线，故E=0，而E=ΔΦ/Δt,故线圈的 磁通量的变化率ΔΦ/Δt=0。 【答案】当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零， 磁通量变化率最大；当线圈平面与磁感线垂直时， 磁通量最大，磁通量变化率为零.
• 2.E的单位是伏特（V），且1V=1 Wb/s. • 证明：同学们自己证明
• 例2 如图所示，一个50匝的线圈的两端跟 R=90 Ω的电阻相连接，置于竖直向下的匀 强磁场中.线圈的横截面积是20 cm2,电 阻为10 Ω，磁感应强度以100 T/s的变化率 均匀减小.在这一过程中通过电阻R的电流 为多大？
例1 一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应
电动势
e= 220 2sin100 t V
则( ) A．交变电流的频率是100πHz B.t=0时，线圈位于中性面 C.交变电流的周期是0.02 s D.t=0.05 s时,e有最大值
【解析】由瞬时值表达式知：角速度100π rad/s.感应电动势是按正弦规律变化，所 以t=0时，线圈平面位于中性面.
1．判断回路中是否有感应电流产生的依据： （1）回路是否闭合； （2）回路中的磁通量是否变化.这两个条件 缺一不可.
2．引起穿过某回路的磁通量变化一般有以下 三种情况： （1）磁场本身发生变化，如磁场随时间或空 间的变化而变化； （2）回路自身发生变化，如回路自身的面积 发生变化或回路的面积不变但其与磁场方 向的夹角改变； （3）磁场变化的同时，回路本身也发生变化.
第三章
电磁感应
本章知识概述 本章在初中学过的电磁感应现象和前 面学过的电场、磁场知识的基础上，讲述 电磁感应现象及其基本规律，介绍电磁感 应现象在日常生活和生产实际中的应用.了 解发电机、变压器的工作原理，了解电能 的产生、输送过程，及其在实际中的应用 和对社会发展所起的巨大作用.
认识到电磁感应定律的发现，其有理论 与实践意义.它不仅促进了物理学理论的发 展，而且法拉第等科学家在探索自然规律 过程中所表现出的科学态度与科学精神， 且有重要的启迪和教育作用
【解析】由法拉第电磁感应定律得线圈中产 生的感应电动势为 E=nΔΦ/Δt=nΔB/Δt*S=50×100×20×10 4V=10 V. 由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为 I=E/(R+r)=10/(90+10)A=0.1 A. 【答案】0.1 A
变式迁移
• 2.如右图所示，半径为r的金属环绕通过某 直径的轴OO′以角速度ω做匀速转动，匀强 磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场 方向垂直时开始计时，则在转过30°角的 过程中，环中产生的电动势的平均值是多 大？
1．电磁感应现象的实质 • 电磁感应现象较严格的说法是：通过闭合 回路的磁通量发生变化时，在闭合回路中 产生感应电动势的现象.在中学物理中，为 了使学生容易接受，把回路改成电路，把 感应电动势改为感应电流.事实上，在磁通 量变化而电路断开时，电路中有感应电动 势而无感应电流.电磁感应现象，更重要的 是看感应电动势的有无.
'
Em 2
sin 2 tV
要点2.பைடு நூலகம்变电流的有效值
• 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的， 让交流和直流通过相同的电阻，如果它们在相同 时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫 做这一交流的有效值.正弦式交变电流的有效值与 峰值之间的关系是：
E
Em 2
,U
Um 2
,I
Im 2
要点1. 磁通量Φ、磁通量的变化量 ΔΦ与磁通量的变化率ΔΦ/Δt）的 比较
磁通量Φ的几何意义是穿过某一面积的 磁感线的条数；磁通量的变化量 ΔΦ=Φ2-Φ1表示磁通量变化的多少，并 不涉及这种变化所经历的时间；磁通量的 变化率ΔΦ/Δt表示磁通量变化的快慢.当磁 通量Φ很大时，磁通量的变化量ΔΦ可能很 小.
变式迁移
1.某同学做观察电磁 感应现象的实验，将 电流表、线圈A和B、 蓄电池、开关用导线 连接成如下图所示的 实验电路，当它接通、 断开开关时，电流表 的指针都没有偏转， 其原因是（ ）
A.开关位置接错 B.电流表的正、负极接反 C.线圈B的接头3、4接反 D.蓄电池的正、负极接反
要点2 判断感应电流产生的方法
【答案】BC
变式迁移
1.交流发电机在工作时的电动势为e=Emsinωt V,若 将电枢的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减 小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )
A .e E m sin
' '
t
2
V V
B .e 2 E m sin
'
t
2
C .e E m sin 2 tV D .e
要点1 关于交变电流的理解
1．交变电流的产生 • 交变电流的产生是电磁感应现象的应用，因此遵 守法拉第电磁感应定律.矩形线圈在匀强磁场中绕 垂直于磁感线的轴转动时，穿过线圈的磁通量发 生变化，因而产生感应电动势和感应电流.由于磁 通量的变化不是均匀的，故磁通量的变化率 ΔΦ/Δt是随时间变化的，感应电动势的大小及感 应电流的大小也随时间发生变化，线圈平面过中 性面时，电流方向发生变化，产生的感应电流随 时间做周期性变化.
例2 在下列图所示的条件下，闭合矩形线圈 中能产生感应电流的是：
【解析】A项中因为线圈平面平行于磁感 线，在以OO ′为轴的转动过程中，线圈平 面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量 始终为零，所以无感应电流产生； B项中，线框平面与磁感线平行，穿过线圈 的磁通量为零，竖直向上运动过程中，磁 通量始终为零，故无感应电流产生； C项中，线框平面与磁感线平行，故无感应 电流产生；
2.交变电流的变化规律 (1) 中性面：跟磁感线垂直的平面. (2) 在如图甲所示的匀强磁场中匀速转动的线 圈中产生正弦交流电.线圈平面每经过中性 面一次，感应电动势和感应电流方向就改 变一次.线圈转动一周，感应电动势和感应 电流方向改变两次.
(3)规律：u=Usinωt, i=Isinωt. (4)图象：如图乙所示.
变式迁移
1.以下说法正确的是( ) A磁场越强，磁通量的变化率越大 B.回路的磁通量越大，磁通量的变化率越大 C.回路匝数越多，磁通量的变化率越大 D回路磁通量变化越快，磁通量的变化率越大
要点2 .感应电动势的大小—— 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，即E=ΔΦ/Δt. • 1.若穿过线圈的磁通量发生变化，且线圈的匝数 为n,则电动势表示式为E=n ΔΦ/Δt • 计算电动势E时，有以下几种情况： E=n ΔB/Δt * S——面积不变，磁感应强度变化； E=n ΔS/Δt *B——面积改变，磁感应强度不变.
后，电信号就具有了足够的功率，然后去 推动喇叭发出声音.可见，放音是磁转化为 电，再转化为声的过程. 如果要清除磁带上的磁信号，就需要 抹音.这时，让抹音磁头与走动的磁带接触， 使来自超音频振荡器的超音频电信号进入 抹音磁头，打乱磁带上原有的磁信号，这 就是抹音.
要点1 关于电磁感应现象的理解
麦克斯韦生于1831年，从小受到良好的教育. 他在法拉第等人研究成果的基础上，创建了统一、 完整的电磁学理论，以四个短方程精确地阐明了 电和磁之间的关系，大部分电学定律都可以从麦 克斯韦方程组派生出来.德国物理学家赫兹通过实 验发现了电磁波，证实了麦克斯韦理论的正确性. 麦克斯韦和法拉第这两位科学家年龄悬殊， 出身迥异，但他们的科学成就相互成全弥补，共 同开创了电磁学的新时代.
D项中尽管线框在转动，但B与S都不变，B又垂 直于S，所以Φ=BS始终不变，线圈中无感应电流 产生； E项中，图示状态Φ=0，转动过程中穿过线圈的磁 通量在不断地变化，当转过90°时，Φ=BS，因 此转动过程中线圈中产生感应电流； F项中，螺线管通入交流电，电流的大小和方向都 在改变，因此产生的磁场强弱和方向也在变，穿 过线圈的磁通量发生变化，所以产生感应电流 【答案】EF
第一节 电磁感应现象
盒式录音机 录音时，声音通过话筒转化为电信号， 放大后再进入录音磁头，录音磁头把电信 号转化为磁信号，并把磁信号记录在走动 的磁带上，可见，录音是把声音转化为电 信号，再转化为磁信号的过程.放音时，录 有磁信号的磁带走动，不断在放音磁头上 感应出微弱的电信号，经放音放大器放大