第2节 电磁感应定律及其应用

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)

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电能的装置，电源本领的强弱用电动势来描述．电动势用符号E 表示．单位：伏特(V)．一节干电池的电动势是1.5 V ，蓄电池的电动势是2.0 V .

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感应电动势．

3．磁通量的变化率：单位时间内穿过回路的磁通量的变化量叫做磁通量的变化率．

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变化率成正比．

公式：E ＝n ΔΦ

Δt

，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 ＝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，拇指指向导体的运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电流的方向． 二、发电机的工作原理

1．发电机：把机械能转化为电能的装置，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，方向恒定不变，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大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称AC.

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，切割磁感线，线圈中产生了感应电流．电流从线圈的一个边流出，从另一个边流进．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方向发生了改变．这就产生了大小和方向都随时间做周期性变化的电流． 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，称为原线圈；与负载相连的，称为副线圈．

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U 1、U 2，原、副线圈的匝数分别是n 1，n 2，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U 1U 2＝n 1

n 2

．

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．

3．什么情况下变压器是升压变压器？

提示：副线圈匝数n 2大于原线圈匝数n 1时为升压变压器．

法拉第电磁感应定律的理解

1．Φ、ΔΦ、ΔΦ

Δt 的比较

物理量 单位 物理意义

磁通量Φ Wb 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

ΔΦ Wb

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

ΔΦΔt

Wb/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 、Δv

Δt

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，ΔΦ

Δt 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，ΔΦ

Δt ＝0，反之，当Φ为零

时，ΔΦ

Δt 最大．

2．对E ＝n ΔΦ

Δt

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ΔΦ

Δt ，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 ＝n ΔΦ

Δt 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、ΔΦ

Δt

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] D

1.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 ＝n ΔΦ

Δt

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