第二节 电磁感应定律的建立
第三节 电磁感应现象的应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解探究感应电动势大小与磁通量变化的关系.
2.知道法拉第电磁感应定律的内容．(重点)
3.知道理想变压器的原理．(重点、难点)
4.了解汽车防抱死制动系统.
一、电磁感应定律的建立
1．探究感应电动势与磁通量变化的关系
(1)当磁通量变化过程所用时间相同时，磁通量变化量越大，感应电流就越大，表明感应电动势越大．
(2)当磁通量变化量相同时，磁通量变化过程所用时间越短，感应电流就越大，表明感应电动势越大．
(3)感应电动势的大小随磁通量变化快慢的增大而增大．
2．法拉第电磁感应定律
(1)内容：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．
(2)表达式：E＝n，其中n是线圈匝数，是磁通量的变化率．
二、电磁感应现象的应用
1．变压器
(1)作用：变压器是把交流电的电压升高或者降低的装置．
(2)构造：原线圈(初级线圈)、副线圈(次级线圈)、闭合铁芯．
2．变压器原理
(1)原理：利用电磁感应原理来改变交流电的电压．
(2)公式：＝，U1、U2分别是原、副线圈两端的电压，n1、n2分别是原、副线圈的匝数．
3．ABS系统
(1)ABS系统的作用：汽车紧急制动时，如果车轮被制动装置抱死，车轮将出现滑动，方向盘就会失灵，汽车将甩尾侧滑，可能发生严重的交通事故．为防止这种现象，人们发明了防抱死制动系统(ABS)．
(2)ABS系统的组成：由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀组成．轮速传感器的作用是采集车轮转速信号，它是利用电磁感应现象测量车轮转速的．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)决定闭合电路中感应电动势大小的因素是磁通量的变化量．
(×)
(2)闭合电路中感应电动势的大小由磁通量的变化率决定． (√)
(3)由E＝n可知，E与ΔΦ成正比． (×)
(4)变压器也可能改变恒定电压． (×)
(5)变压器的原理是电磁感应定律． (√)
(6)实际变压器输入功率一定大于输出功率． (√)
[提示] (1)决定闭合电路中感应电动势的大小因素是磁通量的变化率．
(3)E与ΔΦ无关，与成正比．
(4)变压器只能改变交流电的电压，不能改变恒定电压．
2．下列关于电磁感应的说法中，正确的是( )
A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
B．穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零
C．穿过线圈的磁通量的变化量越大，感应电动势越大
D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D [越大，表示磁通量变化越快，感应电动势越大．]
3．如图所示，变压器原、副线圈匝数比为1∶2，则副线圈中电压表读数为( )
A．0 B．2 V
C．4 V D．8 V
A [由于原线圈接的是直流电源，所以通过副线圈的磁通量不变，因此副线圈中电压表读数为0，选项A正确．]
电磁感应定律
1．如何区分磁通量Φ，磁通量的变化量ΔΦ，磁通量的变化率
(1)Φ是状态量，是在某时刻(某位置)穿过闭合回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时，Φ＝BS.
(2)ΔΦ是过程量，是表示闭合回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常见磁通量变化方式有：B不变，S变；S不变，B变；B和S都变；回路在磁场中相对位置改变(如转动等)．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．
(3)表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称磁通量的变化率．
(4)Φ、ΔΦ、的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v、Δv、三者类比．值得指出的是：Φ很大，可能很小；Φ很小，可能很大；Φ＝0，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，＝0；反之，当Φ为零时，最大．
2．电磁感应定律
(1)产生感应电动势的条件
只要穿过某个电路的磁通量发生变化，就会产生感应电动势，产生感应电动势的那部分导体相当于电路的电源．
(2)电磁感应定律
感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率是指磁通量变化的快慢．不能理解为感应电动势与磁通量或磁通量的变化量成正比．感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率，与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有直接的联系．
【例1】 如图甲所示，某线圈一共50匝，若穿过线圈的磁通量随时间的变化如图乙所示，则a、b两点间的电压是多少？
甲 乙
思路点拨：①由图乙可求.
②由E＝n计算电压．
[解析] 求a、b两点的电压就是求线圈中的感应电动势，
由图乙得＝ V＝1 V，
故E＝n＝50 V，
所以a、b两点间电压等于50 V.
[答案] 50 V
(1)E＝n研究整个闭合回路，适用于各种电磁感应现象．
(2)E＝n一般应用于磁感应强度变化所产生的感应电动势的计算．
1．(多选)穿过一个10匝线圈的磁通量每秒钟均匀地减少2 Wb，则该线圈中的感应电动势( )
A．大小不变 B．随时间均匀变化
C．减少了20 V D．等于20 V
AD [题中磁通量每秒钟均匀地减少2 Wb，即＝2 Wb/s，故E＝n＝20 V．]
理想变压器的规律及应用
1．理想变压器
不计变压器线圈的热损失和铁芯发热损失的能量，变压器副线圈提供给用电器的电功率等于发电机提供给原线圈的电功率．
2．特点
理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过原、副线圈的磁通量相同，穿过每匝线圈的磁通量的变化率也相同，因此每匝线圈产生的感应电动势相同，原、副线圈产生的电动势和原、副线圈的匝数成正比．在线圈电阻不计时，线圈两端电压等于电动势．所以变压器原、副线圈的两端电压与匝数成正比．
3．升压变压器和降压变压器
由变压器公式＝知，当变压器原线圈匝数少，副线圈匝数多时，副线圈两端电压高于原线圈两端电压，则变压器为升压变压器；当变压器原线圈匝数多，副线圈匝数少时，副线圈两端电压低于原线圈两端电压，则变压器为降压变压器．
4．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，即＝.
(2)理想变压器的输出功率等于输入功率，P入＝P出，即U1I1＝U2I2.因此，原、副线圈中的电流之比等于匝数的反比，即＝.
【例2】 (多选)如图所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是( )
A．图中M是闭合的铁芯
B．发电机应与线圈Ⅰ相连，升高后的电压由c、d两端输出
C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈
D．变压器是根据电磁感应原理工作的
AD [由题知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先转化成磁场能，再在副线圈中转化成电能，所以C错，故选A、D.]
(1)变压器由原线圈、副线圈和闭合的铁芯组成．
(2)若原线圈匝数大于副线圈匝数，则为降压变压器；若原线圈匝数小于副线匝数，则为升压变压器．
2．如图所示为一台理想变压器，初、次级线圈的匝数分别为n1＝400匝，n2＝800匝，连接导线的电阻忽略不计，那么可以确定( )
①这是一台降压变压器
②这是一台升压变压器
③次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的2倍
④次级线圈两端的电压是初级线圈两端电压的一半
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
C [由＝得U2＝2U1，变压器为升压变压器，②③正确．]
1．(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，若“井”字形回路中有感应电流通过，则可能( )
A．v1＞v2 B．v1＜v2
C．v1＝v2 D．无法确定
AB [只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，“井”字形回路中的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流．故选项A、B正确．]
2．下图中，属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是( )
C [变压器不改变直流电压，A、D错；升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少，B错，C对．]
3．一个20匝、面积为200 cm2的圆形线圈放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若该磁场的磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量为________，磁通量的平均变化率为______，线圈中感应电动势的大小为________．
[解析] 磁通量变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S－B1S＝0.5×0.02 Wb－0.1×0.02 Wb＝0.008 Wb，
＝ Wb/s＝0.16 Wb/s
E＝n＝20×0.16 V＝3.2 V.
[答案] 0.008 Wb 0.16 Wb/s 3.2 V
课件37张PPT。第二章 电磁感应与电磁场第二节 电磁感应定律的建立
第三节 电磁感应现象的应用越大增大越大越大越大穿过这一电路的磁通量的变化率变化率线圈匝数升高或者降低原线圈(初级线圈)副线圈(次级线圈)电磁感应原理两端的电压匝数传感器传感器× × × √ √ √ 电磁感应定律 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(八)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题7分)
1．下列说法中正确的是( )
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，产生的感应电动势越大
C．线圈放在磁场越强的位置，产生的感应电动势越大
D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势越大
D [根据法拉第电磁感应定律知，线圈中感应电动势大小与磁通量变化快慢有关，与磁通量大小、磁通量变化的大小都无关，故D正确．]
2．法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中的感应电动势的大小( )
A．跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比
B．跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比
C．跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比
D．跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比
C [根据法拉第电磁感应定律可知，C正确．]
3．(多选)如图所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用0.05 s，第二次用0.1 s，设插入方式相同，下面的叙述正确的是( )
A．两次线圈中磁通量变化相同
B．两次线圈中磁通量变化不同
C．两次线圈中磁通量变化率相同
D．两次线圈中磁通量变化率不相同
AD [两次插入过程中，线圈中磁通量的变化是相同的，但由于插入的时间不同，故磁通量的变化率不同，选项A、D正确．]
4．(多选)当穿过线圈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有关
D．如有感应电流，则其大小与线圈的电阻有关
BD [穿过线圈的磁通量发生变化时，一定产生感应电动势；若是闭合回路，才有感应电流，且感应电动势大小与电阻无关，感应电流大小与电阻有关．]
5．理想变压器的原线圈匝数不变，原线圈接入电压有效值恒定的交流电，则副线圈的( )
A．匝数越少，输出电压越高
B．匝数越多，输出电压越高
C．输出功率比输入功率小
D．输出功率比输入功率大
B [理想变压器的输出功率与输入功率相等，C、D错误；由＝可知，U2＝U1，可见，n1、U1大小一定时，n2越大，输出电压U2越大，故A错误，B正确．]
6．一个理想变压器的原、副线圈匝数之比为3∶1，将原线圈接在6 V电池组上，则副线圈两端电压为( )
A．18 V B．2 V
C．0 D．6 V
C [由于原线圈接在电池组上，流过的是大小、方向不变的电流，使得穿过副线圈的磁通量不发生变化，故副线圈中不产生感应电动势．]
二、非选择题(8分)
7．一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10 Ω，置于水平面上．若穿过线框的磁通量在0.02 s内，由垂直纸面向里，从6.4×10－2 Wb均匀减小到零，再反向均匀增加到9.6×10－2 Wb.求在此时间内，线圈内导线中的感应电流的大小．
[解析] 设垂直纸面向外为正方向，在0.02 s内，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1
＝9.6×10－2 Wb＋6.4×10－2 Wb＝0.16 Wb
根据法拉第电磁感应定律：
E＝n＝10× V＝80 V
根据闭合电路欧姆定律I＝＝ A＝8.0 A.
[答案] 8.0 A
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表的示数是12 mA，则电流表的示数为( )
A．3 mA B．0
C．48 mA D．与负载R的值有关
B [变压器只能工作于交流电路，不能工作在电压恒定和电流恒定的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，闭合电路中的磁通量均匀变化，产生恒定电动势．在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以中无电流通过．]
2．如图所示，两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流表，下列哪种方法不可能使线圈B中产生感应电流( )
A．将开关S接通或断开的瞬间
B．开关S接通一段时间之后
C．开关S接通后，改变变阻器滑动头的位置时
D．拿走铁环，再做这个实验，开关S接通或断开的瞬间
B [A、C、D选项中，A线圈中产生变化的磁场，故B线圈中能产生感应电流；B选项中，A线圈通有恒定电流时，不能使B线圈中产生感应电流．]
3.如图所示，闭合开关S，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用0.2 s，第二次用0.4 s，并且两次的起始和终止位置相同，则 ( )
A．第一次磁通量变化较大
B．第一次?的最大偏角较大
C．若断开S，?均不偏转，故均无感应电动势
D．以上说法都不对
B [由于两次条形磁铁插入线圈的起始和终止位置相同，因此磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1相同，故A错误．根据法拉第电磁感应定律，第一次磁通量变化较快，所以感应电动势较大；而闭合电路电阻相同，所以感应电流也较大，故B正确．若S断开，虽然电路不闭合，没有感应电流，但感应电动势仍存在，所以C错误．]
4．一台理想降压变压器从10 kV的线路中降压并提供200 A的负载电流．已知两个线圈的匝数比为40∶1，则变压器的输出电压及输出功率是( )
A．250 V，50 kW B．10 kV，200 kW
C．250 V，200 kW D．10 kV，2×103kW
A [由＝得U2＝＝V＝250 V，由理想变压器功率关系得P入＝P出＝U1I1＝U2I2＝200×250 W＝50 kW.故选项A正确．]
二、非选择题(本题共2小题，共22分)
5．(10分)一理想变压器，其原线圈为2 200匝，副线圈为440匝，并接一个100 Ω的负载电阻，如图所示．
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A.
(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为________V，电流表示数为________A．此时输入功率为________W.
[解析] (1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零．
(2)由＝得
U2＝U1＝220× V＝44 V(电压表读数)
I2＝＝ A＝0.44 A(电流表读数)
P入＝P出＝I2U2＝0.44×44 W＝19.36 W.
[答案] (1)0 0 (2)44 0.44 19.36
6．(12分)一面积为S＝4×10－2 m2、匝数n＝100匝的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于线圈平面，磁感应强度随时间的变化率为＝2 T/s.穿过线圈的磁通量的变化率是多少？线圈中产生的感应电动势是多少？
[解析] 穿过线圈的磁通量的变化率
＝·S＝2×4×10－2 Wb/s
＝8×10－2 Wb/s
由法拉第电磁感应定律得
E＝n＝100×8×10－2 V＝8 V.
[答案] 8×10－2 Wb/s 8 V
