12.7 电磁感应及其应用 学案（无答案）

电磁感应及其应用
【学习目标】
1．收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。
2．通过实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。
3．通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。
4．通过实验了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活中和生产中的应用。
【学习重难点】
1．通过实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。
2．通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。
【学习过程】
一、自主学习，完成填空
1．电磁感应现象：
2．感应电流的产生条件① ②
3．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍
。这里的阻碍可以理解为“反抗增大、补偿减小”。
4．从磁通量变化的角度来看，感应电流“阻碍磁通量变化”。由磁通量的计算式Φ=BScosα（α是指B、S之间的夹角），可知，磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：
① S、α不变，B改变，这时ΔΦ=
② B、α不变，S改变，这时ΔΦ=
③ B、S不变，α改变，这时ΔΦ=BS（cosα2-cosα1）
④另外还有B、S、α中有两个或三个一起变化的情况。此时只能使用公式ΔΦ=Φ2-Φ1．
从阻碍相对机械运动的角度来看，感应电流总是阻碍 。
从阻碍自身电流变化的角度来看，感应电流“阻碍自身电流变化”。这就是 。
5．楞次定律的应用，可以分为五步：①确定研究对象②确定原磁场方向；③ ； ④ （增反减同）；⑤根据 判定感应电流的方向。
6．对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，右手定则和楞次定律的结论是完全一致的。
右手定则的内容：让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向 方向，四指的指向就是导体内部所产生的 的方向。四指的指向还可以代表等效电源的 极。
7．法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与 ，其数学表达式E = 。一般情况下该关系式表示的是电动势的 值。
8．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率是三个完全不同的物理量。磁通量的符号是 ，磁通量的变化量的符号为 ，磁通量的变化率的符号是 。
9．导体棒做切割磁感线时，感应电动势的大小与 B成正比，与
L成正比，与 v成正比，与
θ成正比。 表达式为E= 。
其特例为E= 。式中的v如果是瞬时值，则E表示感应电动势的 值。
10．电磁感应现象仍然遵循能量守恒定律，在这里过程中 能转化为 能。
①导体切割磁感线发生电磁感应现象中（发电机），导体克服安培力做功的过程，就是 能向 能的转化，电能在回路中最后转化为 能，其能量关系W安=ΔE机=E电=Q。
②电动机电路中，欧姆定律I=U/R不再适用，是因为电动机两端的电压U= ，其中 表示反电动势，反电动势越大，表示电能向 能转化的能力越 。其中的能量关系是UI= 。
11．由于线圈 发生变化而产生的电磁感应现象，称为自感现象。自感现象中产生的感应电动势称作 。这个电动势阻碍导体中 。当导体中的电流在增大时，自感电动势与原电流方向 ，当导体中的电流在减小时，自感电动势与电流方向 。注意：“阻碍”不是“阻止”，电流还是在变化的。
12．线圈的自感系数与线圈的 、 、 等因素有关。线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越 。除此之外，线圈加入铁芯后，其自感系数就会 。
13．自感系数的单位： ，有1mH = H，1μH = H。
14．日光灯构造包括 、 、 。日光灯镇流器的工作原理是 ，镇流器的作用 。
15．涡流是指整块导体 。
涡流的典型应用有 。
二、难点分析
（一）要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念。
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ΔΦ/Δｔ
Wｂ/S
表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢
1．Φ，ΔΦ，ΔΦ/Δｔ大小没有直接关系，可以与运动学中ｖ，Δｖ，Δｖ/Δｔ三者类比。
2．磁通量的变化率ΔΦ/Δｔ与匝数的多少无关。
3．关于磁通量变化
在匀强磁场中，磁通量Φ=B(S(cosα（α是B与S的夹角），磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：
① S．α不变，B改变，这时ΔΦ=ΔB(Scosα
② B．α不变，S改变，这时ΔΦ=ΔS(cosBα
③ B．S不变，α改变，这时ΔΦ=BS(cosα2-cosα1)
当B．S、α中有两个或三个一起变化时，就要分别计算Φ1．Φ2，再求Φ2-Φ1了。
在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：
① 如图所示，矩形线圈沿a →b →c在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M沿条形磁铁轴线向右移动，穿过该线圈的磁通量如何变化？
（穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大）
② 如图所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈B、C，与环形导线a在同一平面内。当a中的电流增大时，穿过线圈B、C的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？
（B、C线圈所围面积内的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。）
③ 如图所示，虚线圆a内有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈B、C，与虚线圆a在同一平面内。当虚线圆a中的磁通量增大时，穿过线圈B、C的磁通量各如何变化？在相同时间内哪一个变化更大？

。
（二）如何理解楞次定律中的“阻碍”二字的意义。
一般可以从不同的层次加以分析。具体地说有四层意思需要搞清楚：① 谁阻碍谁？是感应电流的磁通量阻碍原磁场的磁通量。② 阻碍什么？阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身。③ 如何阻碍？当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”。④ 结果如何？阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢。结果是增加的还是增加；减少的继续减少。
从阻碍相对运动的角度来看，感应电流“阻碍相对运动”（注意不是阻碍运动，类似于摩擦力）。这个结论可以用能量守恒来理解：既然有感应电流产生，就有其他能向电能转化。由于是由相对运动引起的，那就是机械能减少，转化为电能。
（三）楞次定律的应用
1）右手定则仅适用于导体切割磁感线产生感应电动势（电流）的情况，对于这种情况用右手定则判断方向较为方便。
2）楞次定律也可以理解为：
A．阻碍相对运动，即“来拒去留”。
B．使线圈面积有扩大或缩小的趋势。
C．阻碍原电流的变化（自感现象）。
利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，达到快速准确的效果。
（四）法拉第电磁感应定律的几个关系式的联系与区别
1．法拉第电磁感应定律E= n中，表示在Δt时间内磁通量的平均变化率，E是在Δt时间内平均感应电动势，，也可称为感生电动势，式中n是线圈的匝数。(若ΔΦ均匀变化，则平均感应电动势等于瞬时感应电动势)。
2．公式E=BLvsinθ是法拉第电磁感应定律的一种特殊情形，也是电磁感应现象中最常用的公式。此电动势也可称为动生电动势
（1）式中B与L垂直，v与L垂直，θ是v与B的夹角。
（2）式中B为匀强磁场的磁感应强度（或在切割导体所在区域大小相同），L为导体在磁场中的有效长度。
（3）当v是导体的平均速度时，E是平均感应电动势，当v是导体的瞬时速度时，E是瞬时感应电动势。
3．E＝Δφ/Δt和是一致的，前者是一般规律，后者是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线时的具体表达式。在中学阶段，前者一般用于求平均值，后者用于求瞬时值。
计算瞬时的力和功率等瞬时值时，必须采用电动势的瞬时值，而计算电量时必须采用平均值。
4．感应电量：在Δt时间内闭合电路的磁通量变化量为Δφ，回路电阻为R，则通过电路中某一横截面的电量q=
三、物理思想和方法小结：
1．磁与电的千丝万缕的关系反映了事物的普遍联系。实际上物理学不应该是关于运动、力、热、空气、光、电等许多现象的罗列，而应该把整个宇宙容纳在一个体系中。
2．对变化量、变化率、变化快慢等问题的深入理解及其应用。
3．进一步认识瞬时值与平均值的联系与区别。
4．探究物理问题，可以通过实验，也可以是通过理论推导，二者相辅相成。
5．重视实验研究，注重探究过程，尤其是动态过程。