第三章DISANZHANG电磁感应
一、电磁感应现象
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.在如图所示的实验装置图中,能够说明电磁感应现象的
是( )
解析:A中小磁针在运动过程中闭合回路的磁通量并没发生变化,没有感应电流产生,所以A不能证明磁能生电。B中导体棒在切割磁感线的过程中,闭合回路中将有感应电流产生,说明电能生磁。C中导体棒受安培力而发生运动,说明电流在磁场中会受力。D项中只能判断电路的导通与材料的关系。由以上分析可知B正确。
答案:B
2.(多选)关于感应电流,下列说法中正确的是( )
A.只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生
B.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生
C.线圈不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流
D.只要闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动,电路中就一定有感应电流
解析:产生感应电流的条件是只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生。由此可知C、D正确。
答案:CD
3.关于产生感应电流的条件,下列说法正确的是( )
A.位于磁场中的闭合线圈,一定能产生感应电流
B.闭合线圈和磁场发生相对运动,一定能产生感应电流
C.闭合线圈做切割磁感线运动,一定能产生感应电流
D.穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化,一定能产生感应电流
解析:感应电流产生的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,由此可知选项D正确。
答案:D
4.发电机利用水力、风力等动力推动线圈在磁场中转动,将机械能转化为电能。这种转化是利用了( )
A.电流的热效应
B.电磁感应原理
C.电流的磁效应
D.磁场对电流的作用原理
解析:发电机通过推动线圈在磁场中转动将机械能转化为电能,从本质上理解应属于线圈磁通量发生变化产生感应电流,所以这种转化利用了电磁感应原理。
答案:B
5.(多选)
如图所示,电流表与螺线管组成闭合电路,以下不能使电流表指针偏转的是( )
A.将磁铁向下插入螺线管
B.磁铁放在螺线管中不动时
C.将磁铁从螺线管中抽出
D.磁铁静止而将螺线管向上移动
解析:使电流表指针偏转,即产生了感应电流,所以闭合回路中的磁通量发生了变化,选项A、C、D均可。
答案:ACD
6.(多选)
如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中,线圈能产生感应电流的是 ( )
A.导线中电流变大
B.线框向右平动
C.线框向下平动
D.线框以ab边为轴转动
E.线框以直导线为轴转动
解析:对选项A,因I增大而引起导线周围的磁场增强,使穿过线框的磁通量增大,故A正确。
对选项B,因离开直导线越远,磁感线分布越疏(如图甲所示),因此线框向右平动时,穿过线框的磁通量变小,故B正确。
对选项C,由图甲可知,线框向下平动时穿过线框的磁通量不变,故C错误。
对选项D,可用一些特殊位置来分析。当线框在图甲所示位置时,穿过线框的磁通量最大;当线框转过90°时,穿过线框的磁通量为零,因此可以判定线框以ab边为轴转动时磁通量一定变化,故D正确。
对选项E,先画出俯视图如图乙所示,由图可看出,线框绕直导线转动时,在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变,因此无感应电流,故E错误。
答案:ABD
7.导学号66824047
如图所示,导线ab和cd相互平行,则在下列情况中导线cd中无电流的是( )
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S是闭合的,但滑片向左滑
C.开关S是闭合的,但滑片向右滑
D.开关S始终闭合,滑片不动
解析:只有当ab中的电流发生变化时,包含导线cd的闭合回路的磁通量发生变化,导线cd中才有感应电流。
答案:D
8.
通电导线正下方放一线圈abcd,如图所示,则穿过线圈abcd的磁通量Ф为多少?
解析:通电直导线产生的磁场是以导线为中心的同心圆,直导线恰好在线圈的中线正上方,所以穿过线圈的直导线产生的磁场的磁感线两边对称、有进有出,相当于没有磁感线穿过,磁通量始终为零。
答案:零
B组(15分钟)
1.(多选)下列各图中能产生感应电流的是( )
解析:选项A中,穿过闭合线圈的磁通量不变;选项D中,穿过闭合线圈的磁通量始终为零也不变;选项B、C中,穿过闭合回路的磁通量变化,故产生感应电流。
答案:BC
2.
(多选)如图所示,矩形闭合导线与匀强磁场垂直,一定产生感应电流的是( )
A.垂直于纸面平动
B.以一条边为轴转动
C.线圈形状逐渐变为圆形
D.沿与磁场垂直的方向加速平动
解析:产生感应电流要求穿过闭合回路的磁通量发生变化。线框垂直纸面运动,磁通量没有发生变化,所以A项错。线框沿与磁场垂直的方向加速运动,磁通量没有发生变化,所以D项错。
答案:BC
3.如图所示,线圈A插在线圈B中,线圈B与电流计接成闭合电路,线圈A与蓄电池、开关、滑动变阻器组成另一个电路,用此装置来研究电磁感应现象,下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间电流计指针发生偏转
B.开关闭合稳定后电流计指针发生偏转
C.开关断开瞬间电流计指针不发生偏转
D.开关闭合稳定后再移动滑动变阻器的滑片,指针不再发生偏转
解析:开关闭合、断开或开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片时,线圈中电流均会发生变化,从而产生的磁场强弱发生变化,线圈B的磁通量也随之变化,会产生感应电流,指针发生偏转,选项A正确,C、D错误;开关闭合稳定后,线圈A产生的磁场不发生变化,无感应电流产生,指针不偏转,B错误。
答案:A
4.导学号66824048
如图所示,一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ,在这个过程中,线圈中的磁通量 ( )
A.是增加的 B.是减少的
C.先增加,后减少 D.先减少,后增加
解析:条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示,由图可知线圈中磁通量是先减少,后增加。D选项正确。
答案:D
5.线圈在长直导线电流的磁场中,初始时各线圈与导线同一平面,若各线圈做如图所示的运动:A向右平动;B向下平动;C绕轴转动(ad边向外);D从纸面向纸外做平动;E向上平动(E线圈有个缺口)。判断各线圈中有没有感应电流,分别简述原因。
解析:A线圈中无感应电流。因A线圈中没有磁通量变化。
B线圈中有感应电流。因通电导线周围的磁感应强度分布特点是离导线越远,磁感应强度越弱。故B线圈远离通电导线过程中,线圈中磁通量减少,即磁通量发生变化。
C线圈中有感应电流。因C线圈转动过程中,线圈中的磁通量先减少后增加再减少,周期性变化。
D线圈中有感应电流。因D线圈平动过程中,线圈中的磁通量减少,发生了变化。
E线圈中无感应电流。因E线圈不闭合。
答案:见解析:
6.
导学号66824049如图所示,在条形磁铁中部垂直套有A、B两个圆环,试分析穿过A环、B环的磁通量谁大?
解析:此题可通过比较穿过两环的磁感线净条数的多少来判断磁通量的大小。条形磁铁外部的磁感线是从N极出发,经外空间磁场到S极,在磁铁内部的磁感线是从S极向N极,又因磁感线是闭合的
平滑曲线,所以条形磁铁内外磁感线条数一样多。从下向上穿过A、B环的磁感线条数一样多,而从上向下穿过A环的磁感线多于B环,则A环从下向上穿过的净磁感线条数少于B环,所以穿过B环的磁通量大于穿过A环的磁通量。
答案:穿过B环的磁通量大于穿过A环的磁通量。
1
(共35张PPT)
第三章 电磁感应
一、电磁感应现象
读一读
辨一辨
一、划时代的发现
阅读教材第46页“划时代的发现”部分,了解电磁感应现象发现过程,体会物理学家探究历程。
1.哪位物理学家发现了电流的磁效应?
答案:丹麦物理学家奥斯特在1820年发现了电流的磁效应。
2.法拉第在1831年发现了什么现象,从而揭示了电与磁的进一步的关系,开辟了人类历史的新纪元?
答案:电磁感应现象。
读一读
辨一辨
二、电磁感应现象
阅读教材第46页“电磁感应现象”部分,知道什么是电磁感应现象,了解电磁感应现象的发现对电磁学的发展所起的作用。
1.什么是电磁感应现象?什么是感应电流?
答案:闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生感应电流,物理学中把这类现象叫作电磁感应。
由电磁感应产生的电流叫作感应电流。
2.电磁感应现象的发现有什么意义?
答案:电磁感应现象的发现为完整的电磁学理论奠定了基础,奏响了电气化时代的序曲。
读一读
辨一辨
三、电磁感应的产生条件
阅读教材第47页“电磁感应的产生条件”部分,了解电磁感应的产生条件的探究过程,熟记感应电流的产生条件。
1.如何理解磁通量?
答案:穿过一个闭合电路的磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路磁感线的多少”。
2.感应电流产生的条件是什么?
答案:①闭合电路;②磁通量发生变化。
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)不论用什么方法,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有电流产生。 ( )
解析:感应电流的产生条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。不论采用何种方法,只要满足上述条件,就可以产生感应电流。
答案:√
(2)穿过闭合电路的磁通量只与磁场的强弱有关。 ( )
解析:磁通量可以描述为“穿过闭合回路的磁感线的条数的多少”。所以磁通量还与闭合回路的面积有关。
答案:×
读一读
辨一辨
(3)只要穿过闭合回路的磁通量变大,闭合回路中才有感应电流产生。 ( )
解析:磁通量的变化可以是变大,也可以是变小。
答案:×
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(1)法拉第经过近十年的科学探索,终于发现了电磁感应现象,他关于“磁生电”的感悟是什么?
答案:他感悟到“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的现象。
(2)闭合电路的一部分导体在磁场中运动时一定产生感应电流吗?
答案:不一定。要看闭合电路的磁通量是否变化,如果闭合电路的磁通量不发生变化,就不会产生感应电流。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 对磁通量的理解
如图所示,面积相同的线圈放在磁场中的不同位置,其中S1、S3与磁场垂直,S2与磁场方向有一个夹角,S4与磁场平行。思考后回答:
(1)穿过哪个面的磁通量最大,哪个面的磁通量最小?
(2)如果增大S4的面积,穿过其面积的磁通量是否增大?
(3)是不是磁场越强,线圈的面积越大,穿过这个线圈的磁通量也就越大?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
要点提示(1)S1最大,S4最小。
(2)S4的磁通量不变。
(3)不能这样说,磁通量的大小不仅仅与磁场的强弱和线圈的面积有关,还与线圈放在磁场中的角度有关。例如,当线圈平面与磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,此时,穿过该线圈的磁通量就为零。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.磁通量的物理意义
我们可以用“穿过闭合电路磁感线条数的多少”来形象地理解“穿过这个闭合电路的磁通量”,即穿过某一回路的磁感线条数越多,穿过这个回路的磁通量就越大,反之,就越小。
例如,同一个平面,当跟磁场方向垂直时,穿过它的磁感线条数最多,磁通量最大;当跟磁场方向平行时,没有磁感线穿过它,即穿过它的磁通量为零;如果穿过两个面的磁感线条数相等,则穿过它们的磁通量相等。
2.磁通量的单位
在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,符号是Wb。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
3.磁通量的正负
磁通量是标量,但有正负之分,磁通量的正负既不表示大小,也不表示方向,仅是为了计算方便而引入的,它的正负是这样规定的:任何一个面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正值,则从反面穿入时磁通量为负值。
4.磁通量变化的几种常见情况
(1)闭合回路面积S的变化引起磁通量的变化
如图所示,导体做切割磁感线运动使面积发生变化而改变了穿过回路的磁通量。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
(2)磁感应强度的变化引起磁通量的变化
如图甲所示,通过磁极的运动改变穿过回路的磁通量;图乙通过改变原线圈中的电流从而改变磁场的强弱,进而改变穿过回路的磁通量。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
(3)线圈平面与磁场方向夹角的变化引起磁通量的变化
使穿过线圈的磁感线的条数发生变化,进而改变穿过回路的磁通量。例如在匀强磁场中闭合矩形线圈沿垂直于磁感线的固定轴OO'转过90°角的过程中,磁通量由0变到最大。
温馨提示既然磁通量描述的是穿过某一面积的磁感线条数,所以磁通量与线圈的匝数无关。同样,磁通量的变化也与线圈的匝数无关。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐向右远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.保持不变 D.不能确定
解析:通电直导线产生的磁场的特点是离导线越远,磁场越弱。当线圈向右运动时,由于磁场减弱,穿过线圈的磁通量将减小,所以只有B项正确。
答案:B
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
归纳总结解决本题要掌握两点知识:(1)通电直导线周围的磁场分布:通电直导线产生磁场的磁感线是一个一个的同心圆,且远离直导线时磁场逐渐减弱;(2)磁通量变化的影响因素:穿过一个闭合电路(或一个面)的磁通量与该线圈的面积、磁感应强度及该面与磁场方向的夹角有关,题中夹角和线圈的面积没有发生变化,而穿过线圈的磁场逐渐减弱,所以穿过线圈的磁通量逐渐减小。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练166824045(多选)如图所示,环形金属软弹簧所处平面与某一匀强磁场垂直,将弹簧沿半径方向向外拉成圆形,则以下措施不能使该金属弹簧中磁通量变化的是( )
A.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成方形
B.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成三角形
C.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成方形
D.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成三角形
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
解析:本题考查的内容为对磁通量变化的理解。磁场不变,金属弹簧平面与磁场方向的夹角也不变,若面积大小变化,穿过金属弹簧的磁通量就变化;反之,磁通量就不会变化。周长不变,圆形变成方形或三角形时,面积肯定发生变化,故磁通量会变化。
答案:CD
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 对感应电流产生条件的理解
奥斯特发现电流的磁效应后,许多物理学家提出了一个对应的问题:磁场也能产生电流吗?瑞士物理学家丹尼尔·科拉顿对这个问题进行了探究:他将一个螺线管与电流计相连,为了避免强磁性磁铁的影响,他把电流计用长导线连着,放在另外一个房间。科拉顿没有助手,当他把磁铁投入螺线管中后,立即跑到另一个房间去观察。十分可惜,他未能观察到电流计指针的偏转。后来有位科学家感叹道:“可怜的科拉顿,在跑来跑去中丢失了良机。”你认为科拉顿的实验是否成功产生了感应电流?为什么他错失良机?
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
要点提示科拉顿的实验成功地产生了感应电流,但因为感应电流只有在磁通量变化过程中才能产生,所以科拉顿跑动过程中电流已经消失,当然错失看到电流计指针偏转的良机。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.回路中有无感应电流的判断
判断回路中是否有感应电流的依据:
(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.引起穿过闭合回路的磁通量变化的情况
(1)磁场本身发生变化,即S不变、B变化,如磁场随时间或空间的变化而改变。
(2)回路自身发生变化,即B不变、S变化,或B不变、S不变、θ变化。
(3)磁场变化的同时,回路本身也发生变化。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】66824046(多选)下列各项中,闭合矩形线圈中能产生感应电流的是( )
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析:选项A中因为线圈平面平行于磁感线,穿过线圈的磁通量始终为零,所以无感应电流产生;选项B中,竖直向上运动过程中,线圈平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零,故无感应电流产生;选项C中,线圈平面与磁感线平行,与选项B相同,故无感应电流产生;选项D中尽管线圈在转动,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;选项E中,图示状态Φ=0,当转过90°时Φ=BS,所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化,因此转动过程中线圈中产生感应电流;选项F中,螺线管内通入交变电流,因此产生的磁场强弱、方向也在变化,穿过线圈的磁通量发生变化,所以产生感应电流,故选项E、F正确。
答案:EF
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
归纳总结判断是否产生感应电流的依据就是看产生感应电流的条件——穿过闭合电路的磁通量是否变化。
本题中引起磁通量变化的原因有:
(1)磁感应强度B发生变化。
(2)磁感应强度B和面积S的夹角θ发生变化。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2(多选)如图所示,线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过,下列说法正确的是( )
A.进入匀强磁场区域的过程中,abcd中有感应电流
B.在匀强磁场中加速运动时,abcd中有感应电流
C.在匀强磁场中加速运动时,abcd中没有感应电流
D.离开匀强磁场区域的过程中,abcd中没有感应电流
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析:从回路中磁通量有无“变化”来判断是否产生感应电流,是触及本质的方法,也更能抓住要点得出正确结论。若从切割磁感线的角度考虑问题,必须全面比较闭合电路中各部分切割的情况。在有界的匀强磁场中,常常需要考虑闭合回路进场、出场和在场中运动的情况,无论abcd在匀强磁场中做匀速还是加速运动,穿过abcd的磁通量都没有发生变化。
答案:AC
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练3(多选)如图所示装置,在下列各种情况中,能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是( )
A.开关S接通的瞬间
B.开关S接通后,电路中电流稳定时
C.开关S接通后,滑动变阻器滑片滑动的瞬间
D.开关S断开的瞬间
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析:开关S接通的瞬间,穿过铜质闭合线圈的磁通量从没有到有,发生了变化,产生感应电流,A正确;开关S接通后,电路中电流稳定时,穿过铜质闭合线圈的磁通量不变,不产生感应电流,B错误;开关S接通后,滑动变阻器滑片滑动的瞬间,电流发生变化,产生变化的磁场,使穿过铜质闭合线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,C正确;开关S断开的瞬间,穿过铜质闭合线圈的磁通量从有到没有,发生了变化,产生感应电流,D正确。
答案:ACD
1 2 3 4 5
1.(物理学史)物理学领域里的每次重大发现,都有力地推动了人类文明的进程。最早利用磁场获得电流,使人类得以进入电气化时代的科学家是( )
A.库仑 B.奥斯特
C.安培 D.法拉第
解析:法拉第发现了电磁感应现象,开启了人类进入电气化时代的大门;库仑得出了两点电荷之间的作用力关系;奥斯特发现电流可以产生磁场;安培发现了电流产生的磁场方向的判断法则——安培定则。
答案:D
1 2 3 4 5
2.(感应电流的产生条件)关于电磁感应现象的说法中,正确的是( )
A.只要穿过闭合电路中的磁通量不为零,闭合电路中就一定有感应电流产生
B.穿过闭合电路中的磁通量减少,则电路中感应电流就减小
C.穿过闭合电路中的磁通量越大,电磁感应现象越明显
D.穿过闭合电路中的磁通量变化越快,电磁感应现象越明显
解析:只有闭合电路的磁通量发生变化时,才有感应电流,所以选项A错。感应电流的大小只与磁通量的变化快慢有关,与磁通量的大小、磁通量的变化量没有必然的关系。所以选项B、C错。
答案:D
1 2 3 4 5
3.(对磁通量的理解)关于磁通量的概念,下面的说法正确的是( )
A.磁场中某处的磁感应强度越大,面积越大,则穿过线圈的磁通量一定就越大
B.放在磁场中某处的一个平面,穿过它的磁通量为零,该处磁感应强度一定为零
C.磁通量的变化不一定是由于磁场的变化而产生的
D.磁场中某处的磁感应强度不变,放在该处线圈的面积也不变,则磁通量一定不变
1 2 3 4 5
解析:磁通量的大小不仅与磁感应强度及面积的大小有关,还与所研究电路所在平面和磁感应强度的方向的关系有关,故A、B项错;磁通量的变化可能是因为磁场的变化引起,也可能因为面积的变化引起,或者两者均变或所研究电路所在平面与磁场方向关系变化而引起,所以C项正确;而D项中有可能线圈放置方向改变,也会引起磁通量改变,所以不正确。
答案:C
1 2 3 4 5
4.(电磁感应现象的理解)如图所示,线圈两端接在电流表上组成闭合电路。在下列情况中,电流表指针不发生偏转的是( )
A.线圈不动,磁铁插入线圈
B.线圈不动,磁铁从线圈中拔出
C.磁铁不动,线圈上、下移动
D.磁铁插在线圈内不动
解析:产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。线圈和电流表已经组成闭合回路,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电流,电流表指针就会发生偏转。在A、B、C三种情况下,线圈和磁铁发生相对运动,穿过线圈的磁通量发生变化,产生感应电流;而当磁铁插在线圈中不动时,线圈中虽然有磁通量,但磁通量不变化,不产生感应电流。
答案:D
1 2 3 4 5
5.(感应电流的产生条件的应用)如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d。一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域,若d>l,求线圈中不产生感应电流的时间。
二、法拉第电磁感应定律
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.(多选)下列叙述是影响感应电动势大小的因素的是( )
A.磁通量的大小 B.磁通量的变化率
C.电路是否闭合 D.线圈的匝数多少
解析:单匝线圈感应电动势的大小与磁通量的变化率有关。变化越快,感应电动势越大;多匝线圈可认为是多个感应电动势的叠加,故B、D项正确。
答案:BD
2.(多选)关于电磁感应产生感应电动势大小的正确表述是( )
A.穿过导体框的磁通量为零的瞬间,线框中的感应电动势有可能很大
B.穿过导体框的磁通量越大,线框中的感应电动势一定越大
C.穿过导体框的磁通量的变化量越大,线框中的感应电动势一定越大
D.穿过导体框的磁通量的变化率越大,线框中的感应电动势一定越大
解析:本题主要考查对磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的理解。感应电动势的大小与磁通量的大小无关,而是与磁通量的变化率成正比。当导体框的磁通量为零的瞬间,线框中的感应电动势可能很大。
答案:AD
3.(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
解析:若不是闭合回路,则没有感应电流,选项A错;感应电动势的大小与线圈的电阻无关,选项C错。
答案:BD
4.关于感应电动势的大小,下列说法正确的是( )
A.穿过闭合回路的磁通量最大时,其感应电动势一定最大
B.穿过闭合回路的磁通量为零时,其感应电动势一定为零
C.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时,其感应电动势一定为零
D.穿过闭合回路的磁通量由不为零变为零时,其感应电动势一定不为零
解析:磁通量大小与感应电动势大小不存在内在的联系,故A、B项错误;当磁通量由不为零变为零时,闭合回路的磁通量一定改变,一定有感应电流产生,有感应电流就一定有感应电动势,故C项错误,D项正确。
答案:D
5.A、B两个单匝闭合线圈,穿过A线圈的磁通量由0增加到3×103 Wb,穿过B线圈的磁通量由5×103 Wb增加到6×103 Wb。则两个电路中产生的感应电动势EA和EB的关系是( )
A.EA>EB B.EA=EB
C.EA解析:由于两种情况下磁通量发生变化所对应的时间未知,故无法比较两线圈中磁通量变化快慢。
答案:D
6.有一种高速磁悬浮列车的设计方案是在每节车厢底部安装强磁铁(磁场方向向下),并且在沿途两条铁轨之间平放一系列线圈。下列说法中不正确的是( )
A.列车运动时,通过线圈的磁通量会发生变化
B.列车速度越快,通过线圈的磁通量变化越快
C.列车运动时,线圈中会产生感应电动势
D.线圈中的感应电动势的大小与列车速度无关
解析:列车运动时,安装在每节车厢底部的强磁铁产生的磁场使通过线圈的磁通量发生变化;列车速度越快,通过线圈的磁通量变化越快,根据法拉第电磁感应定律可知,由于通过线圈的磁通量发生变化,线圈中会产生感应电动势,感应电动势的大小与通过线圈的磁通量的变化率成正比,与列车的速度有关。由以上分析可知,选项A、B、C正确,选项D不正确。
答案:D
7.导学号66824051穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图①~④所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是( )
A.图①中,回路产生的感应电动势恒定不变
B.图②中,回路产生的感应电动势一直在变大
C.图③中,回路在0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势
D.图④中,回路产生的感应电动势先变小再变大
解析:在图①中,=0,感应电动势为零,故选项A错;在图②中,为一定值,故感应电动势不变,选项B错;在图③中,0~t1内的比t1~t2内的大,选项C错;在图④中,图线上各点切线的斜率绝对值先变小后变大,故选项D对。
答案:D
8.
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,试求:
(1)两次线圈中平均感应电动势之比。
(2)两次线圈之中电流之比。
解析:(1)由法拉第电磁感应定律得
。
(2)利用欧姆定律可得
。
答案:(1)2∶1 (2)2∶1
9.导学号66824052
桌面上放一个单匝线圈,线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁铁,此时线圈内的磁通量为0.04 Wb;把条形磁铁竖放在线圈内的桌面上时,线圈内的磁通量为0.12 Wb。分别计算以下两个过程中线圈中的感应电动势大小。
(1)把条形磁铁从图中位置在0.5 s内放到线圈内的桌面上。
(2)换用10匝的矩形线圈,线圈面积和原单匝线圈相同,把条形磁铁从图中位置在0.1 s内放到线圈内的桌面上。
解析:(1)线圈中磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2-Φ1=0.12 Wb-0.04 Wb=0.08 Wb,产生的感应电动势为E= V=0.16 V。(2)线圈匝数为10匝,运动时间为0.1 s时,线圈中磁通量的变化量为ΔΦ=Φ2-Φ1=0.12 Wb-0.04 Wb=0.08 Wb,产生的感应电动势为E=n=10× V=8 V。
答案:(1)0.16 V (2)8 V
B组(15分钟)
1.(多选)将一磁铁缓慢或者迅速插到闭合线圈中的同一位置处,不发生变化的物理量是( )
A.磁通量的变化量
B.磁通量的变化率
C.感应电流的大小
D.流过导体横截面的电荷量
解析:将磁铁插到闭合线圈的同一位置,磁通量的变化量相同,而用的时间不同,所以磁通量的变化率不同,感应电流I=,感应电流的大小不同,流过线圈横截面的电荷量Q=I·Δt=,两次磁通量的变化量相同,电阻不变,所以Q与磁铁插入线圈的快慢无关。
答案:AD
2.(多选)
单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,线圈所围面积内的磁通量随时间变化的规律如图所示,则( )
A.O时刻线圈中感应电动势最大
B.D时刻线圈中感应电动势最大
C.D时刻线圈中感应电动势为零
D.O到D时间内线圈中的平均感应电动势为0.4 V
解析:E=,而恰是Φ-t图线的切线斜率,故切线斜率值越大,感应电动势越大。图中D时刻Φ最大,而最小等于零;0时刻Φ为零,而最大;0至D时间内线圈中的平均感应电动势为E= V=0.4 V。
答案:ACD
3.
如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3 s时间拉出,外力所做的功为W1,通过导线截面的电荷量为q1;第二次用0.9 s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则( )
A.W1B.W1C.W1>W2,q1=q2
D.W1>W2,q1>q2
解析:两次拉出时,磁通量的变化量ΔФ相同,所用时间t1∶t2=1∶3。由E=得E1∶E2=3∶1,所以回路中电流之比为I1∶I2=3∶1。由于线框被匀速拉出磁场,故外力所做的功等于克服安培力所做的功,有W=Fl=BIl·l=BIl2,故有W1∶W2=I1∶I2=3∶1,即W1>W2。又由q=得q1=q2,C项正确。
答案:C
4.(多选)穿过一个电阻为1 Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀地变化2 Wb,则( )
A.线圈中的感应电动势一定是每秒减小2 V
B.线圈中的感应电动势一定是2 V
C.线圈中的感应电流一定是每秒减小2 A
D.线圈中的感应电流一定是2 A
解析:由法拉第电磁感应定律知E= V=2 V,选项A错误,B正确;由欧姆定律知I= A=2 A,选项C错误,D正确。
答案:BD
5.
导学号66824053(多选)一个面积S=4×10-2 m2,匝数n=100匝的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是( )
A.在开始2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/s
B.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 V
D.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零
解析:磁通量的变化率。由图象知前2 s的=2 T/s,所以=2×4×10-2 Wb/s=0.08 Wb/s,A项正确。在开始的2 s内,磁感应强度B由2 T减小到0,又从0向反方向增加到2 T,所以这2 s内的磁通量变化量为ΔΦ=ΔBS=[2-(-2)]×4×10-2 Wb=0.16 Wb,B项错。在开始的2 s内,E=n=100×0.08 V=8 V,C项正确。第3 s末穿过线圈的磁感应强度为零、磁通量虽然为零,但磁通量的变化率却不为零。第3 s末的感应电动势等于2~4 s内的平均电动势,E=n=nS=100×2×4×10-2 V=8 V,所以D项错。
答案:AC
6.如图所示,矩形线圈abcd质量为m,宽为d,在竖直平面内由静止自由下落。其下方有如图所示的匀强磁场,磁场上、下边界水平,宽度也为d,线圈ab边刚进入磁场就开始做匀速运动,那么在线圈穿越磁场的全过程中,产生了多少电热?
解析:ab刚进入磁场就做匀速运动,说明安培力与重力刚好平衡,在下落2d的过程中,动能不变,重力势能全部转化为电能,电能又全部转化为电热,所以产生电热Q=2mgd。
答案:2mgd
1
(共27张PPT)
二、法拉第电磁感应定律
读一读
辨一辨
一、感应电动势
阅读教材第51~52页“感应电动势”部分,知道什么是感应电动势。知道影响感应电动势大小的因素。
1.什么是感应电动势?产生感应电动势的那部分导体在电路中所起的作用是什么?
答案:在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体在电路中相当于电源。
2.如何判断感应电动势的大小呢?
答案:让产生感应电动势的那部分导体和其他元件组成一个简单的回路,根据感应电流的大小判断感应电动势的大小:感应电流越大,感应电动势就越大。
读一读
辨一辨
3.在电磁感应现象中,感应电动势的大小跟什么因素有关呢?
答案:跟磁通量的变化率(即磁通量变化的快慢) 有关, 大,产生的感应电动势也就越大。
读一读
辨一辨
二、法拉第电磁感应定律
阅读教材第52~53页“法拉第电磁感应定律”部分,熟记法拉第电磁感应定律的内容,会用E= 和E=n 计算感应电动势。
1.什么是磁通量的变化率?其物理意义是什么?
答案:单位时间内穿过回路的磁通量的变化量叫作磁通量的变化率,用 表示。其物理意义是描述磁通量变化的快慢。
2.法拉第电磁感应定律的内容是什么?
答案: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。
3.法拉第电磁感应定律的表达式是怎样的?
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)闭合电路中感应电动势的大小与线圈匝数无关。 ( )
答案:×
(2)闭合电路中感应电动势的大小跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比。 ( )
解析:感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。
答案:×
(3)穿过闭合电路的磁通量均匀变化,回路中的感应电流也在均匀变化。 ( )
答案:×
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(2)电磁感应现象中的电能是如何产生的?电能的产生过程中遵循能量守恒吗?
答案:在电磁感应现象中,无论是导体切割磁感线运动,还是把磁铁插入线圈或从线圈中拔出,都是消耗了机械能才获得了电能,在转化过程中遵守能量守恒。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 区分磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率
如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由位置Ⅰ平移到位置Ⅱ,第二次将金属框绕cd边翻转到位置Ⅱ,设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则ΔΦ1等于ΔΦ2吗?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
要点提示设线框在位置Ⅰ时的磁通量为ΦⅠ,在位置Ⅱ时的磁通量为ΦⅡ,直线电流产生的磁场在位置Ⅰ处比在位置Ⅱ处要强,则ΦⅠ>ΦⅡ。
将线框从位置Ⅰ平移到位置Ⅱ,磁感线是从线框的同一面穿过的,所以ΔΦ1=|ΦⅡ-ΦⅠ|=ΦⅠ-ΦⅡ;将线框从位置Ⅰ绕cd边转到位置Ⅱ,磁感线分别从线框的正反两面穿过,所以ΔΦ2=|(-ΦⅡ)-ΦⅠ|=ΦⅠ+ΦⅡ(以原来穿过为正,则后来从另一面穿过的为负),所以有ΔΦ1<ΔΦ2。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.区分磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
2.当磁通量Φ很大时,磁通量的变化量ΔΦ可能很小。同理,当磁通量的变化量ΔΦ很大时,若经历的时间很长,则磁通量的变化率也可能很小,磁通量的变化率 的大小与磁通量Φ的大小和磁通量的变化量ΔΦ的大小均无决定关系。
3.磁通量的变化量ΔΦ与电路中感应电动势的有无相联系,穿过电路的ΔΦ≠0是电路中存在感应电动势的前提;而磁通量的变化率
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
温馨提示Φ、ΔΦ、 的大小没有直接关系,即
(1)穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化量不一定大,磁通量的变化率也不一定大。
(2)穿过一个平面的磁通量的变化量大,磁通量不一定大,磁通量的变化率也不一定大。
(3)穿过一个平面的磁通量的变化率大,磁通量和磁通量的变化量都不一定大。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】 下列说法正确的是( )
A.磁通量越大,磁通量的变化量也越大
B.磁通量变化越大,磁通量的变化率也越大
C.磁通量变化率越大,磁通量变化得越快
D.磁通量等于零时,磁通量的变化率也为零
解析:穿过一个平面的磁通量大,磁通量的变化量不一定大,磁通量的变化率也不一定大,所以A、B均错误。磁通量的变化率 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢,磁通量变化率越大,磁通量变化得就越快,故C正确。磁通量等于零时,磁通量可能正在变,此时磁通量的变化率可以不为零,故D错误。
答案:C
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
题后反思搞清楚磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率 之间的区别,知道它们之间的大小无直接关系是处理问题的关键。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练1一个200匝、面积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,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是 ,磁通量的变化率是 。?
解析:磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S-B1S=(0.5-0.1)×0.02 Wb=8×10-3 Wb,
答案:8×10-3 Wb 0.16 Wb/s
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 对法拉第电磁感应定律的理解
利用法拉第电磁感应定律求出的感应电动势是平均值还是瞬时值?如何结合Φ-t图象求解感应电动势?
要点提示在高中阶段,利用公式E=n 求出的电动势是在Δt时间内的平均感应电动势,也是整个闭合电路的总电动势,只有当Δt→0时,它所表达的才是瞬时感应电动势;法拉第电磁感应定律中磁通量的变化率 可以从分析Φ-t图象上某点切线的斜率求解。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率 ,而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 一个正方形的金属框,电阻R=0.2 Ω,垂直放在匀强磁场中,此时穿过线圈的磁通量为0.015 Wb,若磁场在0.05 s内消失,求线框中的感应电流为多大。
原来穿过线框的磁通量为Φ1=0.015 Wb
经Δt=0.05 s磁通量变为Φ2=0
磁通量的变化量
ΔΦ=|Φ2-Φ1|=0.015 Wb
根据法拉第电磁感应定律,线框中感应电动势的大小为
答案:1.5 A
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
归纳总结计算感应电动势大小的步骤
(1)明确磁通量的变化量及所用的时间。
(2)运用法拉第电磁感应定律求解。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练266824050如图为穿过某线圈的磁通量随时间变化的Φ-t图象,已知线圈匝数为10匝,则0~2 s线圈中产生的感应电动势大小为 V,2~6 s线圈中产生的感应电动势大小为 V,6~8 s 线圈中产生的感应电动势大小为 V。?
解析:0~2 s,ΔΦ1=2 Wb,
2~6 s,ΔΦ2=0,E2=0;
6~8 s,ΔΦ3=-2 Wb-2 Wb=-4 Wb,
答案:10 0 20
1 2 3 4 5
1.(对Φ、ΔΦ和 的理解)下列说法正确的是( )
A.磁通量大,磁通量变化量一定大
B.磁通量变化大,磁通量变化率一定大
C.磁通量为零,磁通量的变化率为零
D.磁通量为零,磁通量的变化率不一定为零
解析:磁通量对应一个状态,而磁通量变化对应一个过程,所以磁通量变化的大小与磁通量的大小无直接关系,选项A错;同理磁通量变化ΔΦ的大小与变化的具体过程有关,包括变化的快慢以及变化的时间,而磁通量的变化率只描述磁通量变化的快慢,所以只有选项D正确。
答案:D
1 2 3 4 5
A.穿过线圈的磁通量Φ越大,感应电动势E一定越大
B.穿过线圈的磁通量的改变量ΔΦ越大,感应电动势E一定越大
C.穿过线圈的磁通量的变化率 越大,感应电动势E一定越大
D.穿过线圈的磁通量发生变化的时间Δt越小,感应电动势E一定越大
解析:根据法拉第电磁感应定律可知,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,C对;磁通量大或者磁通量的变化量大,磁通量的变化率都不一定大,故A、B错;当磁通量的变化量一定时,时间越短,磁通量的变化率才越大,故D错。
答案:C
1 2 3 4 5
3.(多选)(对电磁感应现象的理解)关于感应电动势和感应电流,下列说法中正确的是( )
A.只有当电路闭合,且穿过电路的磁通量发生变化时,电路中才有感应电动势
B.只有当电路闭合,且穿过电路的磁通量发生变化时,
电路中才有感应电流
C.不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电动势
D.不管电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电流
1 2 3 4 5
解析:电磁感应现象的实质就是当穿过线圈平面的磁通量发生变化时,线路中产生感应电动势。如果电路闭合,就有感应电流,如果电路不闭合,就只有感应电动势而没有感应电流。
答案:BC
1 2 3 4 5
4.(Φ-t图象的应用)穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系如图所示,在下列几段时间内,线圈中感应电动势最小的是( )
A.0~2 s B.2~4 s
C.4~5 s D.5~10 s
解析:图象斜率的绝对值越小,表明磁通量的变化率越小,感应电动势也就越小。显然,5~10 s图线斜率的绝对值最小。
答案:D
1 2 3 4 5
5.(E=n 的应用)一个边长L=1 m的单匝正方形线框放在匀强磁场中,穿过它的磁通量在0.05 s内由3×10-2 Wb增加到8×10-2 Wb。则穿过线框磁通量的变化量为 Wb,线框中产生的感应电动势的大小为 V。?
解析:ΔΦ=(8×10-2-3×10-2) Wb=5×10-2 Wb
答案:5×10-2 1
三、交变电流
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.(多选)关于交变电流和直流的说法中,正确的是( )
A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流
B.直流的大小可以变化,但方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
解析:交变电流和直流的根本区别是电流方向是否变化,故A错误,B、D正确。并非所有交变电流都按正弦或余弦规律变化,只有正弦式交变电流才按正弦或余弦规律变化,C错。
答案:BD
2.(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是( )
A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的峰值
B.用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值
C.给定的交流数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值
D.交变电流的有效值是根据与直流有相同的热效应来定义的
解析:电路中各种电表的示数均是有效值,各种电器设备所标注的额定电压、额定电流也都是有效值。
答案:CD
3.(多选)
一个按正弦规律变化的交变电流的i-t图象如图所示,根据图象可以断定( )
A.交变电流的频率f=0.2 Hz
B.交变电流的有效值I有=14.1 A
C.交变电流瞬时值表达式i=20sin(0.02t) A
D.在t=时刻,电流的大小与其有效值相等
解析:从图中可以看出,交变电流的最大值为Im=20 A,有效值为I有= A=10 A≈14.1 A
交变电流的周期为T=0.02 s,所以f==50 Hz
交变电流的瞬时值表达式为
i=Imsin ωt=Imsin(2πft)=20sin(314t) A
在t=时,交变电流的瞬时值为i=Imsint=Imsin ,所以选B、D。
答案:BD
4.下列说法中正确的是( )
A.使用交变电流的电器设备铭牌上所标的电压、电流值均为峰值
B.用交流电压表和电流表测得的交流数值是有效值
C.一耐压值为300 V的电容器能接在220 V的正弦交流电压上
D.所有交变电流都存在E=的关系
解析:交流电压表和电流表测量的是交变电流的有效值,B项正确;交流用电器铭牌上标的是有效值,A项错误;220 V 指有效值,最大值Emax=220 V=311 V>300 V,电容器会被击穿,C项错误;E=仅适用于正弦式(余弦式)交变电流,D项错误。
答案:B
5.一个电阻接在10 V的直流电源上,它的发热功率是P,当接到电压为u=10sin ωt V的交流电源上,它的发热功率是( )
A.0.25P B.0.5P
C.P D.2P
解析:计算交流的发热功率,必须用有效值,即P'=,而P=,所以P'=,故B正确。
答案:B
6.一用电器,其两端交流电压的表达式是u=100sin 50πt V,以下说法正确的是( )
A.该交变电流的频率是50 Hz
B.与该用电器并联的交流电压表的读数是100 V
C.与该用电器并联的交流电压表的读数是100 V
D.该交变电流的方向每秒改变100次
解析:由交变电流的瞬时值表达式u=100sin 50πt V可知,Um=100 V,ω=50π rad/s。
由ω=2πf得交变电流的频率
f==25 Hz,
一周期内方向改变两次,所以每秒该交变电流的方向改变50次。
交流电压表测量的是有效值,所以其读数U==100 V。
答案:B
7.图中画出了六种电流随时间变化的图象。这六个图中的电流,都随时间t做周期性变化,其中属于正弦式交变电流的是 。?
解析:方向发生变化的电流称为交变电流,所以①、③、⑤、⑥属于交变电流;电流、电压按正弦规律变化的交变电流称为正弦式电流,故③为正弦式电流。
答案:③
8.如图是一个按正弦规律变化的交变电流的图象。根据图象可知该交变电流的电压有效值是 V,频率是 (选填“0.2”或“5”)Hz。?
解析:正弦交变电流有效值和最大值之间的关系为
U==50 V=70.7 V。
由图象知其周期T=0.2 s,
所以频率f==5 Hz。
答案:70.7 5
B组(15分钟)
1.(多选)在相同的时间内,某正弦式交变电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量,与一电流为3 A的直流通过同一阻值的电阻产生的热量相等,则( )
A.此交变电流的有效值为3 A,最大值为3 A
B.此交变电流的有效值为3 A,最大值为6 A
C.电阻两端的交流电压的有效值为300 V,最大值为300 V
D.电阻两端的交流电压的有效值为300 V,最大值为600 V
解析:根据交变电流有效值的定义方法易知交变电流的有效值为3 A;根据最大值是有效值的倍关系,易知交变电流的最大值为3 A;根据欧姆定律U=IR,则有U有效=I有效R,Umax=ImaxR,得电阻两端的交流电压的有效值为300 V,最大值为300 V。
答案:AC
2.某交流电压为u=6sin 314t V,则下列说法不正确的是( )
A.此交变电流作为打点计时器电源时,打点周期为0.02 s
B.把额定电压为6 V的小灯泡接到此电源上,小灯泡正常发光
C.把额定电压为6 V的小灯泡接到此电源上,小灯泡将烧毁
D.耐压6 V的电容器不能直接用在此电源上
解析:由交变电流的电压的瞬时值表达式U=Umsin ωt,得Um=6 V。所以U==6 V,所以B项对,C项错。由ω=314=得T=0.02 s,所以A项对。由于Um>6 V,所以D项对。
答案:C
3.已知交变电流的瞬时值的表达式是i=5sin 50πt A,从t=0到第一次出现最大值的时间是( )
A.6.25 s B. s
C. s D. s
解析:由i=Imsin ωt得ω=50π。
由ω=得T==0.04 s。
由正弦波规律,经过周期有最大值。
所以t= s。
答案:D
4.
如图所示的电路中,A是熔断电流I0=2 A的保险丝,R是可变电阻,S是交流电源。交流电源的内阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220sin 314t V。为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于( )
A.110 Ω B.110 Ω
C.220 Ω D.220 Ω
解析:保险丝熔断电流I0=2 A为有效值,该交流电动势的有效值为U= V=220 V,故电阻的最小阻值Rmin= Ω=110 Ω。
答案:B
5.导学号66824055如图甲所示的正弦式交变电流,接入图乙所示电路的M、N两端。已知图乙电路中的定值电阻R=110 Ω,电流表A为理想电流表,C为击穿电压为250 V的电容器,D为熔断电流I0=2.5 A的保险丝。则下列说法中正确的有( )
A.电流表读数为2.82 A
B.若将电容器C接到P、Q两点之间,电容器C不会被击穿
C.保险丝D接入电路中的图示位置,肯定会被熔断
D.若保险丝不被熔断,在10个周期内,电阻R发出的热量为88 J
解析:由题给交流电压图象可知,该交流电压的最大值Um=311 V,周期T=0.02 s。
交流电流表所测得的电流值为有效值,因而电流表读数为I= A=2 A,选项A错误。
电容器的击穿电压是指电容器被击穿时电压值的下限。因而与之相对应的应该是交流电压的最大值,亦即电容器C只能接入电压的最大值小于250 V的交流电路中,今将其接入P、Q两点之间会被击穿,选项B错误。
保险丝的熔断是由于电流的热效应所致,熔断电流值指的是电流的有效值,I0=2.5 A>2 A,所以保险丝D不会被熔断,选项C错误。
交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的,所以计算电阻R上发出热量则应该用有效值计算,10个周期内电阻R上发出热量Q=I2Rt=×110×10×0.02 J=88 J,选项D正确。
答案:D
6.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示,该发电机线圈的内阻不计。问:
(1)现将R=100 Ω的用电器接在此交流电路上,它消耗的功率是多大?
(2)如果某一电容器接在电路中,则电容器的耐压值至少应为多大?
解析:(1)电动势的有效值E= V=50 V,P= W=50 W。
(2)电容器的耐压值指电压的最大值,故电容器的耐压值至少为100 V。
答案:(1)50 W (2)100 V
5
(共30张PPT)
三、交变电流
读一读
辨一辨
一、交流发电机
阅读教材第55页“交流发电机”部分,知道交流发电机的工作原理,通过观察演示实验,体会什么是交变电流、交变电流与直流的区别。
1.交流发电机是由哪两部分组成的?
答案:定子和转子。
2.发电机的工作原理是什么?
答案:发电机的工作原理是电磁感应现象。转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生感应电动势。如果线圈两端连着用电器,线圈和用电器组成闭合回路,回路中就会有感应电流产生。
读一读
辨一辨
3.通过观察演示实验,电流表的指针会怎样摆动?思考后说明电流怎么变化?
答案:指针左右摆动,说明流过电流表的电流的大小和方向均不断变化。
4.交流和直流
大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流,简称交流。方向不变的电流叫直流。
读一读
辨一辨
二、交流的变化规律及交流的有效值
阅读教材第56页“交流的变化规律”和第58页“交流的有效值”部分,知道什么是正弦式交变电流,掌握描述交流的物理量,理解交变电流的有效值。
1.什么是正弦式交变电流?如何显示交变电流的变化规律?
答案:电流或电压随时间按正弦函数规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,交变电流的变化规律可以用示波器显示出来。
2.正弦式交变电流、电压随时间变化的规律是什么?
答案:i=Imsin ωt,u=Umsin ωt。
读一读
辨一辨
3.描述交变电流的变化规律的物理量有哪些?
答案:(1)峰值:交变电流在变化过程中电流、电压所能达到的最大值,又叫作交流的峰值,用Im、Um表示。
(2)周期:交流完成一次周期性变化所用的时间,用符号T表示,单位是秒(s)。
(3)频率:交流在1 s内发生周期变化的次数,用符号f表示,单位是赫兹(Hz)。
4.周期和频率有什么关系?
读一读
辨一辨
5.什么是交变电流的有效值?
答案:把交变电流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间里它们产生的热量相等,我们就把这个直流电压、电流的数值称作交流电压、电流的有效值。
6.正弦式交变电流的有效值和峰值的关系是怎样的?
读一读
辨一辨
三、交变电流能够“通过”电容器
阅读教材第57页“交流能够通过电容器”部分,知道交流通过电容器的本质及电容器的应用。
1.交变电流通过电容器的本质
当电容器接到交流电路上时,由于电容器交替进行充电和放电,从而在电路中形成电流,表现为交流“通过”了电容器。
2.电容器的作用和应用
电容器能够通交流、隔直流,这一点在电子技术中有重要应用。
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)直流的大小、方向都不能变。 ( )
解析:直流是方向不变的电流。
答案:×
(2)电容器具有“通直流,阻交流”的特点。 ( )
解析:电容器的两个极板是被绝缘介质隔开,故直流不能通过。但当交流接在电容器上时,电容器在交流电路中会表现出充电和放电交替进行,在外电路看来,导线中有电荷流动,表现出“通过”了电容器。
答案:×
读一读
辨一辨
(3)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。 ( )
解析:交变电流的有效值,是根据电流的热效应规定的:把交变电流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间内它们产生的热量相等,我们就把这个直流电压、电流的数值称作交流电压、电流的有效值。
答案:√
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(1)所有的交变电流峰值和有效值之间都满足 倍的关系吗?
答案:不是。只有正弦式交变电流的峰值和有效值之
间才满足此关系。其他形式的交变电流的峰值和有效值一般不满足此关系。
读一读
辨一辨
(2)在直流电路中,灯泡和电容器串联,灯泡不会亮;在交流电路中,灯泡和电容器串联(如图)。灯泡会亮吗?
答案:电容器可以“通交流、隔直流”,所以接直流时,灯泡不会亮,但是接交变电流时,灯泡会亮。
读一读
辨一辨
(3)描述交变电流变化快慢的物理量有哪些?它们之间有什么关系?描述交变电流大小的物理量有哪些?对于正弦式电流,它们之间有何关系?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 对交变电流的理解
把两个发光颜色不同的发光二极管并联,注意使两者正负极的方向不同,然后连接到教学用的发电机的两端(如图)。转动手柄,两个磁极之间的线圈随着转动,观察发光二极管的发光情况,实验现象说明了什么?
要点提示可以观察到两个发光二极管交替发光。该实验说明了发电机产生的电流的方向随时间变化,不是直流,是交变电流。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.直流与交变电流的对比
按大小和方向的变化规律,可将电流作如下的分类:
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
2.正弦式交变电流的有效值和瞬时值
正弦式交变电流的某一时刻的电流、电压可表示为i=Imsin ωt,u=Umsin ωt。其中,Im、Um分别是电流和电压的峰值。
按正弦规律变化的交变电流,它的有效值和峰值之间的关系为
电路中各种电表的示数均是有效值,各种电器设备所标注的额定电压、额定电流也都是有效值。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】66824054(多选)在如图甲所示的电路中,电阻R的阻值为50 Ω,在ab间加上图乙所示的正弦式交变电流,则下面说法中正确的是( )
A.交流电压的有效值为100 V
B.电流表示数为2 A
C.产生该交变电流的线圈在磁场中转动的角速度为3.14 rad/s
D.在1分钟内电阻R上产生的热量为1.2×104 J
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
答案:ABD
归纳总结要注意的是,所说电压表、电流表的示数,只要没有特别声明,均是指有效值。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练1一正弦式交变电流的u-t图象如图所示,由图可知:该交变电流的频率为 Hz,电压的有效值为 V。?
解析:由题图知T=0.02 s,交变电流的频率
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 对交变电流能够通过电容器的理解
使用220 V交流电源的电器设备和电子仪器,金属外壳和电源之间都有良好的绝缘,但是有时候用手触摸外壳时仍会有“麻手”的感觉,用试电笔测试时氖管也会发光,这是为什么呢?采取什么措施可解决这一问题?
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
要点提示与电源连接的机芯和金属外壳构成一个电容器,交变电流能够通过这个“电容器”,也就是说机芯、外壳间始终在进行着充、放电,所以你能感觉到“漏电”。解决方案就是让金属外壳接地。其实现在生产的电气设备都增加了这一接地线。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
把交流电源接到电容器两极板上后,当交流的电压升高时,电源给电容器充电,电荷向电容器极板上聚集,在电路中,形成充电电流;当交流的电压降低时,电容器放电。原来极板上聚集的电荷又放出,在电路中形成放电电流。电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交流“通过”了电容器,但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 (多选)对电容器能通交流的原因,下列说法中正确的是( )
A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流
B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流
C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动
D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器
解析:由题意知,当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,导致电荷定向移动,从而使电路中有交变电流,对于恒定不变的直流,不能通过电容器,故B、D正确,A、C错误。
答案:BD
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
归纳总结电容器的特点是“通交流,隔直流”,本质上是交替充放电的过程,实际上自由电荷并没有通过电容器。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2如图所示的电路中,若要灯泡持续发光,则S端应该接入( )
A.交流电源 B.直流电源
C.滑动变阻器 D.开关
解析:若要灯泡持续发光,电路中必须有电流,直流不能通过电容器,而交变电流能够通过电容器,选项A正确。
答案:A
1 2 3 4 5
1.(对交变电流的理解)如图为电流i随时间t变化的图象,则其中属于交变电流的是( )
解析:只有A项中的电流方向发生了周期性变化,其他各项中电流的方向没有变化,故只有A属于交变电流。
答案:A
1 2 3 4 5
2.(多选)(电容器对交变电流的影响)如图所示电路中,以下结论正确的是( )
A.a、b若接直流,灯泡不亮
B.a、b若接直流,灯泡也可发光
C.a、b若接交变电流,灯泡发光,灯泡和电容都有电荷通过
D.a、b若接交变电流,灯泡发光,电容中无电荷通过
解析:电容器具有“通交流,隔直流”的特点,所以通直流时灯泡不亮。电容器能通过交变电流,本质上是交替充放电的过程,实际上自由电荷并没有通过电容器。
答案:AD
1 2 3 4 5
3.(多选)(交变电流最大值和有效值的关系)关于交变电流的有效值U和最大值Umax,下列说法正确的是( )
C.照明电压220 V,动力电压380 V指的都是有效值
D.交流电压表和交流电流表测的都是最大值
解析:电压、电流的有效值和峰值之间的 倍关系是仅限于正弦式交变电流而言的,所以选项A是错误的,选项B是正确的;在交变电流的描述中没有特殊说明的情况下的电流和电压均指有效值,所以选项C是正确的;电流表和电压表测的是有效值,所以选项D不正确。
答案:BC
1 2 3 4 5
4.(交变电流的图象)小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示。此线圈与一个R=10 Ω的电阻构成闭合
电路,不计电路的其他电阻,下列说法正确的是( )
A.交变电流的周期为0.125 s
B.交变电流的频率为8 Hz
C.交变电流的有效值为 A
D.交变电流的最大值为4 A
答案:C
1 2 3 4 5
5.(有效值的计算)如图所示,一交变电流随时间变化的图象,交变电流的有效值为 。?
解析:取一个周期,则恒定电流中
Q1=I2Rt。①
交变电流中
Q1=Q2。③
由①②③得I=5 A。
答案:5 A
四、变压器
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.对于理想变压器,下列说法中不正确的是( )
A.原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大
B.原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大
C.原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化
D.当副线圈的电流为零时,原线圈的电压也为零
解析:理想变压器的输入功率等于输出功率,所以A项正确。原、副线圈的电流的比值不变,所以B项正确。原线圈的电压决定于电源的电压,与副线圈无关,所以C项正确。
答案:D
2.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )
A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等
C.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
解析:通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;因理想变压器无漏磁,故B错误;由互感现象知C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为电能,原副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。
答案:C
3.对理想变压器作出的判断正确的是( )
A.高压线圈匝数多、电流大、导线粗
B.低压线圈匝数少、电流小、导线细
C.高压线圈匝数多、电流大、导线细
D.低压线圈匝数少、电流大、导线粗
解析:根据,电压高的匝数多,电流小,用细线。电压低的,匝数少,电流大,用粗线。
答案:D
4.(多选)一个正常工作的理想变压器的原、副线圈中,下列哪些物理量一定相等( )
A.交变电流的频率 B.电流的有效值
C.电功率 D.磁通量的变化率
解析:由变压器的工作原理可知输入、输出交变电流的频率相同,穿过原、副线圈的磁通量变化率相等,所以A、D正确;理想变压器没有能量损失,即输入、输出功率相等,所以C正确;对于升、降压变压器中原、副线圈中电流的最大值、有效值不相同,所以B错误。
答案:ACD
5.
如图所示,一理想变压器原线圈两端所加的电压U1=1 100 V时,副线圈两端的电压U2=220 V。若此变压器副线圈的匝数n2=200,则原线圈的匝数n1为( )
A.2 000 B.1 000
C.200 D.100
解析:由公式U1∶U2=n1∶n2,可解得n1=1 000,故选B。
答案:B
6.如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是( )
解析:由得副线圈电灯两端的输出电压U2=U1,由题意知U2>U1,所以n2>n1,则C图正确。
答案:C
7.一台理想变压器,原、副线圈的匝数比n1∶n2=20∶1,原线圈接入220 V的交流电压,副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电,则副线圈中的电流为( )
A.2 A B.0.1 A
C.0.5 A D.0.005 A
解析:由解得副线圈两端的输出电压U2=·n2= V=11 V,所以副线圈的电流I2= A=0.1 A。
答案:B
8.
如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=4∶1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一定交流电压后,两电阻消耗的电功率之比PA∶PB= ,两电阻两端电压之比UA∶UB= 。?
解析:对理想变压器,有。
又UA=I1R,UB=I2R,
故。
又PA=R,PB=R,
所以。
答案:1∶16 1∶4
9.理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1,若原线圈上加u=400sin 100πt V的交流电压,则在副线圈两端用交流电压表测得电压是多少?
解析:由U=Umsin ωt,
得Um=400 V,
所以U1==400 V,
由,得U2=100 V。
答案:100 V
B组(15分钟)
1.一个理想变压器的原线圈和副线圈的匝数之比为2∶1,如果将原线圈接在6 V的电池组上,则副线圈的电压是 ( )
A.12 V B.3 V
C.0 D. V
解析:原线圈接在电池组上,电池组输出的为恒定电压,不存在磁通量的变化,也就无法在副线圈中产生感应电动势,所以,此时副线圈的电压为0。
答案:C
2.如图所示,一台变压器原、副线圈的匝数分别为n1=400匝,n2=800匝,连接导线的电阻忽略不计,那么可以确定( )
A.这是一台降压变压器
B.副线圈中产生的电动势是利用电磁感应产生的
C.当原线圈通大小变化的直流电流时,副线圈中没有电流
D.断开负载电阻R,副线圈两端电压降为零
解析:变压器的原理就是利用原、副线圈中的电磁感应现象而工作的。当副线圈中匝数比原线圈中匝数多时,为升压变压器;反之为降压变压器,只要原线圈接的是变化电流,副线圈中就一定有感应电动势产生,与副线圈是否闭合无关。
答案:B
3.(多选)如图甲所示为我们常见的街头变压器,它们通常是把变电站送来的正弦式交流电压(图乙)转换为我们生活中常用的220 V的交流电压。原线圈所接电源电压波形如图所示,原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1,串联在原线圈电路中的电流表示数为1 A,下列说法中正确的是( )
A.变压器输出端所接交流电压表示数为20 V
B.变压器输出端所接交流电压表示数为20 V
C.变压器输出的交变电流频率为100 Hz
D.变压器输出的交变电流频率为50 Hz
解析:由图象知,原线圈所接电源电压最大值为Um=200 V,有效值为U1==200 V。
由U1∶U2=n1∶n2得U2=U1=×200 V=20 V
故选项B正确。由图象知T=0.02 s,所以f==50 Hz,选项D正确。
答案:BD
4.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1,副线圈接三个相同的灯泡,均能正常发光,若在原线圈上也有一相同的灯泡L,则( )
A.灯L也能正常发光 B.灯L将会烧坏
C.灯L比另三个灯都暗 D.不能确定
解析:原线圈、副线圈电流之比,I1=,副线圈中通过每灯的电流等于其额定电流I额=,通过灯L的电流I1==I额,所以也能正常发光。
答案:A
5.
如图所示为理想变压器,它的原线圈接在交流电源上,副线圈接一个标有“12 V,100 W”的灯泡。已知变压器原、副线圈匝数之比为18∶1,那么灯泡正常工作时,图中的交流电压表读数为 V,交流电流表读数为 A。?
解析:由公式得U1=U2=216 V;因理想变压器的输入、输出功率相等,所以I1==0.46 A,所以交流电压表、交流电流表读数分别为216 V、0.46 A。
答案:216 0.46
6.导学号66824058一台理想变压器,其原线圈2 200匝,副线圈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的交流电源上时,电压表示数为 V,电流表示数为 A。此时输入功率为 W,变压器效率为 。?
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
效率η=100%。
答案:(1)0 0 (2)44 0.44 19.36 100%
3
(共28张PPT)
四、变压器
读一读
辨一辨
一、变压器的结构和作用
阅读教材第60页第1~3自然段和第61页第1自然段及“变压器的结构”部分,了解变压器的结构及变压器在电路中的作用。
1.结构
变压器主要由铁芯和绕在它上面的两个线圈组成的,其中与电源相连的线圈叫原线圈,也叫初级线圈,与负载相连的线圈叫副线圈,也叫次级线圈。(图示为示范教学用的变压器的实物图、结构示意图及电路符号)
读一读
辨一辨
2.变压器在电路中的作用是什么?
答案:改变交流的电压,使交流电压升高或降低。
3.通过教材第61页的演示实验现象思考,变压器可以改变直流电压吗?
答案:不能。
读一读
辨一辨
二、变压器为什么能改变电压
阅读教材第62页“变压器为什么能改变电压”部分。了解变压器改变电压的原理及电压与线圈匝数的关系。
1.变压器为什么能够改变电压呢?变压器的工作原理是什么?
答案:当原线圈中的电流变化时,在铁芯中就会产生变化的磁场,就会引起副线圈中磁通量的变化,从而在副
线圈中产生感应电动势,可见,变压器的工作原理为前面学过的电磁感应现象。
2.变压器原副线圈的电压和匝数有什么关系?
答案:哪个线圈的匝数多,哪个线圈的电压就高。
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的。( )
解析:变压器的原、副线圈是通过铁芯连接在一起的。
答案:×
(2)理想变压器的原、副线圈两端的电压一定是一样的。 ( )
解析:线圈匝数越多,电压越高,故大多数变压器原、副线圈电压是不一样的。
答案:×
(3)学校中用的变压器工作时没有能量的损失。( )
解析:学校使用的变压器不是理想变压器,工作时变压器会发热,有能量损失。
答案:×
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(1)如果将变压器的原线圈接到干电池上,在副线圈上能输出电压吗?请说明理由。
答案:不能。变压器的工作原理是电磁感应现象,在原线圈上接干电池,在铁芯中不会形成变化的磁场,所以在副线圈上不会有感应电动势产生。
(2)有同学认为“由于变压器在使用时副线圈没有直接跟电源连接,所以它所在的回路中由于缺少电源不可能有电流产生”,这种说法对吗?为什么?
答案:不对,因为如果原线圈连在交流电源两端,由于电磁感应,会在副线圈中激发出感应电动势,此时副线圈相当于电源,所以它所在的回路可以有电流产生。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 变压器的结构与工作原理
日常生活中我们经常见到变压器,如变电站中的大型变压器、街头的低压变压器、半导体收音机中的小变压器等。你知道它们的构造吗?找一个废弃的变压器,拆开绝缘外皮看一看它的构造。
要点提示变压器由原、副线圈和铁芯组成。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.变压器的结构
(1)变压器由铁芯和绕在铁芯上的线圈组成,铁芯由硅钢片叠合而成,线圈由漆包线绕成。
(2)线圈:①变压器的一个线圈跟前一级电路连接,叫作原线圈,也叫初级线圈;②另一个线圈跟下一级电路连接,叫作副线圈,也叫次级线圈,如图所示。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
2.变压器的工作原理
变压器工作原理的物理过程示意图如图所示。原线圈上加交流电压U1产生交变电流,铁芯中产生交变磁场,即产生交变磁通量,在副线圈中产生交流电动势U2。当副线圈接负载时,副线圈相当于交流电源向外界负载供电。由于铁芯闭合,在不考虑铁芯漏磁的情况下,穿过原、副线圈每匝线圈的磁通量及其变化率均相同,因此,在原线圈上所加的交流电压值与原线圈匝数不变的情况下,副线圈上产生的交流电压与副线圈的匝数成正比。这样,可以通过绕制不同匝数的副线圈来得到各种数值的交流电动势,从而改变了交变电流的电压。要强调的是,从能量转换角度看,变压器是把电能转化为磁场能,再将磁场能转化成电能的装置,一般地说,经过转换后,电压、电流均发生了变化。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
温馨提示对变压器的三点说明
(1)变压器只对变化的电流起作用,对恒定电流不起作用。
(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起,两个线圈间是绝缘的。
(3)变压器不能改变交变电流的频率。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】 变压器的副线圈与原线圈之间并没有导线连接,但在副线圈内却产生了电动势,使得与副线圈相连的灯泡发光。对于其中的原因正确的解释是( )
A.原线圈中通以交变电流时,在副线圈中产生变化的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势
B.原线圈中通以直流时,在副线圈中产生恒定的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势
C.原线圈中通交变电流时,在副线圈中产生恒定的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势
D.原线圈中通直流时,在副线圈中产生变化的磁通量,因而在副线圈的两端形成感应电动势
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
解析:在副线圈中灯泡发光是因为副线圈发生电磁感应现象产生了感应电动势,原线圈中通交变电流,在铁芯中产生了变化的磁场,穿过副线圈的磁通量发生变化,在副线圈的两端产生了感应电动势。
答案:A
归纳总结变压器是依据电磁感应原理工作的,因此,只有通过原线圈的电流是变化的,才能在副线圈中产生感应电动势。需要注意的是,如果通过原线圈的是直流,但它的大小是变化的,这时在副线圈中也能产生感应电动势。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练166824056(多选)如图为变压器的示意图,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
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
解析:由题意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,接发电机,Ⅰ为输出端,B错;铁芯提供闭合的磁路,使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能,所以C项错。故选A、D。
答案:AD
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 变压器的作用与变压规律
如图为世界闻名的三峡大坝,三峡电站的70万千瓦发电机组的机端电压是2 000 V,通过500千伏超高压输送到远方(图甲),到达用电区后,我们的照明电路只用220 V的电压,而城市电车(图乙)却需要750 V的电压,你知道人们是如何实现不同电压之间的转换的吗?
甲 乙
要点提示通过变压器实现变压。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.理想变压器的电压关系
如图,设副线圈为n2匝,电压为U2,原线圈为n1匝,电压为U1。
(1)变压公式:
(2)理论推导:
我们认为变压器为理想的,由于理想变压器铁芯没有漏磁,原、副线圈中具有相同的磁通量变化率 ,根据法拉第电磁感应定律,
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
对于变压器要注意以下几点:
① ,无论副线圈一端是空载还是负载,都是实用的。
②若n1n2,U1>U2,就是降压变压器。
③输出电压U2由输入电压U1和n1、n2共同决定。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
2.理想变压器的功率关系与电流关系
大型变压器均可认为是理想变压器,铁芯中漏磁可以忽略,无任何电能的损失,有P入=P出,即I1U1=I2U2
上式表明:变压器工作时,原、副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。
说明:以上结论仅限于只有一个副线圈的情况,若有多个副线圈,对理想变压器,P入=P出恒成立。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.理想变压器中的几个制约关系
当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时,如果变压器的负载发生变化,确定其他物理量的变化时,可依据下列原则判定:
(1)输入电压U1决定输出电压U2,这是因为输出电压U2= U1,当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2不会改变。
(2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。在使用变压器时,不能使变压器次级线圈短路。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
(3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输出功率与输入功率相等,即P2=P1。在输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率P2=I2U2减小,输入功率P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率P2=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。
温馨提示变压器在工作时,高压线圈中的电流由于较小,所以可以用细线绕制该线圈;而低压线圈中的电流由于较大,所以需要用粗线绕制该线圈。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】一台理想变压器,其原线圈2 200匝,副线圈440匝,如图所示,问:
(1)这是升压变压器还是降压变压器?
(2)当原线圈接一个44 V直流电源时,电压表示数是多少?
(3)如原线圈接在220 V交流电源上时,电压表示数是多少?
解析:(1)由n2(2)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。
(3)当原线圈接220 V交流电源时,由 ,得U2=44 V。即电压表的示数为44 V。
答案:(1)降压变压器 (2)0 (3)44 V
归纳总结要知道变压器只改变交流电压不改变直流电压。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练266824057如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则( )
答案:C
1 2 3 4 5
1.(变压器的构造)下列器件属于变压器的是( )
解析:根据变压器由两个线圈和一块闭合铁芯构成,可知D是变压器。
答案:D
1 2 3 4 5
2.(变压器的工作原理)下列说法不正确的是( )
A.变压器也可能改变恒定电压
B.变压器的原理是一种电磁感应现象,副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流
C.变压器由绕在同一闭合铁芯上的若干线圈构成
D.变压器原线圈相对电源而言起负载作用,而副线圈相对负载而言起电源作用
解析:变压器的工作原理是电磁感应原理,不能改变恒定电流。
答案:A
1 2 3 4 5
3.(变压器的作用)变压器是一件重要的电器设备,对变压器的认识正确的是( )
A.变压器既能改变交流电压,又能改变稳恒电压
B.变压器既可用于提升电压,又可用于降低电压
C.变压器工作时,副线圈中的电流总是大于原线圈中的电流
D.变压器工作时,副线圈中的电流总是小于原线圈中的电流
解析:变压器只能改变交变电流的电压,A错;变压器可以提升电压,也可以降低电压,B对;变压器原、副线圈的功率相等,当提升电压时,副线圈中的电流小于原线圈中的电流;当降低电压时,副线圈中的电流大于原线圈中的电流,C、D错。
答案:B
1 2 3 4 5
4.(多选)(变压器的理解)理想变压器正常工作时,原、副线圈中的电流为I1、I2,电压为U1、U2,功率为P1、P2,关于它们之间的关系,下列说法中正确的是( )
A.I1由I2决定
B.U2与负载有关
C.P1由P2决定
D.以上说法都不正确
解析:由理想变压器的制约关系知,以原线圈中的电流由副线圈中的电流决定;功率关系:负载用多少,原线圈端就输入多少,因此选项A、C正确。
答案:AC
1 2 3 4 5
5.(变压器的计算)利用变压器将220 V的交变电流变为55 V,如果原线圈为 2 200匝,则副线圈应为 匝。?
求得n2=550匝。
答案:550
五、高压输电
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.中央电视台《焦点访谈》节目多次报道某些边远落后农村电价过高,农民负担过重,其中客观原因是电网陈旧老化。近年来进行农村电网改造,为减小远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( )
A.提高输电功率
B.增大输送电流
C.提高输电电压
D.减小输电导线的横截面积
解析:减小输电线路上电能损失的方法有两种:一是减小电阻,二是高压输电。
答案:C
2.远距离高压输电中的“高压”所指的含义是( )
A.升压变压器输出端的电压
B.用户得到的电压
C.输电线上损耗的电压
D.发电时发电机两端的电压
解析:高压输电过程中,发电机两端的电压经升压变压器变成高压,加在输电线路上,输电线有电阻,损耗一部分电压,剩下的电压经过降压变压器降压后送给用户,因此A正确。
答案:A
3.(多选)在输送电功率一定的条件下为了减少输电线上的功率损失,以下方法可行的是( )
A.选用横截面积较大的输电线
B.降低输电电压从而减小输电线上的电流
C.升高输出电压从而减小输电线上的电流
D.选用电阻率较小的优质材料导线做输电线
解析:输电线损耗的功率为ΔP=I2R=R,R=P。可通过减少电流或电阻来减少输电线上的功率的损失。
答案:ACD
4.关于电能输送的以下分析,正确的是( )
A.由公式P=知,输电电压越高,输电线上功率损失越少
B.由公式P=知,输电导线电阻越大,输电线上功率损失越少
C.由公式P=I2R知,输电电流越大,输电线上功率损失越大
D.由公式P=UI知,输电导线上的功率损失与电流成正比
解析:输电导线上损失的功率P损=I2R=,ΔU指输电线上电阻的电压,而不是输电压。
答案:C
5.(多选)远距离输送一定功率的交变电流,若输送电压升高为原来的n倍,则以下说法正确的是( )
A.输电线上的电功率损失是原来的
B.输电线上的电功率损失是原来的
C.输电线上的电压损失是原来的
D.输电线上的电压损失是原来的
解析:输电线损失的功率为ΔP=I2R=R,输电线损失的电压为ΔU=IR=R。当输电电压升高为原来的n倍,ΔP变为原来的,ΔU变为原来的。
答案:BC
6.远距离输电中,发电厂输送的电功率相同,如果分别采用输电电压为U1=110 kV输电和输电电压为U2=330 kV输电,则两种情况中,输电线上通过的电流之比I1∶I2等于( )
A.1∶1 B.3∶1
C.1∶3 D.9∶1
解析:由P=UI得输电电流I=,则I1∶I2=U2∶U1=3∶1,选项B正确。
答案:B
7.输电线的电阻共计r,输送的电功率是P,用电压U送电,则用户能得到的电功率为多少?
解析:输电线损耗的功率为ΔP=I2r=r,所以用户得到的功率为P-ΔP=P-r。
答案:P-r
8.把功率为22 kW的电能用总电阻为2 Ω的导线输送到远方的用户,用220 V的电压输电,损失的功率是多少?若改用22 kV的电压输电,导线损失的功率又是多少?
解析:P损1=R=R=20 kW。P损2=R=R=2 kW。
答案:20 kW 2 kW
B组(15分钟)
1.某变电站用220 V的电压送电,导线损失的功率为输送功率的20%,若要使导线损失的电功率降为输送功率的5%,则输送电压应为( )
A.220 V B.440 V
C.660 V D.880 V
解析:设输送功率为P,送电电压U1=220 V时,损失电功率ΔP1=20%P,又ΔP1=·R线,而I1=,则ΔP1=R线,现要求ΔP2=5%P,同理ΔP2=R线,由上式得,所以输送电压应为U2=440 V。
答案:B
2.(多选)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,学校的输入电压为U2,下列计算线路损耗功率的式子正确的是( )
A. B.
C.I2R D.I(U1-U2)
解析:输电线损失的功率为
ΔP=I2R=R=I·ΔU=I(U1-U2)
=。
答案:BCD
3.导学号66824060(多选)在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )
A.升压变压器的输出电压增大
B.降压变压器的输出电压增大
C.输电线上损耗的功率增大
D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
解析:升压变压器的输出电压由电源电压及匝数比决定,输出功率变大时,升压变压器的输出电压不变,A项错误;由I=可知,当输出功率增大时,输出电流增大,由U损=IR及P损=I2R可知,U损及P损均增大,故C项正确;当U损增大时,降压变压器的输出电压减小,B项错误;由P损=R可知,R,故当输出功率增大时,输电线损耗功率占总功率的比例增大,D项正确。
答案:CD
4.超导材料电阻降为零时的温度称为临界温度,1987年我国科学家制成了临界温度为90 K的高温超导材料,利用超导材料零电阻的性质,可实现无损耗输电。现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为40 kW,电压为800 V,如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率是 W。?
解析:因为是一直流电路,故电路电流I= A=50 A。原来输电线的总电阻R线=0.4 Ω,则原先损耗的功率ΔP=I2·R线=1 000 W,故节约的电功率为1 000 W。
答案:1 000
5.发电厂输出的交流电压为2.2万伏,输送功率为2.2×106 W,在用户处安装一降压变压器,用户的电压为220 V,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为 22 Ω,求:
(1)输电导线上损失的电功率。
(2)降压变压器原、副线圈匝数之比。
解析:(1)应先求出输送电流,由
I线= A=100 A
则损失功率为
P损=R线=1002×22 W=2.2×105 W。
(2)变压器原线圈电压U1为
U1=U总-U线=U总-I线R线=2.2×104 V-100×22 V=19 800 V
所以原、副线圈匝数比
=90∶1。
答案:(1)2.2×105 W (2)90∶1
6.某发电站的输出功率为104 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器升压后向80 km远处用户供电。已知输电线的电阻为R=25.6 Ω,输电线路损失的功率为输出功率的4%,求:
(1)升压变压器的输出电压。
(2)输电线路上的电压损失。
解析:理想变压器,高压输出端功率P输=P0,P0为发电机功率。
(1)设升压变压器的输出电压为U输,输电线上电流为I,由线路损失可得I2R=P损
I= A=125 A
由P输=U输I得U输==80 kV。
(2)输电线路上的电压损失
U损=IR=125×23.6 V=3.2 kV。
答案:(1)80 kV (2)3.2 kV
1
(共25张PPT)
五、高压输电
读一读
辨一辨
一、远距离输电的电能损失
阅读教材第63页第五节第1~3自然段。了解电能损失的原因及有效减小输电线电能损失的方法。
1.远距离输电时,输电线上为什么会产生电能的损失?
答案:用户距离发电厂较远,导线的电阻不能忽略,当导线上有电流流过时,导线会发热,从而引起电能的损失。因此输电线上损失的电能主要是由电流的热效应引起的。
2.影响电能损失的因素有哪些?
答案:输电线的电阻越大,输电线上通过的电流越大,在输电线上产生的热量就越多,损失的电能越多。
3.减少电能损失的途径有哪些?
答案:(1)减小输电线的电阻;(2)减小输送的电流。
读一读
辨一辨
二、降低导线的电阻
阅读教材第63页“降低导线电阻”部分,了解影响导线电阻的因素。
1.影响导线电阻的因素有哪些?
答案:导线的长度、组成导线的材料和导线的粗细。
2.降低导线电阻的措施有哪些?它有什么局限性?
答案:措施:在导线长度一定的情况下,选用导电性能好的材料做导线,同时把导线做得粗一些。
局限性:(1)导电性能较好的金属一般比较贵重;
(2)导线太粗不仅增加材料消耗,还会给架线增大困难。
读一读
辨一辨
三、降低输电电流
阅读教材第63~64页“降低输电电流”部分,知道为什么要用小电流输电及如何减小输电电流。
1.降低输电电流的方法
在输送一定功率的电能时,要减小输送的电流,就必须提高送电的电压。
2.高压输电的效果
由P=UI和P热=I2R可知,在P不变的情况下,电压提高一倍,热损失功率将会减少为原来的 。
读一读
辨一辨
四、电网供电
阅读教材第64页“电网供电”部分,知道什么是电网,采用电网供电的优点。
1.什么是电网?
答案:将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来,形成全国性或地区性的输电网络,叫作电网。
2.采用电网供电的优点有哪些?
答案:(1)节约成本,提高效益;(2)合理地调度电力;(3)使电力供应更加可靠。
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)输送电能的基本要求是可靠、保质、经济。( )
解析:输送电能要求减少断电的风险,保障供电的质量,使电力供应更加可靠。
答案:√
(2)若输电电压为U,则可用P= 来计算输电线损耗的功率。 ( )
解析:输电电压不是输电线上损耗的电压,输电电压U=U损+U用户。故P可用P= 计算。
答案:×
(3)降低输电损耗的唯一途径是减小输电线的电阻。 ( )
解析:降低输电损耗有减小输电线电阻和输电电流两种途径。
答案:×
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(1)电能的应用越来越广泛,如电视机,电冰箱,洗衣机等都需要电能才能工作。电能的应用具有哪些优点呢?
答案:使用方便;便于输送。
(2)在电能的输送中,若U为输电电压,r为输电线电阻,则输电线中电流为I= ,对不对?为什么?
答案:不对,因为U是输电电压,而不是输电线上损失的电压ΔU,这是两个不同的概念。输电线中的电流应为I= 。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 输电线上的电压损失和功率损失
我们日常生活中的照明用电是220 V,如果不采用高压输电,我们就用220 V的电压输电,如果输电线的电阻为1 Ω,输电总功率为10 kW,试计算在输电线上损失的功率,你发现了什么问题?
要点提示若用220 V的电压输电,由P=UI知输电线上电流
所以损失功率P损=I2R=(45.45)2×1 W=2 065.702 5 W≈2.07 kW<10 kW,这说明采用低压输电消耗太大,甚至会全部损耗在输送过程中。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.什么是输电线上的电压损失
输电线路始端电压U跟末端电压U'的差值,称为输电线路上的电压损失,ΔU=U-U',如图所示。可简单理解为“输送电压”等于用户“得到的电压”与输电线上“损失的电压”之和。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
2.输电线路的功率损失应如何计算
输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是ΔP=P-P'(P为输送功率,P'为用户所得功率)。除了利用ΔP=P-P'计算输电线路上的功率损耗外,还可用下列方法计算:
I为输电线路上的电流,R为线路电阻,P为输送功率,U为输送电压。
(3)ΔP=ΔU·I,ΔU为输电线路上损失的电压,I为线路上的电流。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】 某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )
A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A
B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW
D.输电线上损失的功率为ΔP= ,U为输电电压,r为输电线的电阻
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
答案:B
归纳总结计算输电线路中功率损失时应注意的问题:
(2)注意电压关系:U输=U损+U用。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练1(多选)在电能输送过程中,当发电机输送电功率一定时,关于输电线的功率损失,下列说法中正确的是( )
A.随输电线电阻的增大而增大
B.与输送电压的二次方成正比
C.与输电线上电压损失的二次方成正比
D.与输电电流的二次方成正比
答案:ACD
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 对远距离输电的认识
远距离输电为什么要用高电压?由功率的公式P= ,若要减小P,是不是应降低U,是否与前面讨论的高压输电相矛盾?
要点提示在输送一定功率的电能时,所用电压越高,导线中的电流越小。由焦耳定律可知,输电线上的能量损失跟导体中电流大小的二次方成正比,即采用高压输电可以大大减小电能的损失;不矛盾,公式P= 中的U指的是输电线上损耗的电压,这里的P是指输电线上损耗的功率,而我们说的高压输电的电压是指输电线路两端的总电压,只有提高输电线路两端的总电压,才能减小公式P= 中的U,所以并不矛盾。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.输电线上电能损失的原因
远距离输电时,导线上会有电能损失,损失的电能主要是由电流的热效应引起的。损失的功率P=I2R,其中I为输电线中电流,R为输电线电阻。
2.减小输电线上电能损失的途径
(1)减小输电线电阻;(2)减小输电电流。
由能量损失Q=I2Rt,电流减为原来的 ,能量损失减为原来的 。所以减小电流是减小能量损失的有效途径。根据输送功率P=UI,在输送一定的电功率时,输送电压越高,输送电流越小,为减少能量损失,应采用高压输电的方法。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.电能的输送过程
输送过程:把发电机送出的交变电流经过升压变压器升压,经过远距离输送,再经过降压变压器送给各用户,原理如图所示。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 (多选)关于输电技术,下列说法正确的是 ( )
A.减小输电导线的电阻可以减小损失的功率
B.提高输送电压从而减小输送电流,可以减小损失的功率
C.提高输送电压可以减小损失的功率,因此可以无限提高输电电压
D.采用电网供电可减小损失的功率
解析:由P损=I2R知,减小R可减小P损,故选项A正确;又由P损=I2R= R知,提高U可减小P损,故选项B正确;虽然提高输电电压可减小功率损失,但电压过高,对绝缘要求也大幅提高,增加架线成本,故电压不宜过高,选项C错误;采用电网供电,只能提高供电质量及可靠性,降低输电成本,并不能减少功率损失,故选项D错误。
答案:AB
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
归纳总结高压输电是减小功率损失的有效途径,但不是唯一途径,实际输送电能时,要综合考虑各种因素,如可靠性、稳定性、经济性等。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练266824059照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的,可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯,电灯比深夜时要显得暗些,这是因为此时 ( )
A.总电阻比深夜时大,干路电流小,每盏灯分到的电压就小
B.总电阻比深夜时大,干路电流小,每一支路的电流就小
C.总电阻比深夜时小,干路电流大,输电线上损失的电压大
D.干路电流一定,支路比深夜时多,分去了一部分电压
解析:此时用电器多,负载大,电阻小(因为用电器都是并联的)而变压器输出电压U不变,由I= 可知,干路电流大,输电线上损失电压大,电灯两端电压小,故比深夜暗,故C正确。
答案:C
1 2 3 4 5
1.(多选)(电网供电的优点)关于电网供电的优点的说法正确的是( )
A.可以减少发电设施的重复建设
B.可以保证供电系统的可靠与安全
C.可以保证都用超高压送电
D.可以根据火电、水电、核电的特点,合理调度电力
解析:供电电压的选择需要综合考虑各方面的因素,并不是越高越好,故选项C不正确。
答案:ABD
1 2 3 4 5
2.(多选)(减少输电损失的途径)关于减小远距离输电线上的功率损失,下列说法正确的是( )
A.应降低输电电压 B.应减小输电线电阻
C.应减小输电电流 D.应采用高压输电
解析:应采用提高电压减小电流的方法,减小电阻在实际中是不现实的,会增加成本,但在理论上是可以减小输电线上损失的功率的,所以B、C、D项正确。
答案:BCD
1 2 3 4 5
3.(高压输电的理解)远距离输送交变电流都采用高压输电。我国正在研究用比330 kV高得多的电压进行输电。采用高压输电的优点是( )
A.可提高用户端电压
B.可根据需要调节交变电流的频率
C.可减少输电线上的能量损失
D.可加快输电的速度
解析:高压输电不能改变交变电流的频率,主要目的是减少能量损失。
答案:C
1 2 3 4 5
4.(减小电能损失的方法的理解)远距离输电时,为了减少输电线上电能损失,应( )
A.提高输送电压,增大输送电流
B.提高输送电压,减小输送电流
C.减小输送电压,增大输送电流
D.减小输送电压,减小输送电流
解析:输电线上的损耗功率计算公式为ΔP=I2R= R,所以选B。
答案:B
1 2 3 4 5
5.(输电损失的计算)一个小水电站,输出的电功率为20 kW,输电线总电阻为0.5 Ω,如果先用400 V电压输送,后又改用2 000 V电压输送,则输送电压提高后,输电导线上损失的电功率的变化情况是( )
A.减少50 W B.减少1 200 W
C.减少7.68×106 W D.增大7.68×106 W
答案:B
六、自感现象 涡流
课后训练案巩固提升
A组(20分钟)
1.关于自感电流,下列说法正确的是( )
A.自感电流一定与线圈中电流方向相反
B.自感电流一定与线圈中的电流方向相同
C.自感电流可能与线圈中的电流方向相反,也可能相同
D.线圈中只要有电流通过,就一定会产生自感电流
解析:线圈中电流发生变化时,会产生自感电动势,阻碍电流的变化,可能与线圈中的电流方向相反,也可能相同。
答案:C
2.下列说法中正确的是( )
A.电路中电流越大,自感电动势越大
B.电路中电流变化越大,自感电动势越大
C.线圈中电流均匀增大,线圈的自感系数也均匀增大
D.线圈中的电流为零时,自感电动势不一定为零
解析:在自感一定的情况下,电流变化越快,自感电动势越大,与电流的大小、电流变化的大小没有必然的关系,A、B项错;线圈的自感系数是由线圈本身的性质决定的,与线圈的大小、形状、匝数、有无铁芯等有关,而与线圈的电流的变化率无关,C项错。
答案:D
3.下列哪些做法是为了减少涡流的产生( )
A.在电动机、变压器中的线圈中加入铁芯
B.电动机、变压器内部铁芯都是由相互绝缘的硅钢片组成
C.在电磁冶金中,把交变电流改成直流
D.一些大型用电器采用特制的安全开关
解析:在电动机、变压器中,为增强磁场,把绕组都绕在铁芯上,以增强磁场,但铁芯中会产生很强的涡流,为了减少涡流,铁芯都用电阻率很大的硅钢片叠成,将硅钢片表面进行处理,生成不导电的氧化层,相互绝缘,可进一步减少涡流,所以A项不符合题意,B项符合题意;电磁冶金利用产生的涡流,而只有当空间中磁通量变化的时候,才会有涡流产生,直流电流稳定,产生的磁场也稳定,是不会引起涡流的,C项不符合题意;D项与涡流无关,是为了防止自感。
答案:B
4.关于线圈的自感系数大小的下列说法中,正确的是( )
A.通过线圈的电流越大,自感系数也越大
B.线圈中的电流变化越快,自感系数也越大
C.插有铁芯时线圈的自感系数会变大
D.线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
解析:自感系数是由电感线圈本身的因素决定的,包括线圈的大小、单位长度上的匝数,而且有铁芯时比无铁芯时自感系数要大,与通过线圈的大小及变化趋势无关。
答案:C
5.某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )
A.电源的内阻较大 B.小灯泡电阻偏大
C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大
解析:闭合开关S,电路稳定灯泡正常发光时,如果电感线圈L中的电阻比灯泡的电阻大,则电感线圈L中的电流IL比灯泡A中的电流IA小,当开关S断开,则由于自感现象,L和A构成回路使L和A中的电流从IL开始减小,因此不可能看到小灯泡闪亮的现象,C项正确。
答案:C
6.
如图所示,L为一纯电感线圈(直流电阻不计),A为一灯泡,下列说法正确的是( )
A.开关S闭合的瞬间,无电流通过灯泡
B.开关S闭合后,电路稳定时,无电流通过灯泡
C.开关S断开的瞬间,无电流通过灯泡
D.开关S闭合的瞬间及接通后电路稳定时,灯泡中均有从a到b的电流,而在开关断开瞬间灯泡中则有从b到a的电流
解析:开关S闭合的瞬间,灯泡中的电流从a到b,线圈由于自感作用,通过它的电流逐渐增大。开关S闭合后,电路稳定时,纯电感线圈对电流无阻碍作用,将灯泡短路,灯泡中无电流通过。开关S断开的瞬间,由于线圈的自感作用,线圈中原有向右的电流将逐渐减小,该电流通过灯泡形成回路,故灯泡中有从b到a的瞬间电流。
答案:B
7.导学号66824063(多选)在图甲、乙所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻都小于灯泡的电阻,闭合S使电路达到稳定,灯泡Q发光。下列说法正确的是( )
A.在电路甲中,断开S后,Q将渐渐变暗
B.在电路甲中,断开S后,Q将先变得更亮,然后渐渐变暗
C.在电路乙中,断开S后,Q将渐渐变暗
D.在电路乙中,断开S后,Q将先变得更亮,然后渐渐变暗
解析:在电路甲中,设通过线圈L的电流为IL甲,通过Q及R的电流为IQ甲和IR甲;同理,设电路乙中通过L、Q、R的电流分别为IL乙、IQ乙、IR乙。很明显,IL甲=IQ甲,IL乙>IQ乙。当断开S时,线圈L相当于电源,产生了自感电动势,在L、R、Q组成的回路中产生自感电流。在电路甲中,自感电流从IL甲逐渐减小,灯泡Q逐渐变暗;在电路乙中,自感电流从IL乙逐渐减小,因为IL乙>IQ乙,所以灯泡Q先变得更亮,再渐渐变暗。A、D两项正确。
答案:AD
8.
如图所示的电路,L为自感线圈,L灯是一个灯泡,E是电源,当开关S闭合瞬间,通过灯泡的电流方向是 。当S断开瞬间,通过灯泡的电流方向是 。?
解析:S闭合时,流经L灯的电流方向是A→B。在S断开瞬间,由于电源提供给L灯的电流很快消失,而线圈中电流减小时要产生一个和原电流方向相同的自感电动势来阻碍原电流减小,所以线圈此时相当于一个电源,与灯泡L灯构成放电电路,故通过L灯的电流方向是B→A。
答案:A→B B→A
B组(15分钟)
1.如图所示,电路稳定后,小灯泡有一定的亮度,现将一与螺线管等长的软铁棒沿管的轴线迅速插入螺线管内,判断在插入过程中灯泡的亮度变化情况为( )
A.变暗 B.变亮
C.不变 D.无法判断
解析:由电源极性知通电螺线管中的电流方向,由右手定则知螺线管相当于一个条形磁体,右端是S极,左端是N极,内部磁场方向由右向左,软铁棒插入过程中被磁化,左端是N极,右端是S极,所以插入过程是螺线管中磁通量增加的过程,线圈中会产生一个与原电源方向相反的自感电动势,故电灯泡变暗。
答案:A
2.同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一变化的磁场中相比较( )
A.金属块中的涡流较大,焦耳热功率也较大
B.硅钢片中涡流较大,焦耳热功率也越大
C.金属块中的涡流较大,硅钢片中热功率较大
D.硅钢片中涡流较大,金属块中热功率较大
解析:硅钢片的电阻大,涡流小,由P=I2R可知金属块中焦耳热功率也较大。
答案:A
3.导学号66824064在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后,调节R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流均为I。然后,断开S。若t'时刻再闭合S,则在t'前后的一小段时间内,正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是( )
解析:闭合S通电后,由于电感线圈的自感作用,i1逐渐增大,最终达到稳定值,而i2直接增大到稳定值后保持不变,所以选项B正确。
答案:B
4.
冶炼金属的高频感应炉的示意图如图所示。冶炼炉内装入被冶炼的金属,线圈通入高频交变电流,这时被冶炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法速度快,温度容易控制,并能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,因此适于冶炼特种金属,该炉的加热原理是( )
A.利用线圈中电流产生的焦耳热
B.利用红外线
C.利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流
D.利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波
解析:利用交变电流产生的交变磁场引起炉内金属截面的磁通量变化,使金属中产生感应电流,因整块金属的电阻相当小,所以感应电流很强,它在金属内自成回路流动时,形成漩涡状的电流,即涡流,涡流产生大量的焦耳热使炉内温度升高,金属熔化,故选C项。当然线圈中也因有交变电流会产生一定的焦耳热,但它是相当少的,根本不可能使炉内温度高到使金属熔化的程度,故A项不可能。
答案:C
5.导学号66824065
如图所示,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闭合和断开的过程中,灯L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)( )
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亮一下才熄灭
D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才熄灭
解析:当S闭合时,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中的电流逐渐减小为零,由于总电阻变小,总电流变大,L2中的电流增大,L2灯变得更亮;当S断开时,L2中无电流,立即熄灭,而线圈L将要维持本身的电流不变,L与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。
答案:D
6.高频焊接原理示意图如图所示,线圈中通以高频交变电流时,待焊接的金属工件中就会产生感应电流,由于焊缝处的接触电阻很大,放出的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化,焊接在一起。我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的。
试定性地说明:为什么交变电流的频率越高,焊缝处放出的热量越多?
解析:交变电流的频率越高,它产生的磁场的变化就越快。根据法拉第电磁感应定律,在待焊接工件中产生的感应电动势就越大,感应电流就越大,而放出的热量与电流的二次方成正比,所以交变电流的频率越高,焊缝处放出的热量越多。
答案:见解析
6
(共33张PPT)
六、自感现象 涡流
读一读
辨一辨
一、自感现象
阅读教材第66~67页“自感现象”部分,了解什么是自感现象、自感现象的分类及自感现象对电路的影响。
1.什么是自感电动势?什么是自感现象?
答案:导体回路中自身电流的变化,导致其产生的磁场发生变化,从而使通过自身回路的磁通量发生变化,最终该回路中产生了感应电动势。这个电动势叫自感电动势,这种现象叫自感现象。
2.自感现象可以分为几种类型?
答案:两种类型,分别称为通电自感和断电自感。
3.电路中的自感现象对电路的影响是什么?
答案:自感现象的作用是阻碍引起自感现象的电流的变化。
读一读
辨一辨
二、电感器
阅读教材第67~68页“电感器”部分,了解电感器在电路中的作用,知道电感器的应用与危害。
1.电感器的概念
电路中的线圈叫作电感器。
2.自感系数
(1)物理意义:用来描述电感器阻碍电流变化性能的物理量,简称自感。
(2)决定因素:电感器的自感系数与线圈大小、线圈匝数、线圈中有无铁芯有关。
读一读
辨一辨
3.自感现象的应用与危害
电感器在电工和电子技术中有广泛的应用,如日光灯中的电子镇流器;自感现象有时也带来危害,如在自感系数很大、电流很强的电路中断电时产生的电弧。
读一读
辨一辨
三、涡流
阅读教材第68页“涡流及其应用”部分。了解涡流产生的原因,知道涡流的应用及减小涡流的方法。
1.什么是涡流?
答案:穿过导体的磁通量变化时,会在导体内部形成涡旋状的感应电流,叫作涡流。
2.举例说明涡流的应用。
答案:(1)涡流热效应的应用,如真空冶炼炉、电磁炉等;
(2)涡流磁效应的应用,如探雷器、安检门等。
读一读
辨一辨
3.涡流的危害是如何造成的?如何减小涡流?
答案:涡流的危害主要是因为涡流的热效应造成的。在变压器、电动机等铁芯上产生的涡流会使铁芯过热消耗电能,损毁电器。
减小涡流的方法有:
(1)增大铁芯材料的电阻率。
(2)用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。
读一读
辨一辨
1.思考辨析。
(1)自感是由于线圈本身的电流的变化而产生的电磁感应现象。 ( )
解析:当流过线圈本身的电流发生变化时,线圈会产生一种阻碍电流变化的作用。
答案:√
(2)电感器具有“通交流、阻直流”的特点。 ( )
解析:电感器的特点是“通直流、阻交流”。
答案:×
(3)电流变化快则自感系数大。 ( )
解析:自感系数是描述电感器性质的物理量,线圈越粗、匝数越多,自感系数越大,有铁芯时比没有铁芯时大得多。
答案:×
读一读
辨一辨
2.探究讨论。
(1)自感现象是否属于电磁感应现象?它是否遵循法拉第电磁感应定律?
答案:自感现象属于电磁感应现象,所以遵循法拉第电磁感应定律。
(2)自感现象中自感电动势有什么作用?如何描述自感电动势的方向?
答案:自感电动势总是阻碍导体中电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用;当导体中电流增加时,自感电动势与电流方向相反;当导体中电流减小时,自感电动势与电流方向相同。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究一 自感现象
李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻,以判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便,用两手分别握住线圈的两端让李辉测量。测量后李辉确认线圈没有断路,因为多用电表的表盘显示线圈具有一定的电阻。正当李辉把多用电表的表笔与被测线圈脱离时,刘伟突然惊叫起来,觉得有电击感(如图)。李辉很奇怪,用手摸线圈两端,没有什么感觉,再摸摸多用电表的两个表笔,也没有什么感觉。为什么刘伟有被电击的感觉?而李辉却没有被电击的感觉?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
要点提示因为变压器线圈匝数很多,又套在铁芯上,故自感系数很大,用多用电表测线圈时,电表内部干电池使线圈内产生电流,因线圈电阻较小,故有一较大的电流。突然切断表笔与线圈的连接时,线圈产生一较大的阻碍电流减小的电动势,所以刘伟会有电击感,而李辉再摸线圈时,自感电动势己消失,故无感觉,摸两表笔,因电压只有1.5 V(内部干电池的电动势),也不会产生电击感。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
1.自感现象
(1)定义:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫作自感现象。
(2)理解:
①自感现象是一种特殊的电磁感应现象。
②自感电动势的作用:总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
2.通电自感和断电自感
(1)通电自感
按照如图所示电路图连接好实物图。其中L是带铁芯的线圈,L1、L2是两只规格相同的灯泡。实验中R1、R2的作用不同,调节R1至两灯亮度相同,调节R2至两灯正常发光。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
①实验现象
闭合开关S,灯泡L2立刻发光,而跟线圈L串联的灯泡L1却是逐渐亮起来。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
②实验分析
在上图所示的电路中,电流有两条支路,一条支路有电感线圈L,另一条支路是电阻电路。开关闭合前,线圈中磁通量为0。在接通电路瞬间,线圈中的磁通量突然增加,根据电磁感应定律和楞次定律,线圈中必然产生与原电压相反的感应电动势,阻碍线圈中电流的增大,使得通过灯泡L1的电流只能缓慢地增大,故灯泡开始较暗,直至线圈内磁通量不变化了,灯泡才正常发光。电阻支路没有线圈,电路一接通,灯泡L2就立刻正常发光。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
(2)断电自感
按照如图所示电路图连接好实物图。
①实验现象
断开开关S,灯泡A并非立刻熄灭,而是过一会儿才熄灭。
②实验分析
在上图中,当S断开时,穿过线圈的磁通量产生自感电动势和灯泡A组成闭合电路,有短暂的电流流过灯泡,所以灯泡慢慢变暗,直至熄灭(也可能闪亮一下后逐渐熄灭)。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
3.自感系数
对于不同的线圈,在电流变化快慢相同的情况下,产生的自感电动势是不同的,在电学中,用自感系数来表示线圈的这种特性。
(1)大小:线圈越粗、越长,匝数越多,它的自感系数就越大;另外,线圈有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多。
(2)单位:亨利(H),1 H=103 mH=106 μH。
(3)物理意义:自感系数大小反映了线圈产生自感电动势的本领大小,在数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A时产生的自感电动势大小。自感系数是由线圈自身决定的,与外界条件(电流变化快慢)无关。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
4.自感现象的应用与危害
(1)应用:常见的日光灯镇流器,通过自身的自感现象,产生高电压,从而击穿空气,导通电流。
(2)危害:在自感系数很大、电流很大的用电器中,当切断电流时,由于自感,用电器会在开关两端出现很高的电压,形成电弧。电弧不但会烧毁开关,还会危及操作人员的人身安全。因此,必须采取特制的安全开关,以防止电弧的产生,保障安全。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
【例题1】66824061(多选)如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,L是自感系数很大、电阻可以忽略的线圈。下列说法中正确的是( )
A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮
B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮
C.断开开关S切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭
D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
解析:闭合开关时,由于线圈的阻碍作用,灯泡A1后亮,由于线圈的直流电阻为0,故最后两个灯泡一样亮,选项A正确,B错误;开关断开时,线圈中产生自感电动势,与灯泡A1、A2构成闭合回路,故C项错误,D项正确。
答案:AD
归纳总结线圈中电流发生变化时,会产生自感电动势,阻碍电流的变化,起到延迟电流变化的作用。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
变式训练1在如图所示的电路中,当开关S断开后,灯泡A是否会更亮一下?更亮一下的条件是什么?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
解析:当开关断开时,线圈储存的磁场能会通过小灯泡以电能的形式释放。设开关闭合时,电源路端电压为U,线圈的电阻为RL,灯泡的电阻为RA,则通过线圈的电流为IL= ,通过灯泡的电流为IA= 。当开关断开后,线圈和灯泡组成的回路中的电流从IL开始减弱。
若RA>RL,有IAIL,开关断开后,灯泡不会更亮一下。
答案:见解析
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究二 涡流及其应用
电磁炉是利用电磁线圈在锅底产生涡流并利用涡流的热效应来加热食物的一种新型器具,由于它工作时没有明火,无烟无废气,火力强劲,安全可靠,因此越来越受家庭的欢迎。同学们想一下,电磁炉在工作时能不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅来加热食物呢?
要点提示不能,这是因为,如果用陶瓷锅、耐热玻璃锅来加热食物,这时处于变化的磁场中的就不是导体了,这样就无法在锅底产生涡流,也就无法利用涡流的热效应来加热食物。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.涡流的产生
把块状金属放在变化的磁场中,或者让它在非均匀磁场中运动,金属块内就会产生感应电流,因为金属块本身可自行构成闭合回路,且整块金属导体的电阻一般情况下很小,所以产生的涡流通常是很强的。
2.涡流的应用
(1)利用涡流的热效应:应用涡流在回路中产生的热量冶炼金属的高频感应炉、利用涡流来烹制菜肴的电磁炉等。
(2)利用涡流的磁效应:在车站、机场进行安检的探测器,用来探测旅客是否带有金属制品,像刀、枪之类的危险物品等。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.涡流的危害与防止
(1)在各种电机、变压器中,涡流是非常有害的,首先它会使铁芯的温度升高,从而危及线圈绝缘材料的寿命,严重时会使材料报废;其次涡流发热要消耗额外的能量,使电机、变压器的效率降低。
(2)为了减小涡流,变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成,而是用薄薄的硅钢片叠合而成。一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大,从而减少损耗;另一方面,每层硅钢片之间都是绝缘的,阻断了涡流的通路,进一步减少了涡流的发热。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 66824062如图所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜球在A点由静止释放,向右摆至最高点B,不考虑空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.A、B两点在同一水平线
B.A点高于B点
C.A点低于B点
D.铜球将做等幅摆动
解析:铜球在进入和穿出磁场的过程中,产生涡流,损耗机械能,故A点高于B点。故选B。
答案:B
题后反思铜球运动过程中能否产生涡流,关键看该过程中穿过铜球的磁通量是否变化,即是否满足感应电流的产生条件。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2在水平放置的光滑导轨上,沿导轨固定一个条形磁体如图。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A点以某一初速向磁体滑去。各物块在接触磁体前的运动情况将是( )
A.都做匀速运动 B.甲、乙做加速运动
C.甲、乙做减速运动 D.乙、丙做匀速运动
解析:铜块、铝块向磁体靠近时,穿过它们的磁通量发生改变,因此在其内部会产生感应电流I,这个电流在金属块内部自成回路,好像水的漩涡一样,故叫涡流。有感应电流形成,则感应电流的效果对产生它的原因总起阻碍作用,所以铜块、铝块向磁体的运动会受阻而减速。有机玻璃为非金属,不产生涡流现象。
答案:C
1 2 3 4 5
1.(自感现象的理解)下列关于自感现象的说法,正确的有 ( )
A.自感现象不是电磁感应现象
B.自感电动势不是感应电动势
C.自感电动势总是阻碍电流的通过
D.自感电动势总是阻碍电流的变化
解析:自感现象是由于自身电流变化引起了磁通量的变化,而产生自感电动势的电磁感应现象,故A、B错;自感的作用是阻碍电流的变化,电流增大时自感电动势阻碍电流的增大,电流减小时自感电动势阻碍电流的减小,而不是阻碍电流的通过,所以C错,D对。
答案:D
1 2 3 4 5
2.(多选)(自感电动势)当线圈中电流改变时,线圈中会产生自感电动势,自感电动势的方向与原电流方向( )
A.总是相反
B.总是相同
C.电流增大时,两者方向相反
D.电流减小时,两者方向相同
解析:自感电动势总是阻碍原磁通量的变化,电流增大时,两者方向相反,反之,相同,简述为“增反减同”。
答案:CD
1 2 3 4 5
3.(断电自感)如图所示,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( )
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
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,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,灯会立即熄灭。因此正确选项应为A。
答案:A
1 2 3 4 5
4.(对涡流的理解)下列日常生活中的家用电器利用涡流原理工作的是( )
A.收音机 B.微波炉
C.电磁炉 D.电视机
解析:在这几种家用电器中只有电磁炉是利用了涡流的原理来工作的。
答案:C
1 2 3 4 5
5.(自感现象的综合应用)利用已有的器材(直流电源、开关、滑动变阻器、两个相同的灯泡、自感线圈)按图甲和乙分别连接好电路。
(1)在图甲中,先闭合开关S,调整变阻器R,使两个灯泡亮度相同,然后断开开关。重新闭合开关,在开关闭合瞬间,灯泡A1的亮度变化情况是 ,灯光A2的亮度变化情况是 。?
(2)在图乙中,先闭合开关,再断开开关时,观察灯泡A的亮度变化情况。
1 2 3 4 5
解析:图甲中,电路接通时,电流由零开始增加,穿过线圈L的磁通量逐渐增加,L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反,阻碍L中电流增加,即推迟了电流达到正常值的时间。
图乙中,当S断开时,L中的电流突然减弱,穿过L的磁通量逐渐减少,L中产生感应电动势,方向与原电流方向相同,阻碍原电流减小。L相当于一个电源,此时L与A构成闭合回路,故A中还有一段持续电流。若流过A的电流比原电流大,则灯A将闪亮一下再慢慢熄灭。
答案:(1)逐渐亮起来 立刻正常发光 (2)灯泡A逐渐熄灭或者出现闪亮一下再熄灭。
(共14张PPT)
本章整合BENZHANG ZHENGHE
思考并回答下列问题
本章知识可分为两个单元。第一单元:电磁感应现象。包括电磁感应现象、法拉第电磁感应定律、自感现象和涡流三部分知识。第二单元:交变电流及其应用。包括交变电流、变压器、远距离输电三部分知识。
1.思考关于电磁感应现象的学习内容。正确填写下图。
答案:①表示穿过某一面积的磁感线条数 ②韦伯
③只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路就有感应电流产生 ④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 ⑤E=n (n为线圈匝数)
2.思考关于交变电流学习的内容。正确填写下图。
答案:①大小和方向都随时间做周期性变化的电流
②交流发电机由定子和转子组成 ③u=Umsin ωt ④i=Imsin ωt ⑤交流完成一次周期性变化所用的时间 ⑥交流在1 s内发生周期
专题一
专题二
专题一 法拉第电磁感应定律的应用
专题一
专题二
【例题1】 如图甲所示,矩形线圈abcd,长ab=20 cm,宽bc=10 cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R=50 Ω,整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过,磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示,求:
(1)线圈回路的感应电动势。
(2)在t=0.3 s时,线圈ab边所受的安培力。
专题一
专题二
线圈ab边所受的安培力F=nBIl=0.32 N。
答案:(1)2 V (2)0.32 N
专题一
专题二
变式训练166824066一个100匝、面积为40 cm2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0.05 s内由0.2 T增加到0.8 T,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;线圈中的感应电动势的大小是 V。?
解析:磁通量的变化是由磁场的变化引起的。
ΔΦ=ΔBSsin θ=(0.8-0.2)×40×10-4×0.5 Wb=1.2×10-3 Wb,
答案:1.2×10-3 2.4×10-2 2.4
专题一
专题二
专题二 交变电流图象的应用
交变电流的图象反映了交流电动势(电流)随时间的变化特征,对正弦式交变电流来说,我们可以从图象中获取如下信息:
1.交变电流的周期(T):一个完整的正弦波对应的时间段。知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω= 。
2.交变电流的最大值(Em、Im):图象上的峰值。知道了最大值,便可计算出交变电流的有效值,
3.任意时刻交变电流的瞬时值:图象上每个“点”表示某一时刻交变电流的瞬时值。
特别提醒(1)涉及电容器的耐压值时,只能用最大值。
(2)在研究交变电流做功、电功率、电流表、电压表及产生的热量时,只能用有效值。
专题一
专题二
【例题2】 一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5。原线圈与正弦交流电源连接,输入电压u如图所示,副线圈仅接入一个10 Ω的电阻。则( )
A.流过电阻的电流是20 A
B.与电阻并联的电压表的示数是100 V
C.经过1 min电阻产生的热量是6×103 J
D.变压器的输入功率是1×103 W
专题一
专题二
解析:原线圈中电压的有效值是220 V,由变压比知副线圈中电压为100 V,流过电阻的电流是10 A,故输入功率为1×103 W;与电阻并联的电压表的示数是100 V;经过1 min电阻产生的热量是6×104 J。
答案:D
专题一
专题二
变式训练266824067电阻R1、R2与交流电源按照如图甲所示的方式连接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示,则( )
A.通过R1的电流的有效值是1.2 A
B.R1两端的电压的有效值是6 V
C.通过R2的电流的最大值是1.2 A
D.R2两端的电压的最大值是6 V
专题一
专题二
解析:R1与R2串联,R1与R2中的电流变化情况应相同,电流有效值I1=I2=0.6 A,电流最大值I1m=I2m=0.6 A,
电压有效值U1=I1R1=6 V,U2=I2R2=12 V,
综上所述,B项正确。
答案:B
