(共10张PPT)
第4章 揭开电磁关系的奥秘
磁生电
感应电流产生的条件:(1)闭合回路;(2)磁通量变化
的探索
意义:推动电磁学理论和电磁技术的发展
法拉第电磁感应定律(1)内容(2)表达式E=24中
△t
(3)垂直切割磁感线时E=Bb
揭开电磁关系的奥秘
电磁感应定
感应电流方向的判定右手定则
律及其应用
发电机:(1)原理:电磁感应2)能量转化机械能→电能
变压器:(1)结构铁芯,原、副线圈;(2)原理:电磁感应现象;
U
(电压与匝数的关系:U2m2
电能的生
(1)生产;(2)输送—减少损耗:①减小电阻
与利用
②提高电压3)利用
电和磁的
(1)麦克斯韦电磁场理论;(2)电磁波的产生和特点;
完美统
(3)赫兹用实验证实
知识体系网络构建
宏观把握·理清脉络
专题归纳,整合提升
归纳整合·深度升华本章优化总结
电磁感应中的电路问题
1．感应电动势：回路有电流必须有电源，电源产生电动势．
电磁感应中相当于电源的那部分产生的电动势叫感应电动势，其余部分可等效为负载，利用学过的电路知识处理问题．
产生感应电流的本质是因为产生了感应电动势，与电路是否闭合没有关系，若电路不闭合，仍有感应电动势而没有感应电流．
2．法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比．
3．磁通量变化快慢的描述方法：在相同的时间内磁通量的变化越大，磁通量的变化越快；如果有相同的磁通量的变化，时间越短，磁通量的变化越快．
一个闭合金属线框的两边接有电阻R1、R2，框上垂直搁置一根金属棒，棒与框接触良好，整个装置放在匀强磁场中，如图所示．当用外力使ab棒右移时，下列判断正确的是( )
A．穿过线框的磁通量不变，框内没有感应电流
B．框内有感应电流，电流方向沿顺时针方向绕行
C．框内有感应电流，电流方向沿逆时针方向绕行
D．框内有感应电流，左半边逆时针方向绕行，右半边顺时针方向绕行
[解析] ab棒右移时，切割磁感线．根据右手定则，ab棒中的感应电流方向从a流向b，此时ab棒起着电源的作用，分别对两边电阻供电，如图所示，所以流过R1、R2的电流都由上而下地绕行．
[答案] D
理想变压器电压制约关系
输入电压决定输出电压．设理想变压器的原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2，输入电压为U1，输出电压为U2，则有＝故U2＝U1
由于理想变压器的结构一定，n1、n2均为定值，所以输出电压U2由输入电压U1决定，与负载电阻的大小无关．U1增大，U2也增大；U1减小，U2也减小．
如图所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为变压器原线圈两端的电压，I1为原线圈的电流强度，则以下说法不正确的是( )
A．保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大
B．保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率减少
C．保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大
D．保持P的位置不变，S合在a处，若U1增大，I1将增大
[解析] U2＝U1，P2＝eq \f(U,R)＝eq \f(U,R)，P1＝I1U1，且P2＝P1?I1＝，S由a到b，则n2不变，n1减小，故I1增大；S由b到a，则n2不变，n1增大，故I1减小；触头P上滑，则R增大，I1减小；保持P位置不变，若U1增大，则I1增大．选项A、B、D正确，选项C错误．
[答案] C
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3章末过关检测(四)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.如图所示，将一个矩形线圈ABCD放在匀强磁场中，若线圈平面平行于磁感线，则下列运动中，哪些能在线圈中产生感应电流( )
A．线圈平行于磁感线平移
B．线圈垂直于磁感线平移
C．线圈绕AD边转动
D．线圈绕AB边转动
解析：选C.无论线圈平行或垂直于磁感线平移，还是绕AB边转动，穿过线圈的磁通量始终为零，不发生变化；故A、B、D均不对；线圈绕AD边转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，有感应电流产生．故C选项正确．
2．如图所示，条形磁铁以速度v穿过螺线管时，下列几种说法正确的是( )
A．螺线管中不会产生感应电流
B．螺线管中会产生感应电流
C．只有磁铁速度足够大时，螺线管中才能产生感应电流
D．只有在磁铁的磁性足够强时，螺线管中才会产生感应电流
解析：选B.条形磁铁穿过螺线管的过程中线圈中磁通量发生改变，故能产生感应电流，选项B正确．
3．磁感强度是0.8 T的匀强磁场中，有一根跟磁感线垂直、长0.2 m的直导线，以4 m/s的速度、在跟磁感线和直导线都垂直的方向上做切割磁感线的运动，则导线中产生的感应电动势的大小等于( )
A．0.04 V B.0.64 V
C．1 V D.16 V
解析：选B.根据法拉第电磁感应定律E＝BLv＝0.8×0.2×4 V＝0.64 V.
4．老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是( )
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
B．磁铁插向右环，横杆发生转动
C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动
D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动
解析：选B.磁铁插向右环时，穿过右环的磁通量发生变化，右环中产生感应电流，由楞次定律的“来拒去留”知，右环向远离磁铁的方向运动，横杆发生转动；磁铁插向左环时，由于左环不闭合，故左环中没有感应电流产生，磁铁对左环没有力的作用，故横杆不发生转动，所以选项B正确．
5．关于电磁波，正确的说法是( )
A．空间有变化的电场存在，一定能形成电磁波
B．在真空中电磁波的传播速度小于真空中的光速
C．电磁波只能在真空中传播，不能在介质中传播
D．电磁场具有能量
解析：选D.变化的电场和变化的磁场共同形成电磁场，电磁场向外传播形成了电磁波．电磁波在真空中的速度与光速相同，电磁场有电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
6．如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D.无法确定
解析：选C.设当线框abcd在1位置时，通过的磁通量为Φ1，在位置2时，通过的磁通量为Φ2，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2，ΔΦ2＝Φ1－(－Φ2)＝Φ1＋Φ2，所以ΔΦ1＜ΔΦ2.
7．如图所示，导体AB是金属线框的一个可动边，AB与线框间无摩擦．匀强磁场垂直纸面向外．当AB以速度v向右做匀速运动时，下列说法中正确的是( )
①线框中的感应电流方向是A→B→C→D→A
②线框中的感应电流方向是A→D→C→B→A
③导体AB受到向右的磁场力
④导体AB受到向左的磁场力
A．①和④正确 B.①和③正确
C．②和③正确 D.②和④正确
解析：选A.根据右手定则，AB中的感应电流方向为A→B，故线框中的电流方向是A→B→C→D→A，根据左手定则，导线AB受到向左的磁场力，故选A.
8．一台理想变压器原、副线圈的匝数比为6∶1.若原线圈接在6 V蓄电池上，则副线圈两端的电压是( )
A．0 V B.1 V
C．36 V D.12 V
解析：选A.原线圈接在直流电源上时，穿过副线圈中的磁通量不发生变化，没有感应电动势产生，故A项正确．
9．当变压器副线圈的电路中并联的负载逐渐增加时，以下叙述中正确的是( )
A．输出电压逐渐增大，输入电压随着减少
B．输出电压逐渐减少，输入电压随着增加
C．输出功率逐渐增大，输入功率不一定增大
D．输入电压不变，输出电压也不变
解析：选D.输出电压随输入电压的变化而变化，输入电压不变，输出电压也不变．并联的负载增加，R总减小，由P出＝eq \f(U,R总)得P出增大，P入＝P出，所以P入增大．
10．远距离输送交流电都采用高压输电，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．可节省输电线的铜材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减少输电线上的能量损失
D．可加快输电的速度
解析：选C.由P＝IU得I＝，输送的电功率P一定，采用高压输电，U大则I小，输电线中的电流就小，由P损＝I2·R，在距离一定时，输电电阻越小，损耗减少，但铜价高，且密度大，架线成本太高，一般不用．减小电流可以减少输电线上的能量损失，故选项C正确．交流电的频率是固定的，不需调节．输电的速度就是电磁波的传播速度，是一定的，故选项B、D不正确．
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分．将答案填在题中横线上)
11．某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流表、线圈A和线圈B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，当接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是_________________________．
解析：开关位置接错，应把开关接入A线圈中，控制小线圈中的电流，从而使穿过B线圈(大线圈)的磁通量发生变化．
答案：开关位置接错
12．从发电厂输出的电功率为220 kW，输电线的总电阻为0.25 Ω.若输送电压为1.1 kV，输电线上损失的电功率为________W；保持输送功率不变，要使输电线上损失的电功率不超过100 W，输送电压至少为________ V.
解析：P损＝R＝1×104 W，
由P损′＝R，得
U′＝P＝1.1×104 V.
答案：1×104 1.1×104
三、计算题(本题共4小题，共48分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(10分)如图所示，一个50匝的线圈的两端跟R＝99 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1 Ω，磁感应强度以100 T/s的变化率均匀减小．这一过程中通过电阻R的电流是多少？
解析：由法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势为E＝n＝nS＝50×100×20×10－4 V＝10 V．(5分)
根据闭合电路欧姆定律，感应电流大小为I＝＝ A＝0.1 A．(5分)
答案：0.1 A
14．(12分)如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断．
(1)熔丝的熔断电流是多大？
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？
解析：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2.
根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有
I1U1＝I2U2.(3分)
当I2＝12 mA时，I1即为熔断电流．代入数据，得
I1≈0.98 A．(3分)
(2)设副线圈中电流为I2′＝10 mA时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有
P1＝I2′U2，(4分)
代入数据，得P1＝180 W．(2分)
答案：(1)0.98 A (2)180 W
15．(12分)如图所示，在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的AC间连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab的质量为m，导轨和金属棒的电阻不计，金属棒与导轨间动摩擦因数为μ.若用恒力F水平向右拉棒运动，求金属棒的最大速度．
解析：ab棒受恒力F作用向右加速运动产生感应电流，电流在磁场中受安培力F安作用，如图所示，(2分)
随v↑→E↑→I↑→F安↑→F合↓→a↓，当金属棒所受合力为零时，加速度为零，速度最大，(2分)
根据平衡条件，有：
F－F安－f＝0①(1分)
又有F安＝BIL②(1分)
I＝③(1分)
E＝BLv④(1分)
f＝μmg⑤(1分)
由式①②③④⑤解得：vmax＝.(3分)
答案：
16．(14分)发电站的电源通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器．
(1)画出上述输电全过程的原理图；
(2)发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
(3)若输电导线中的电功率损失为输电功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；
(4)计算降压变压器的输出功率．
解析：(1)如下图所示．
(3分)
(2)对升压变压器，据公式＝有
U2＝U1＝25×250 V＝6 250 V(2分)
由P1＝P2知
I2＝＝＝ A＝16 A．(2分)
(3)因为P线＝IR线，又P线＝0.04P1
所以R线＝eq \f(0.04P1,I)＝ Ω＝15.625 Ω(2分)
因为ΔU＝U2－U3＝I2R线，所以U3＝U2－I2R线＝6 250 V－16×15.625 V＝6 000 V．(3分)
(4)P4＝P1－P线＝0.96P1＝0.96×100 000 W＝96 kW.(2分)
答案：(1)见解析 (2)6 250 V 16A (3)15.625 Ω 6 000 V (4)96 kW
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