物理选修32楞次定律

高中物理选修3-2全册教案 磁通量怎样变化？ 第二节：探究电磁感应的产生条件一、磁通量1、定义：面积为S，垂直匀强磁场b放置，则b与s乘积，叫做穿过这个面的磁通量，用表示。磁通量就是表示穿过这个面的磁感线条数。2、公式：=BS3、单位：韦伯（wb） 1wb=1Tm2二、产生感应电流的条件1、 闭合回路2、 回路中的磁通量发生变化，B、S、变化。三、电磁感应中的能量转化电磁感应现象同样遵循能量转化与守恒定律。【课后作业】：课本P7-P8“问题与练习”1、2、3、4、5题。第三节：楞次定律1、知识与技能：（1）、理解楞次定律的内容。（2）、能初步应用楞次定律判定感应电流方向。（3）、理解楞次定律与能量守恒定律是相符的。（4）、理解楞次定律中“阻碍”二字的含义。二、引入新课B1、问题1：如图，已知通电螺线管的磁场方向，问电流方向？ 答：由右手螺旋定则（安培定则）可知，电流从右边出，左边进，电流逆时针方向。2、问题2：如图，在磁场中放入一线圈，若磁场B变大或变小，问有没有感应电流？（有，因磁通量有变化）；感应电流方向如何？3、感应电流不是个好“孩子”。螺线管灵敏电流计G操作方法填写内容NS磁铁在管上静止不动时磁铁在管中静止不动时插入拔出插入拔出N在下S在下N在下S在下原来磁场的方向向下向下向上向上向下向上向下向上原来磁场的磁通量变化增大减小增大减小不变不变不变不变感应磁场的方向向上向下向下向上无无无无原磁场与感应磁场方向的关系相反相同相反相同感应电流的方向（螺线管上）向上向下向下向上无无无无总结规律：原磁通变大，则感应电流磁场与原磁场相反，有阻碍变大作用 原磁通变小，则感应电流磁场与原磁场相同，有阻碍变小作用结论：增反减同展示多媒体课件再次看看多媒体模拟的电磁感应中感应电流的产生过程。投影展示楞次定律内容及其理解：4、楞次定律感应电流的方向（1）、内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。（师指出上述结论是物理学家楞次概括了各种实验结果提出的，并对楞次的物理学贡献简单介绍）（2）、理解： 、阻碍既不是阻止也不等于反向，增反减同 “阻碍”又称作“反抗”，注意不是阻碍原磁场而阻碍原磁场的变化、注意两个磁场：原磁场和感应电流磁场、学生在图中标出每个螺线管的感应电流产生的等效N极和S极。根据标出的磁极方向总结规律：感应电流的磁场总是磁体阻碍相对运动。“你来我不让你来，你走我不让你走”强调：楞次定律可以从两种不同的角度来理解：a、从磁通量变化的角度看：感应电流总要阻碍磁通量的变化。b、从导体和磁体的相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍相对运动。、感应电流的方向即感应电动势的方向、阻碍的过程中，即一种能向另一种转化的过程 例：上述实验中，若条形磁铁是自由落体，则磁铁下落过程中受到向上的阻力，即机械能电能内能（3）、应用楞次定律步骤：、明确原磁场的方向；、明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；、根据楞次定律(增反减同)，判定感应电流的磁场方向；、利用右手定则判定感应电流的方向。（4）、楞次定律的应用 例：两同心金属圆环，使内环A通以顺时针方向电流，现使其电流增大，则在大环B中产生的感应电流方向如何？若减小电流呢？I解：由安培定则A环中电流产生的磁场方向向里穿过大环的磁通量增大由楞次定律可知感应电流的磁场向外由安培定则得外环感应电流为逆时针同理当电流减小时，外环中感应电流方向为顺时针5、楞次定律的特例闭合回路中部分导体切割磁感线 问题1：当闭合回路的部分导体切割磁感线也会引起磁通量的变化，从而使回路中产生感应电流，这种情况下回路中的电流的方向如何判断呢，可以用楞次定律判断电流的方向吗？答：当然可以用楞次定律来判断感应电流的方向，如果导体棒ab向右运动，则由楞次定律可知，穿过闭合回路的磁通量增加，则感应磁场就要与原磁场方向相反，即感应磁场方向向外，所以感应电流的方向adcba问题2：用楞次定律判断感应电流的过程很复杂，能否找到一种很简单的方法来判断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？答：有简单的方法，如果我们仔细研究电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向，就能找出一种方法右手定则：（1）、右手定则的内容：伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从掌心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指向的就是导体中感应电流方向（2）、适用条件：切割磁感线的情况（3）、说明： 、右手定则是楞次定律的特例，用右手定则求解的问题也可用楞次定律求解 例：分别用右手定则和楞次定律判断 通过电流表的电流方向(课本P204(3)GI、右手定则较楞次定律方便，但适用范围较窄，而楞次定律应用于所有情况、当切割磁感线时电路不闭合，四指的指向即感应电动势方向（画出等效电源的正负极）楞次定律总结一、楞次定律1、内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。2、理解： 、阻碍既不是阻止也不等于反向，增反减同 “阻碍”又称作“反抗”，注意不是阻碍原磁场而阻碍原磁场的变化、从磁通量变化的角度看：感应电流总要阻碍磁通量的变化。、从导体和磁体的相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍相对运动。、感应电流的方向即感应电动势的方向、阻碍的过程中，即一种能向另一种转化的过程 3、应用楞次定律步骤：、明确原磁场的方向；、明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；、根据楞次定律(增反减同)，判定感应电流的磁场方向；、利用安培定则判定感应电流的方向。楞次定律右手螺旋定则楞次定律右手螺旋定则感应电场的方向 感应磁场的方向 磁通量的变化情况4、楞次定律的应用二、楞次定律的特例闭合回路中部分导体切割磁感线（1）、右手定则的内容：伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从掌心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指向的就是导体中感应电流方向（2）、适用条件：切割磁感线的情况（3）、说明： 、右手定则是楞次定律的特例，用右手定则求解的问题也可用楞次定律求解 、右手定则较楞次定律方便，但适用范围较窄，而楞次定律应用于所有情况、当切割磁感线时电路不闭合，四指的指向即感应电动势方向（画出等效电源的正负极）【布置作业】选修3-2课本第12页“思考与讨论”1、2、3、4题课后作业：第13页1、2、3、4题第四节：法拉第电磁感应定律1.内容:电动势的大小与磁通量的变化率成正比2.公式:=N3.定律的理解:磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别、t感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比感应电动势的方向由楞次定律来判断感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定：当cos则tcos当cos则tcos当(cos)则（cos）t4、特例导线切割磁感线时的感应电动势用课件展示如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势？（课件展示） 解析：设在t时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为S=Lvt穿过闭合电路磁通量的变化量为=BS=BLvt据法拉第电磁感应定律，得E=BLv这是导线切割磁感线时的感应电动势计算更简捷公式，需要理解（1）B,L,V两两垂直（2）导线的长度L应为有效长度（3）导线运动方向和磁感线平行时，E=0（4）速度V为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）5、公式比较与功率的两个公式比较得出E=/t：求平均电动势E=BLV ： v为瞬时值时求瞬时电动势，v为平均值时求平均电动势例题1：下列说法正确的是（ D ）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、线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C、线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D、线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应电动势越大例题2：一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0. 5s内穿过它的磁场从1T增加到9T。求线圈中的感应电动势。解：由电磁感应定律可得E=n/t 由 联立可得E=n /t代如数值可得法拉第电磁感应定律总结一、电磁感应定律1内容2表达式E=n/t：求平均电动势E=BLV ： V为瞬时值时求瞬时电动势，V为平均值求平均电动势3.定律的理解:磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别、t感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比感应电动势的方向由楞次定律来判断感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定：当cos则tcos当cos则tcos当(cos)则（cos）t【布置作业】选修3-2课本第16页“思考与讨论”课后作业：第17页1、2、3、4、5题第五节：电磁感应定律的应用感生电动势和动生电动势由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。一、感生电动势（1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。（2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。（3）感生电场方向判断：右手螺旋定则。例如磁场变化时产生的感应电动势为E=NScos二、动生电动势（1）产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势，由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的（2）大小：E=BLv（B的方向与v的方向垂直）（3）动生电动势大小的推导【布置作业】选修3-2课本第20页“思考与讨论”课后作业：第20-21页1、2、3、4题第六节互感和自感1、 当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。2、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。3、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。（1）自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。（2）自感电动势大小：4、自感系数L：与线圈的大小、形状、圈数及有无铁心有关练习：在实验中，若线圈L的电阻RL与灯泡A的电阻RA相等，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流随时间的变化图像为 图；若RL远小于RA，则电键 断开前后通过线圈的电流随时间的变化图像为 图，通过灯泡的电流图像为 图。It A B C DItItIt答案：A；C；B；D【作业布置】： 课本后思考与练习题：全部完成高考资源网w.w.w.k.s.5.u.c.o.m51 交变电流学习目标（一）知识与技能1理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。2掌握交变电流的变化规律及表示方法。3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。（二）过程与方法1掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。交变电流产生的物理过程的分析。1、交变电流的产生为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？当abcd线圈在磁场中绕OO轴转动时，哪些边切割磁感线? ab与cd。当ab边向右、cd边向左运动时，线圈中感应电流的方向 沿着abcda方向流动的。当ab边向左、cd边向右运动时，线圈中感应电流的方向如何?感应电流是沿着dcbad方向流动的。 线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大。线圈转到什么位置时，产生的感应电动势最小?当线圈平面跟磁感线垂直时，ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行，即不切割磁感线，此时感应电动势为零。利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：（1）中性面线框平面与磁感线垂直的位置。（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈最大，但=0。（3）线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。2交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动，角速度是。经过时间t，线圈转过的角度是t，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?eab=BL1vsint = BL1sint =BL1L2sint此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=BL1L2sint若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=NBL1L2sint，令Em=NBL1L2，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。 根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsint。电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：3几种常见的交变电波形（三）课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。2从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSsint，感应电动势的最大值为Em=NBS。3中性面的特点：磁通量最大为m，但e=0。【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 交变电流的变化规律【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsint。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。 分析物理图象的要点：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。三判：在此基础上进行正确的分析和判断。综合应用【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO匀速转动，角速度=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）画出感应电流的瞬时值i随t变化的图象；（4）当t=30时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？解析： 作业布置1课下阅读“科学漫步”了解有关交流发电机的知识。2书面完成本节课后的“问题与练习”第3、4、5题；思考并回答第1、2题。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m w.w.w.k.s.5.u.c.o.m总结：电容器有“通交流，隔直流”的作用。电容器实质是电容交替进行充放电，导致导线中有电流，通过用电灯有电亮则灯亮。影响容抗大小的因素，看课本220页，交流电的频率和电容器的电容大小，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小。在图中所示的电路中，C为电容器，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，若保持交流电源的电压的有效值不变，只将电源频率增大，下列说法中正确的有（ ）A、电流表示数增大 B、电压表示数增大C、灯泡变亮D、灯泡变暗答案（C）（三）总结电感和电容对交流的阻碍作用既与电感、电容有关，还与交流的频率有关，这种关系为：电感：通直流，阻交流；通低频，阻高频。电容：通交流，隔直流；通高频，阻低频。变压器闭合铁心是由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成，(实物呈现，各组由前往后传)现在我们用符号来表示变压器。强调线圈必须绕在铁心其中与电源连接叫原线圈，也叫初级线圈。另一个与负载连接叫副线圈，也叫次级线圈。【基础知识精讲】课文全解一、变压器1定义：用来改变交流电压的设备，称为变压器说明：变压器不仅能改变交变电流的电压，也能改变交变电流的电流，但是不能改变恒定电流2构造：变压器由一个闭合铁芯（是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的）和两个线圈（用绝缘导线绕制）组成的原线圈：和交流电源相连接的线圈（匝数为n1）副线圈：和负载相连接的线圈（匝数为n2）许多情况副线圈不只一个二、理想变压器1理想变压器是一种理想模型理想变压器是实际变压器的近似理想变压器有三个 特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量都一样每匝线圈中所产生感应电动势相等（2）线圈绕组的电阻不计，无能损现象（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象说明：大型变压器能量损失都很小，可看作理想变压器，本章研究的变压器可当作理想变压器处理2理想变压器的变压原理变压器工作的原理是互感现象，互感现象即是变压器变压的成因当变压器原线圈上加上交变电压，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势如果副线圈电路是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈，在原、副线圈中同样要引起感应电动势在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象在变压器工作时，由于原、副线圈使用同一个铁芯，因而穿过原、副线圈（每匝）的磁通量及磁通量的变化率均相同，在原、副线圈产生的感应电动势与它们的匝数成正比3能量转换：变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置4理想变压器的基本关系（1）输出功率等于输入功率P出P入，U1I1U2I2（2）原副线圈两端的电压跟匝数成正比，（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈），（4）原副线圈的交变电流的周期T和频率f相同5理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器输出功率决定输入功率当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化若同时有多组副线圈工作，则U1I1U2I2U3I3UnIn成立（2）理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足（3）理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n1I1n2I2n3I3，其中n2、n3为工作的副线圈的匝数说明：（1）理想变压器工作时，若增加负载，相当于负载电阻减小，从而副线圈中的电流增大，此时原线圈中电流也增大；若减少负载，相当于负载电阻增大，从而副线圈中的电流减小，此时原线圈中的电流减小；若副线圈空载时，副线圈中的电流为零，那么原线圈中的电流也为零（2）原副线圈如果分别采用双线绕制，使原副线圈都是由两个线圈组合而成，当电流通过时，要根据在线圈中形成的磁通量方向确定其等效匝数（3）接在原、副线圈回路中的电表均视为理想电表，其内阻的影响忽略不计三、几种常用的变压器1自耦变压器（1）自耦变压器的示意图如图1742所示图1742（2）特点：铁芯上只绕有一个线圈（3）用途：可升高电压，也可降低电压如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图1742甲）；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图1742乙）2调压变压器（1）构造：线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，如图1743所示图1743（2）变压方法：AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U23互感器（1）用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流（2）分类：电压互感器如图1744所示，用来把高电压变成低电压它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的变压比（U1/U2），可以算出高压电路中的电压为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地图1744 图1745电流互感器变压器总结1变压器构造2理想变压器工作原理U1I1U2电能磁场能电能3变压器工作规律P入=P出 U1I1U2I2n2n1降压变压器n1n2 隔离变压器低压线圈n小I大线径粗 出示：电能输送挂图，并结合学生生活经验作介绍第三节 电能的输送输送电能的过程：发电站升压变压器高压输电线 降压变压器用电单位）（高压输电的道理）分析讨论的思路是：输电导线（电阻）发热损失电能减小损失讲解：输电要用导线，导线当然有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大不能忽略（A：要减小电能的损失，必须减小输电电流）讲解：另一方面，输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义（B：输电功率必须足够大）5、提问：怎样才能满足上述两个要求呢？分析：根据公式 ，要使输电电流 减小，而输送功率 不变（足够大），就必须提高输电电压 第一节：传感器及其工作原理教案第一节：传感器及其工作原理1、 传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件。非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量2、 传感器的优点：把非电学量转换为电学量，很方便地进行测量、传输、处理和控制。3、 传感器的工作原理：4、 认识一些制作传感器的元器件(1)、光敏电阻：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。作用：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。（2）、热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。作用：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。（3）、霍尔元件：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。常用的传感器常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的根据检测量的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、电场、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的生物传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等生物传感器最典型的应用是在医疗卫生行业，医院中各种进行生化分析检验的仪器大多要用到生物传感器除了上述三种传感器外，还有压力传感器、气体传感器、味觉传感器等随着材料科学和自动化技术的发展，新的传感器正不断被发明出来，种类越来越多，功能也越来越强传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就没有现代化的自动控制技术