電磁感應可以用動能定理是因為動能定理在磁場中運用一般會涉及到電場、重力場的綜合問題。使用動能定理必須要知道兩個運動狀態前后的速度變化,在綜合考慮再其運動過程中各種力的做功情況,物體的動能變化量等于運動過程中各種力做功的總和。
動能定理是描述機械運動的。而電磁感應屬于電磁能量的范疇,因此只能用電磁能量的定理來描述。
一、重點與難點分析
1、電磁感應閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,導體中就產生感應電流,這種現象叫做電磁感應,產生的電流叫做感應電流。
①產生感應電流的必要條件是:a、電路要閉合;b、閉合電路中一部分導體做切割磁感線運動,缺一不可;若是閉合電路的一部分導體,但不做切割磁感線運動則無感應電流,若導體做切割磁感線運動但電路不閉合,導體上仍無感應電流則導體兩端有感應電壓。
②感應電流的方向跟磁場方向和導體切割磁感線運動方向有關(三者互相垂直),改變磁場方向或改變導體切割磁感線方向都會改變感應電流的方向。
③在電磁感應現象中機械能轉化為電能。
2、發電機發電機是根據電磁感應原理制成的,它使人們大規模獲得電能成為現實。
①交流發電機主要由轉子和定子兩部分組成,另外還有滑環、電刷等。
②交流電的周期與頻率周期和頻率是用來表示交流電特點的兩個物理量,周期是指交流發電機中線圈轉動一周所用的時間,所以單位是液亮“秒”;頻率是指每秒鐘內線圈轉動的周數。它的單位是“赫”,我國使用的交流電周期為0.02秒,頻率是50赫,其意義是發電機線圈轉一周用時0.02秒,即1秒內線圈轉50周,因為線圈每轉一周電流方向改變兩次,所以,頻率為50赫的交流電在1秒鐘內方向改變100次。
例1、如圖12-1所示,在磁場中懸掛一根導體ab,把它的兩端跟電流表連接起來,合上開關,讓導鬧粗寬體ab在磁場中左右運動,你會觀察到的指針發生偏轉,說明電流產生。這種現象叫,在這種現象中能轉化為能。[分析]本題主要考查電磁感應現象的內容及能的轉化。
[答案]電流表;有;電磁感應;機械;電。
例2、如圖12-2所示,圖中a表示閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動,試判定感應電流的方向。
[分析]電磁感應現象中涉及三個方向:即導體切割磁感線方向、磁感線方向和感應電流方向三者兩兩垂直。甲圖中已知三者關系,將乙、丙圖與之相比較:圖乙:磁感應線方向相對甲圖改變、導體運動方向改變,所以感應電流方向相對甲圖不變,應為。圖丙:磁感應線沒變、運動方向改變了,所以感應電流改變應為。
答案:乙:;丙:。
二、綜合應用創新思維點撥
例3、如圖12-3所示,導體ab如箭頭所指的方向運動,試判斷在這四種情況下ab有感應電流產生的是()。
[分析]根據產生感應電流的條件,在圖A和圖C的情況下,導體ab雖然運動,但由于沒有切割磁感應線,閉合電路中沒有感應電流產生。在圖B中,導線ab雖然做切割磁線運動,但由于沒有構成閉合電路,所以ab中沒有感應電流產生。在圖D所示的情況下,導線ab成為閉合電路的一部分導體,而且做切割磁感線的運動,所以ab上有感應電流產生。
[答案]D
例4、如圖12-4所示,當手搖交流發電機線圈以每秒鐘5轉的速度轉動時()
A、電流表指針向右偏轉,小燈泡正常發光
B、電流表指針向左偏轉,小燈泡閃爍發光
C、電流表指針左右大幅擺動,小燈泡不亮
D、電流表指針左右小幅擺動,小燈泡閃爍發光
[分析]本題考查學生對交流電的周期、頻率,以及緩慢變化的電流對電流表和燈泡工作影響的綜合分析能力。
我們知道,線圈以每秒5轉的速度旋轉,發出的交流電的頻率為5Hz,即每秒線圈中的電流方向改變10次。電流表的指針由于受慣性的作用,不可能做大幅度的左右擺動,只能小幅度左右擺動。而小燈泡是根據電流的熱效應工作的,交流發電機的線圈在與磁場方向垂直時,不切割磁感線,線圈中無電流,因此燈泡中的電流是有周期性變化的。燈絲的亮度也有周期性變化,由于頻率較低,這樣的變化人眼能分辨出來,發生了閃爍現象。
[答案]D
三、知識擴展
英國物理學家法拉第證明磁生電的第一個實驗:
1822年,31歲的法拉第開始把磁轉變成電的實驗,經過整整10年的不懈努力,終于在1831年發現磁引起電的現象,這種現象被稱為電磁感應現象。
法拉第最初的實驗是這樣做的,把兩個線圈繞在一個鐵環上,線圈A接電池,線圈B接電凳缺流表。他發現,每當合上開關給線圈A通電時,或斷開開關使線圈A斷電時,電流表的指針就偏轉,表明線圈B中產生了電流。但是,線圈B中的電流是瞬間的,當線圈A中的電流穩定以后,電流表的指針卻不動了。法拉第還發現,鐵環并不是必需的,拿走鐵環再做這個實驗,電磁感應現象仍然發生,只是線圈中的電流弱一些。
法拉第認為:線圈B只是處在線圈A的電流磁效應范圍內,此外同A沒有別的聯系,所以B的電流只能由A的電流磁效應發生變化產生。這正是他探索10年發現的磁轉變成電的現象。
法拉第確立了電磁感應的基本定律。揭示了磁和電的聯系,成為現代電工學的基礎。
法拉第還利用電磁感應原理,設計了歷史上第一臺感應發電機。