第三章 电磁感应 第四章 电磁波及其应用（教师用）

第三章 电磁感应 第四章 电磁波及其应用

学习目标

1．电磁感应现象 第三章 电磁感应 2 ．法拉第电磁感应定律 3．交变电流 认识电磁感应现象；能通过实验探究认识电磁感应现象产生的条件；知道磁通量。 了解影响感应电动势的因素；认识法拉第电磁感应定律；了解电磁感应现象在生活和生产中的应用。 第四章 电磁波及其应用 初步了解交流发电机；认识正弦式电流及相关物理量。 了解变压器的结构；能通过探究变压器两个线圈的电压关系知道变压4．变压器 器的作用；了解变压器能改变电压的原因。 5．高压输电 了解高压输电的原因；了解电网供电的优势。 6．自感现象 涡流 了解自感现象及其运用；了解电感器；了解涡流及其应用。 能根据说明书正确使用常见家用电器；了解常见家用电器技术参数的7 ．课题研究：电含义，能根据需要合理选用家用电器；了解节约用电的多种途径；了在我家中 解家庭电路和安全用电知识，有安全用电的意识。 初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发展中的1 ．电磁波的发现 意义；了解电磁波及赫兹发现电磁波的意义。 初步了解电磁波谱；知道波长、频率和波速及其关系；认识电磁波具2 ．电磁波谱 有能量。 了解电视和移动通讯的发射和接收3． 电磁波的发射初步了解无线电波的发射与接收；和接收 过程。 了解传感器及其应用，体会传感器的应用给人们带来的方便；了解信4 ．信息化社会 息的拾取、传递、处理、记录的基础知识以及数字电视、互联网等。 5． 课题研究：社初步了解电磁波的应用对人类现代生活带来的正面和负面影响；能对会生活中的电磁波 电磁波在社会生活中的应用发表自己的观点。 一、电磁感应现象 1．磁通量：（1）穿过一个闭合电路的磁感线越多，穿过这个闭合电路的磁通量越大；（2）磁通量用Φ表示，单位是韦伯，符号Wb。

如图：两个闭合电中路S1和S2的面积相同，从穿过S1 、S 2的磁感线条数可以判断，穿过S1的磁通量Φ1大于穿过S2的磁通量Φ2。 S2 S1 2．感应电流产生的条件

产生感应电流的办法有很多，如闭合电路的一部分导体作切割磁感线运动，磁铁与线

圈的相对运动，实验电路中开关的通断，变阻器阻值的变化??，从这些产生感应电流的实验中，我们可以归纳出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，闭合电路中就会产生感应电流。

B

二、法拉第电磁感应定律

1．内容：电磁感应中线圈里的感应电动势跟穿过线圈的磁通量变化率成正比 2．表达式：E?n?? ?tn为线圈的匝数；ΔΦ是线圈磁通量的变化量，单位是Wb；Δt是磁通量变化所用的时间。

三、交流电

1．交流电的产生：线圈在磁场中转动，由于在不同时刻磁通量的变化率不同，产生大小、方向随时间做周期性变化的电流，这种电流叫交流电。按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。

2．正弦交流电的变化规律

（1）可以用如图所示的正弦（或余弦）图象来表示正弦交流电电流、电压的变化规律。

（2）交流电的峰值、周期、频率

Um、Im是电压、电流的最大值，叫做交流电的峰值。

交流电完成一次周期性变化所用的时间叫做交流电的周期T；交流电在1s内发生的周期性变化的次数，叫交流电的频率f，单位是Hz；周期和频率的关系是f?1；我国电网中的交流电频率f =50Hz。 T3．交流电的有效值

（1）交流电的有效值是根据电流的热效应规定的：把交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、电流的数值称做交流电压、电流的有效值。

（2）按正弦规律变化的交流，它的有效值和峰值之间的关系是（Ue、Ie分别表示交流电压、电流的有效值）

IUUe =m=0.707Um Ie=m=0.707Im

22四、变压器

1．变压器构造：变压器由原线圈、铁芯和副线圈组成。

2．变压器工作原理

（1）在变压器原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流通过，在闭合铁芯中产生交变的磁通量，这个交变磁通量穿过副线圈，在副线圈上产生感应电动势，感应电动势等于副线圈未接入电路时的电压U2；

（2）因每匝线圈上的感应电动势是相等的，匝数越多的线圈，感应电动势越大，电压越高。原线圈匝数为n1，原线圈匝数为n2，如果n2＞n1，则U2＞U1，这种变压器叫升压变压器；如果n2＜n1，则U2＜U1，这种变压器叫降压变压器。

五、高压输电

根据输电线上损失的热功率?P?I2R，减少输电损失的途径有：（1）减少输电线的电阻，可以采用导电性能好的材料做导线，或使导线粗一些；（2）减少输送的电流，根据电功率公式P =UI，在输送一定功率的电能时，要减少输送的电流就必须提高输送的电压，采用高压输电。

六、自感现象、涡流

1．自感现象：自感，通俗地说就是“自身感应”，由于通过导体自身的电流发生变化而引起磁通量变化时，导体自身产生感应电动势的现象。

（1）导体中的自感电动势总是阻碍引起自感电动势的电流的变化。

（2）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。线圈越粗、越长，匝数越多，它的自感系数就越大，线圈有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多。

2．涡流：把块状金属放在变化的磁场中，金属块内将产生感应电流，这种电流叫涡流。 可以利用涡流产生的热量，如电磁炉；涡流有时也有害，需减少涡流，如变压器的铁芯。

七、电磁波及其应用

1．麦克斯韦电磁理论要点 （1）变化的电场产生磁场；（2）变化的磁场产生电场。

麦克斯韦预示了空间可能存在电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在。 2．电磁波的特点

（1）电磁波传播不需介质，可在真空中传播；（2）电磁波在真空中传播的速度等于光速c； （3）电磁波与机械波一样，其波速c、波长?、频率f之间的关系是c??f。 3．电磁波谱

无线电波：波动性明显 红外线：有显著的热作用 可见光：人眼可见 紫外线：产生荧光反应 X射线：贯穿能力强 γ射线：穿透能力很强 以上排列的电磁波频率由低到高，波长由长到短。

4．电磁波的发射、传输、接收

（1）采用开放电路及调制技术向外发射高频信号，调制有调频和调幅两种方式。 （2）电磁波的传输：卫星传输、光缆传输、电缆传输。

（3）电磁波的接收：调谐获取信号、检波（又称解调）让信号还原。 5．传感器

（1）作用：传感器的作用是将感受到的非电学量如力、热、光、声、化学、生物等量转换成便于测量的电学量或信号。

（2）常用传感器：双金属温度传感器、光敏电阻传感器、压力传感器等。 6．电磁波的应用和防止

（1）应用：电视机、收音机、摄像机、雷达、微波炉等。 （2）防止：电磁污染、信息犯罪等。

理解：一、判断电路中是否有感应电流的方法

产生感应电流必须同时满足电路闭合和磁通量变化这两个条件，但穿过不闭合回路的磁通量发生变化，电路中只产生感应电动势，不产生感应电流。

穿过闭合回路的磁通量发生变化是确定电路中是否产生感应电流的关键，直观的判断是看穿过电路中的磁感线条数是否发生了变化。

二、学习建议

1、通过法拉第电磁感应实验和探究产生感应电流的条件的实验，培养类比推理和通过观察、实验、归纳寻找物理规律的能力。

2、通过学习麦克斯韦的电磁场理论，了解“电生磁、磁生电”的类比思想，以及电和磁的对称性和统一性。

【例1】以下说法正确的是

A．白炽灯的额定电压为220V，是指白炽灯上的交流电压的峰值不超过220V B．电容器的击穿电压为6V，那么加在电压器上的交流电压的有效值不能超过6V C．用万用电表测交流电压，测出的是交流电压的有效值 D．用万用电表测交流电压，测出的是交流电压的峰值

解析：白炽灯的额定电压是指有效值；加在电容器的交流电压最大值（即峰值）不能超过电容器的击穿电压；电表测出的是交流电的有效值。故选项C正确。

点评：（1）本题属于“了解”层次；（2）各种使用交流的电器设备上所标注的，交流电表所测得的，以及我们在叙述过程中没有特别加以说明的交流电的值，都是指有效值，而峰值是指交流的最大值。 【例2】如图3所示，矩形线圈平面跟磁感线平行，下列哪种情况中线圈中有感应电流

a A．线圈绕ab轴转动 B．线圈绕cd轴转动

c C．线圈沿ab向下平移

B D．线圈垂直纸面向外平动

b 解析：线圈绕cd轴转动、上下平动或垂直纸内、外平动，线圈一直与磁感线平行，穿

过线圈的磁通量始终为零，故不能产生感应电流；线圈绕ab轴转动，会使穿过线圈的磁通量不断发生变化，从而产生感应电流。故选项A正确。

点评：（1）本题属于“认识”层次；（2）判断电路中是否产生了感应电流，要抓住两个条件：一是“电路是否闭合”，二是“穿过电路的磁通是否发生变化”。穿过电路的磁通量是否发生变化，直观的判断方法是，看穿过电路的磁感线条数是否发生了改变。本题B、D选项中，尽管线圈中有部分导体切割了磁感线，但穿过电路的磁感线条数始终为零，所以不能产生感应电流。

【例3】一个有10匝的闭合导体线圈，若在0.01s内，通过线圈的磁通量是由0.04Wb均匀地减小到零，则在这段时间内线圈产生的感应电动势E＝_________。

解析：根据法拉弟电磁感应定律，线圈中的感应电动势

d E?n?? ?t0.04V= 40V 0.01=10×答案：40V 点评：（1）本题属于“理解”中的“简单应用”层次；（2）要理解公式中各物理量的含义：n是线圈的匝数；△Φ＝Φ2－Φ1（取绝绝对值，题中Φ1=0.04Wb，Φ2=0）是磁通量变化量；△t是磁通量变化所需时间；

??是磁通量变化率，等于每一匝线圈产生的感应电动势。 ?t_______Hz；光从真空中

【例4】可见光也是一种电磁波，某种可见光的波长为0.6μm，则

进入水中频率不变，但波长变短，光的传播速度将_______（填“增大”、“减小”或“不变”）

解析：根据c??f

f?c??3.0?1080.6?10?6Hz = 5×1014Hz

光从真空中进入水中，传播速度v水、波长为?水，仍然有：

v水??水f

?水变小，f不变，光在水中传播速度v水变小

答案：5.0?1014，变小

点评：（1）本题属于“理解”中的“简单应用”层次；（2）所有频率的电磁波（包括可见光）在真空的传播的速度都等于光速c，c?3.0?108m/s；（3）不管在哪种介质中传播 ，电磁波频率不变，传播的速度v、波长λ、频率?的关系式v??f都成立。

梯度练习

A组

1．关于产生感应电流的条件，以下说法正确的是（ ） A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中一定会有感应电流

B．闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流 C．穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流

D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流 2．闭合电路的感应电动势大小（ ）

A．跟穿过电路的磁通量成正比 B．跟穿过电路的磁通量变化量成正比 C．跟穿过电路的磁通量变化率成正比 D．跟穿过这一电路的磁感应强度成正比

3．变化的磁场中，穿过一个10匝的闭合线圈的磁通量每秒钟均匀地增多1Wb，则（ ） A．线圈中的感应电动势每秒钟增加1V B．线圈中的感应电动势每秒钟增加10V C．线圈中的感应电动势为10V D．线圈中的感应电动势为零

4．在电能的输送过程中，如果输送的电功率一定，则输电线上的电能损失（ ） A．随输电线电阻增大而增大B．随输电线电阻减小而增大 C．随输送电压升高而增大 D．与输送电压无关

5．高频感应炉是用来熔化金属对其进行冶炼的，如图为高频感应炉的示意图，冶炼炉内盛有冶炼的金属，线圈通入高频交流电，这种感应炉的加热原理是（ ）

A．利用线圈中电流产生的焦耳热 B．利用线圈中电流产生的红外线

C．利用线圈电流的磁场在炉内产生的涡流 D．利用线圈电流的磁场激发的电磁波

6．关于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（ ）

A．频率越大，传播的速度越大 B．频率越大，传播的速度越小 C．频率越大，其波长越长 D．频率越大，其波长越短 7．如图为一正弦电流电的图象，该交流的频率为_______Hz，有效值为_______A，该交流通过一阻值为10Ω的电阻时，在10min内产生的热量为______J。

B组

8．如图，竖直放置的长直导线，通以恒定电流I，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列哪种情况下，线圈中没有感应电流产生（ ） ．．a b A．导线中电流强度变大 I

d c B．线框向右运动

C．线框向左运动

D．线框平行导线向下运动

9．一个白炽灯泡上标有“220V 40W”，那么为使它正常发光，所使用的正弦交流电是（ ） A．电压峰值为220V，电流的峰值约为0.18A B．电压峰值约为311V，电流的峰值约为0.26A C．电压有效值为220V，电流有效值约为0.26A D．电压有效值约为311V，电流有效值约为0.18A

10．如图所示，A1、A2是两个完全相同的小灯泡。闭合开关，调节滑动变阻器使两个小灯泡都能正常发光，则重新闭合开关瞬间，观察到的现象是（ ）

A．合上S时，A1比A2先到达正常发光状态 B．合上S时，A2比A1先到达正常发光状态 C．合上S时，两灯同时到达正常发光状态 D．合上S时，A1亮A2不亮

11．下表是某电视机的部分技术参数，该电视机正常工作时电流为______A；如该电视机长期不用而一直处于待机状态，则一个月（30天）该电视机将消耗电能______度。

产品型号 总质量 整机尺寸（mm） 额定功率 待机功率 额定电压 29** 50kg 665×622×294 200W 5W 220V 12．如图所示是“研究电磁感应现象”的实验装置，你用哪些方法可以使电路中产生感应电流？

A

B

S

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