第七章电磁感应定律的应用.docx

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1、第七章电磁感应定律的应用第一节自感现象和涡流现象1.如图7-1所示，把铜片放在磁场中，如果我们力图把这铜片从磁场中拉出或进一步推入，都会感觉到有阻力阻碍铜片运动。试分析这个阻力的I来源。2.如图7-2所示，感应圈是由两个圆筒状的螺线管套在同一个铁芯上构成，与电源相接的匝数较少的螺线管叫做原线圈，不与电源相接的叫做副线圈，副线圈的匝数远大于原线圈的匝数。感应圈是利用低压直流电源，通过电磁铁的作用以及开关S1的触点绕转轴O的左右跳动，使原线圈的电路交替不断地处于“接通”和“断开”这两种状态，从而在原线圈中形成交替变化的脉动电流以及在副线圈两极产生较高的I电国一(I)当副线圈两极(A和B)间的距离较

2、近时，为什么在接通开关或断开开关的瞬间两极都有火花发生？(2)如果使副线圈的两极距离较远，则仅在断开开关的瞬间才可能有火花出现？为什么？3.用手捏住变压器或电机线圈的两端，在普通手电筒的电池两极接触一下然后断开，为什么会有强烈的电击感觉？用多用表欧姆挡检查变压器或电动机的线圈是否断线时，要注意什火？4.在如图7-3所示的电路中，A、B两灯的电阻均为20C。电感线圈的直流电阻Ri.=20o说明在开关S闭合和断开的极短时间内，通过A、B两灯的电流的变化!情况5.如图7-4所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小I灯泡|(I)当开关S由断开变为闭合的瞬间，A、B两个

3、灯泡的亮度将如何变化？试作出解释；(2)当开关S由闭合变为断开的瞬间，A、B两个灯泡的亮度又将如何变化？试作出解糅。批注僭1:当铜片从峨场中拉出或推入时的阻力就是磁场对涡流的安培力。当铜片向右拉出磁场过程中铜片中形成涡流，涡流方向如图7所示,在磁场中的那部分涡流受到向左的安培力F作用，阻用着铜片向右运动。同理，将铜片向左推入磁场时也要受到阻碍若铜片向左运动的安培力。2021沪科版练习册7.1.1批注S2:(1)AsB两极靠得越近，击穿空气产生电火花需要的电压越低，所以副线圈两极距寓较近时，在接通开关和断开开关瞬间，即使电压不很高也都有火花发生：(2)如果副线圈两极距高较远，接通开关时，由于自感

4、作用，原然圈电流是逐渐增大的，在副线圈两端产生的电压不是很高,不能产生火花，断开开关瞬间原线圈产生很大的自腐电动势.通过升压后在副空皿一批注图3J:用手捏住线圈两端去接触电池两极，相当于人体的电阻与线圈并联后去接电源,如图8所示.由于人体电阻/?a很大，线圈电阻Rl一般很小，因此通过线圈的电流比通过人体电潦大得多。脱离电池后，人体与线圈仍构成一闭合同路，由于自建作用，断路时的感应电流通过人体，它比原来通过人体的电流大得多，因此，将有个住高的瞬时电压平J批注僭4:(1)A、B两灯的电阻均为20。.开关S闭合的瞬间，电感线圈产生较大的自感电动势，可将电感线圈视为断路，A灯与电阻R并联后再与B灯串联

5、，通过B灯的电流大于通过A灯的电流”之后，自感线圈的自感电动势减小，A、B两灯的电压相等,通过两灯的电流也相等0(2)S断开时，A灯的电流瞬间变为零，由于Ey-批注购：当开关S由断开变为闭合的瞬间，电源的电压同时加到两灯上,A、B两灯同时亮，随着践圈L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计,分流作用增大,B灯逐渐被短路直到熄灭。外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮.(2)当开关S由闭合变为断开的瞬间，B灯与线固L构成自感回路，所以B灯由暗变亮再逐渐熄十一A-批注陶61:自感电动势与电流的变化率成正比，即E6.线圈的电流在LOmS内均匀地改变40mA时，产生的自感电动势为50Ve要想产生80

6、V的自感电动势，电流的变化率应是!多少|?El航2E21800.040所以，邑=些，即An=En=50Xqooio而A/s=64A/sp参考解答I.当铜片从磁场中拉出或推入时的阻力就是磁场时涡流的安培力。当铜片向右拉出磁场过程中铜片中形成涡流，涡流方向如图7所示，在磁场中的那部分涡流受到向左的安培力户作用，阻碍着铜片向右运动。同理，将铜片向左推入磁场时也要受到阻碍着铜片向左运动的安培力。2. (1)A,B两极能得越近，击穿空气产生电火花需要的电压越低，所以副线圈两极距离较近时，在接通开关和新开开关瞬间，即使电压不很高也都有火花发生；(2)如果副线圈两极距离较远，接通开关时，由于自感作用，原线圈

7、电流是逐渐增大的，在副线圈两端产生的电压不是很高，不能产生火花，断开开关瞬间，原线圈产生很大的自感电动势，通过升压后在副线圈两端产生的电压很高，所以仍然可能有火花出现。L Rl3. 用手捏住线圈两端去接触电池两极，相当于人体的电阻与线圈并联后去接电源，如图8所示。由于人体电阻RW很大，线圈电阻Ri,一般很小，因此通过线圈的电流比通过人体电流大得多。脱离电池后，人体与线圈仍构成一闭合回路，由于自感作用，断路时的感应电流通过人体，它比原来通过人体的电流大得多，因此，将有一个很高的瞬时电压加在人体上。用多用表欧姆挡检行匣数较多的带铁芯线圈是否断线时，由于多用表内有直流干电池作为电源，不要用手捏住线圈

8、的两端再去接触表笔，以免断开时受到电击。应当用手握表笔的绝缘棒，直接让表笔金属部分接触线圈两端。这样，脱离接触时人体与线圈不构成回路，可避免电流通过人体放电产生电击。4. (1)A、B两灯的电阻均为20o开关S闭合的瞬间，电感线圈产生较大的自感电动势，可将电感线圈视为断路，A灯与电阻R并联后再与B灯串联，通过B灯的电流大于通过A灯的电流。之后，白感线圈的白感电动势减小，A、B两灯的电压相等，通过两灯的电流也相等。(2) S断开时，A灯的电流瞬间变为零，由于自感线圈与B灯形成个闭合回路，所以B灯的电流慢慢变为零。5. (1)当开关S由断开变为闭合的瞬间，电源的电压同时加到两灯上，A、B两灯同时亮

9、，随着线圈L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，B灯逐渐被短路宜到熄灭。外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮。(2)当开关S由闭合变为断开的瞬间，B灯与线圈L构成自感回路，所以B灯由暗变亮再逐渐熄火，A灯立即熄灭。6. 白感电动势与电流的变化率成正比，即E8ga-lElr12E2800.040A/人人,所以，瓦=豆，即瓯=瓦布=%0A/S=64A/Sr2第二节交变电流1 .图7-5中画出了六种电流随时间变化的图像。这六个图中的电流i都随时间/做周期性变化，其中属于交变电流的是，属于正弦式交变电流的!是I=07l:(a)(ce)(f).(c)z坤2021沪科版练习册7.2.

10、1(A,ZWl；OIOt(a)(b)批注图8):此大，最小，变小，变大 2021沪科版练习册7.2.2批注 9: 96.42 A2021沪科版练习册7232 .矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量(选填“最大”或“最小”)，线圈中的感应电动势(选填“最大”或“最小”)：在线圈从中性面开始转过90的过程中，穿过线圈的磁通量(选填“变大”或“变小”)，线圈中的感应电动势(选填“变大”或I变小区3 .一台交流发电机为一套45kW的工业电热设备供电。如果该系统电压的有效值是660V,则电流的最大值是I多少忙4.正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的。线圈中感应电

11、动势随时间变化的规律如图7-6所示。K_(1)感应电动势的有效值；(2)交流电的频率；(3)在()0.()3s时间内，闭合线圈处于中性面3110-311e/VZX00T020.03sIQlO:(I)E220V(2) /=50Hz(3) 0s,0.01s、0.02s和0.03s2021沪科版练习册7.2.41批注田11】：(I)0.02s(2) Ir = 22 CoSlOor (A)2021沪科版练习册7.2.5的时刻。5 .正弦交变电源、电阻R和交流电压表按照图7-7(a)所示的方式连接，其中R=5.0Q,交流电压表的示数是10V。图7-7(b)是交变电源输出电压U随时间/变化的图像。喇：Ul

12、V(I)该交流电压的周期：(2)通过电阻R的电流/R随时间Z变化的规律。批注博12: (Df = Os、IS和2s时刻感应电动势 最大。r = 05s和1.5s时刻电流改变方向. EaN 12.56 V = 42 J 39 J2021沪科版练习册7.2.66 .在匀强磁场中，一个I(X)匝的闭合矩形金属线圈绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图7-8(a)所示Og正弦规律变化。设线圈总电阻为4,在OWt2s时间内，网(1)线圈中的感应电动势最大的时刻和电流改-0.04变方向的时刻；(2)如果该矩形金属线圈的边长分别为L1和1.2.在L2的中点有一个转动轴，如图7-8(b)

13、所示，且该线圈绕与磁感线垂直的转动轴以角速度匀速转动，求感应电动势的最大值，以及一个周期内线圈产生的热量。批注即3:因为Em = 8Se,交流发电机线ISI的转速 提高 1 倍，即 , 2,则 = 2nBS = 2Em, 所以电动势的瞬时值变为e = 2Ensin2/.2021沪科版练习册7.2.7批注Ifjl4:交流电的最大值为52 ,有效值为5 A,周期为0.020 s,频率为50 Hz.f = -52 cos IOOz) A 图像如卜.2021沪科版练习册7.2.87 .交流发电机在工作时的电动势的瞬时值为e=EmSins,若将其线圈的转速提高1倍，其他条件不变，则电动势的瞬时值变为多少

14、？说明判断的I理由:“8 .某正弦交流电的电流瞬时值为=52Sin(IoO力一号A,该交流电的电流最大值、有效值、周期和频率分别为多少？画出该正弦交流电的电流-时间I图像参考答案1. (a)(c)(e)(f),(c)2. 最大，最小，变小，变大当线圈从中性面转动90。的过程中，穿过线圈的磁通量逐渐减小，线圈中的感应电动势逐渐增大。3. 电流的有效值为/=啜”A68.18A电流的最大值为m=2/=268.18A96.42A4. (1)E=翡=翡V220V(2) f=5HZ=50HZ(3)闭合线圈处于中性面时感应电动势为零，所以0s、0.01s.0.02s和0.03s时闭合线圈均处于中性面05.

15、(1)从图(b)中知道该交流电压的周期为0.02s(2)电压随时间的变化规律为=2UCoSlOOW(V)=IO2CoSIOoB(V)根据欧姆定律，电流随时间的变化规律为it10osl00wac六/IR=K=Sl-A=22cosl(M)r（八）6. (1)i=0s、IS和2s时刻磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，感应电动势最大。I=0.5s和1.5s时刻电流改变方向。(2)感应电动势的最大值为Em=NB(2Lij)=NBS=Nmy=100O.O4V4V12.56V感应电动势的有效值为Em=V=22V一个周期内线圈产生的热量Q=yT=喏止2J=42J39J7 .因为Em=nBS,交流发电机线圈的转速提高1倍，即=2,则E二=2nBS=2Em,所以电动势的瞬时值变为e=2Em