10-2《法拉第电磁感应定律 自感》

2011-5-9PAGE5-10-2.1法拉第电磁感应定律自感1．考纲解读考纲内容能力要求考向定位1．法拉第电磁感应定律2．自感3．涡流1、理解法拉第电磁感应定律并能运用该定律求感应电动势的大小。2．知道自感现象及其自感的原理。3．知道涡流现象法拉第电磁感应定律在高考中具有举足轻重的地位，考纲对电磁感应定律作了Ⅱ级要求．对于本讲内容，不仅要理解电磁感应定律的内容和实质，还要关注社会与生活中的实际问题．自感及涡流在考纲中为Ⅰ级要求，把握住其概念及特点，会分析简单的现象即可．在高考中该定律常与力学中的牛顿定律、动能定理、能的转化与守恒以及电学中的闭合电路的欧姆定律结合起来共同考查。2．考点整合考点一法拉第电磁感应定律1.（1）法拉第电磁感应定律:电路中感应电动势的大小,表达式为E=。（2）当导体在匀强磁场中做切割磁感线的相对运动时产生的感应电动势E=，θ是B与v之间的夹角。（3）导体棒绕某一固定转轴旋转切割磁感线，虽然棒上各点的切割速度并不相同，但可用棒上等效替代切割速度。常用公式E=。2.应用法拉第电磁感应定律时应注意：（1）E=适用于一般回路。若磁通量不随时间均匀变化，则ΔΦ/Δt为Δt时间内通过该回路的磁通量的。(2)E=，适用于导体各部分以相同的速度切割磁感线的情况，式中L为导线的有效切割长度，θ为运动方向和磁感线方向的夹角。若v为瞬时速度,则E为。若v为平均速度，则E为。（3）.若磁感应强度B不变，回路的面积S发生变化，则E=；若回路的面积S不变，磁感应强度B发生变化，则E=；若磁感应强度B、回路的面积S都发生变化，则E=。3.要注意严格区分Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义Φ是指。ΔΦ是指。ΔΦ/Δt是指。[例1]如图12-2-11（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上．圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图12-2-11（b）所示，两磁场方向均竖直向上．在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间2.5t0滑到圆弧底端．设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g．（1）问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？（2）求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量．（3）探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应电流的大小和方向．[规律总结]考点二电磁感应中的功率问题、自感1、电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量的变化的回路将产生。该导体或回路相当于（它们的电阻为电源的内阻），将它们接上电容器，便可使电容器；将它们接上电阻等用电器，在回路中形成，便可对用电器供电。因此，电磁感应问题往往和电路联系在一起，解决这类问题的基本方法是：⑴用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电流的大小和方向。⑵画出等效电路图⑶应用全电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式联立求解。2、自感①、自感现象：自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由于导体本身的电流发生时而产生的电磁感应现象。自感现象遵循电磁感应的所有规律。②、自感电动势的方向：由楞次定律可知，自感电动势总是原来导体中电流的变化。当回路中的电流增加时，自感电动势和原来电流的方向；当回路中的电流减小时，自感电动势和原来电流的方向。自感对电路中的电流变化有作用，使电流不能。③、自感系数：它由线圈的性质决定。线圈越长，单位长度上线圈的匝数越多，截面积越大，它的自感系数越。线圈中插入铁芯，自感系数增大很多，自感系数在国际单位制中的单位是。[例2]如图12-2-4所示，在磁感强度为B的匀强磁场中有一半径为L的金属圆环．已知构成圆环的电线电阻忽略不计，以O为轴可以在圆环上滑动的金属棒OA电阻为r0，电阻R1=R2=4r0．当OA棒以角速度匀速转动时，求：流过R1的电流方向及电阻R1的电功率P0？ [规律总结][例3]两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度。新电源的电压最大值和频率可能是（）A．最大值仍为Um，而频率大于fB．最大值仍为Um，而频率小于fC．最大值大于Um，而频率仍为fD．最大值小于Um，而频率仍为f【规律总结】考点三流过截面的电量问题、涡流现象1．发生电磁感应时，通过导体某一截面电量。（注：通过的电量与电流是否匀均变化无关）2．涡流现象指的是磁感应强度变化时在导体块内引起漩涡状感应电流的现象．ORacdb[例4]、如图7-1，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob(在纸面内)，磁场方向垂直于纸面朝里，另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：①以速度v移动d,使它与ob的距离增大一倍;②再以速率v移动c,使它与oa的距离减小一半；③然后，再以速率2v移动c,使它回到原处；④最后以速率2v移动d,使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、Q2、Q3和ORacdbA、Q1=Q2=Q3=Q4B、Q1=Q2=2Q3=2Q4C、2Q1=2Q2=Q3=Q4D、Q1≠Q2=Q3≠Q4【规律总结】考点五：感应电动势与电路[例5]v图15ABMDOCN如图15所示，边长L=0.20m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成，正方形导线框每边的电阻R0=1.0Ω，金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等，金属棒MN的电阻r=0.20Ω．导线框放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.50T，方向垂直导线框所在平面向里．金属棒MN与导线框接触良好，且与导线框对角线BDv图15ABMDOCN求：（1）金属棒产生的电动势大小；（2）金属棒MN上通过的电流大小和方向；（3）导线框消耗的电功率．10-2.2限时基础训练1．如图所示，长为L的直导线ab放在相互平行的金属导轨上，导轨宽为d，导线ab运动的速度为v，方向垂直于磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，ab与导轨的夹角为，则回路中的电动势为（）ABLvBBLvsinCBdvsinDBdv2．（2008湛江一模）如图4所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法正确的是（）A．刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等B．刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小不相等C．闭合S待电路达到稳定，D1熄灭，D2比原来更亮D．闭合S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，D2立即熄灭，D1闪亮一下再熄灭3．粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是（）4．如图所示，光滑的U型金属框固定在水平面上，框中串接一电阻R，在I、Ⅱ两区域内分别存在磁感强度大小相等方向相反的竖直磁场．置于U型金属框上的金属杆ab，受水平恒定外力F作用．当在I区域内向右匀速运动时，通过电阻R的电流强度为I；当金属杆ab运动到Ⅱ区域时（）A．将作减速运动B．在Ⅱ区域运动时受到的安培力比在I区域运动时受到的安培力大C．通过R的电流与在I区域时通过R的电流方向相同D．受到的磁场力与在I区域时受到的磁场力的方向相同Fab电阻5、如图所示，位于一水平面内的、两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直。现用一平行于导轨的恒力F拉ab，使它由静止开始向右运动。杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计。用E表示回路中的感应电动势，iFab电阻A.等于F的功率B.等于安培力的功率的绝对值C.等于F与安培力合力的功率D.小于iE乙θ×××××××乙θ××××××××××××××××××××ABIθBBIθDBIθCBI7、如图1所示，矩形金属框置于匀强磁场中，ef为一导体棒，可在ab和cd间滑动并接触良好；设磁感应强度为B，ef长为L，在Δt时间内向左匀速滑过距离Δd，由电磁感应定律E=n可知，下列说法正确的是（）A、当ef向左滑动时，左侧面积减少L·Δd,右侧面积增加L·Δd，因此E=2BLΔd/ΔtB、当ef向左滑动时，左侧面积减小L·Δd，右侧面积增大L·Δd，互相抵消，因此E=0C、在公式E=n中，在切割情况下，ΔΦ=B·ΔS，ΔS应是导线切割扫过的面积，因此E=BLΔd/ΔtD、在切割的情况下，只能用E=BLv计算，不能用E=n计算8．.如右图所示，光滑曲线导轨足够长，固定在绝缘斜面上，匀强磁场B垂直斜面向上．一导体棒从某处以初速度v0沿导轨面向上滑动，最后又向下滑回到原处．导轨底端接有电阻R，其余电阻不计．下列说法正确的是()A．滑回到原处的速率小于初速度大小v0B．上滑所用的时间等于下滑所用的时间C．上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量大小相等D．上滑过程通过某位置的加速度大小等于下滑过程中通过该位置的加速度大小9、把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为r的圆环，水平固定在竖直向下，磁感应强度为B的匀强磁场中，如图1所示，一长度为2r，电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触。当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：（1）流过棒的电流的大小、方向及棒两端的电压UMN。（2）在圆环上消耗的热功率。10-2.3基础提升训练1．如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B．一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度，会趋近于一个最大速vm，则（）A．如果变大，vm变大B．如果B增大，vm变大C．如果R变小，vm将变大D．如果m变小，vm将变大2．如图所示的电路中，L1、L2是完全相同的灯泡，线圈L的自感系数较大，它的电阻与定值电阻R相等。下列说法正确的是（）A．闭合开关S时，L1先亮、L2后亮，最后它们一样亮B．闭合开关S时，L1、L2始终一样亮C．断开开关S时，L2立刻熄灭、L1过一会才熄灭RcdbaABD．断开开关S时RcdbaAB3．如图示装置中，线圈A的左端接在滑线变阻器的中点，当滑动变阻器的滑动头由a端滑向b端的过程中，通过与线圈B相连的电阻R上的感应电流的方向为（）A．由c经R到dB．先由c经R到d，后由d经R到cC．由d经R到cD．先由d经R到c，后由c经R到d4．如图所示，MN和PQ为两根足够长的水平光滑金属导轨，导轨电阻不计，变压器为理想变压器，现在水平导轨部分加一竖直向上的匀强磁场，金属棒ab与导轨电接触良好，则以下说法正确的是（）A．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC≠0B．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC＝0C．若ab棒做匀加速运动，则IR≠0，IC≠0D．若ab棒做匀加速运动，IR≠0，IC＝0线圈ab铁芯1铁芯2线圈ab铁芯1铁芯2接线控制接阀门ABA．若某时刻通入控制电流a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极B．若某时刻输入控制电流a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极C．若a,b输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中D．若a,b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中第2题图6、.如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场，若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为，通过导线截面的电量为；第二次用0.9s时间拉出，外力做的功为W2，通过导体截面的电量为，则（）第2题图 A． B． C． D．7、超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具．其推进原理可以简化为如图12-2-3所示的模型：在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场的宽都是l，相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动．这时跨在两导轨间的长为L宽为l的金属框abcd（悬浮在导轨上方）在磁场力作用下也将会向右运动．设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，则金属框的最大速度可表示为（）．．．8.如图9所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电量为+q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上的示数变为原来的一半。则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（）A．正在增加，B．正在增加，C．正在减弱，D．正在减弱，t/s0.10.20.3B/T0.20.1BO9.如图所示，一只横截面积为S=0.10m2t/s0.10.20.3B/T0.20.1BO求：⑴从t=0到t=0.30s时间内，通过该线圈任意一个横截面的电荷量q为多少？⑵这