高三第一轮物理复习之电磁感应·.ppt

第九章： 电磁感应 第一单元 电磁感应现象 1. 磁通量的定义：设在匀强磁场中有一个与磁场方向 垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S ，我们定义磁感应强度B与面积S的乘积， 叫作穿过这个面的磁通量， 简称磁通 如果平面跟磁场方向夹角为，我们可以作出它在垂直 于磁场方向上的投影平面从图中可以看出，穿过斜面 和投影面的磁感线条数相等，即磁通量 相等 =BS 则 =BS sin 为平面跟磁场方向夹角 如果用表示磁通量， 则有 一 、磁通量 2. 磁通量的单位 -韦伯，简称韦，符号是Wb。 1Wb1T1m2 3. 磁通密度: 从=BS可以得出B=/S ，这表示磁感 应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此常把磁感 应强度叫做磁通密度，并且用Wb/m2作单位。 1T=1 Wb/m2=1N/Am 4.磁通量是标量,但是有正负。如果将从平面某一侧 穿入的磁通量为正,则从平面反一侧穿入的磁通量为 负。 练习：下列有关磁通量的论述中正确的是（ ） A磁感强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大 B磁感强度越大的地方，线圈面积越大，则穿过线 圈的磁通量越大 C穿过线圈的磁通量为零的地方，磁感强度一定为零 D匀强磁场中，穿过线圈的磁感线越多，则磁通量越 大 D 如图所示，矩形线框abcd，处于磁感应强度为B=0.2T 的匀强磁场中，线框面积为S=0.3m2，线框从图示位置 转过60，线框中磁通量变化量为 ，线框在后来位 置时磁通密度为 。 线框处于匀强磁场中，各处的磁感强度的大小、方向 均相同，所以B=0.2T。磁通密度就是磁感应强度B. 解析：线框在图示位置时、磁感强度B与线框平面 垂直，磁通量1=BS=0.20.3=0.06Wb， 当线框转过60时，线框在与磁感线垂直平面的投影 面积为Scos 60 ，此时磁量2=BScos 60=0.03Wb, 所以= 2 1 =-0.03Wb。 c a b d B O O 若转过900,1800,磁通量的变化量分别为多少? 如图示，矩形线圈面积为S，放在匀强磁场中，开始处 于水平位置a，磁场与线圈平面夹角为，当线圈绕其 一边顺时针转过90o到达竖直位置b的过程中，线圈中的 磁通量改变了多少？ B a b 解：在位置a，1=BS cos 注意：磁通量有正负.如果将从平 面某一侧穿入的磁通量为正,则从 平面反一侧穿入的磁通量为负. =BS(cos+ sin) 在位置b，2= - BS sin 如下图所示，在同一水平面内有三个闭合线 圈 a 、b 、 c，当 a 线圈中有电流通过时，它们 的磁通量 分别为 a、 b 、与c ,下列说法正确 的是： ( ) A. a b c B. a b c C. a c b D. a c b I a b c B 感应电流方向的判定 一. 电磁感应现象-产生感应电流的条件 2.闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,有感 应电流产生. 1.闭合电路中的磁通量发生变化时,有感应电流产生. 二.感应电流的方向: (1).右手定则:(判定导体切割磁感线时的感应电流方向) (2).楞次定律 表述一：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。 表述二：感应电流总要阻碍导体和磁体间的相对运动。 表述三：感应电流的效果总要阻碍产生感应电流的原因 1. 对楞次定律的理解： 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 2、楞次定律中“阻碍”的含意： 阻碍不是阻止；可理解为“增反、减同” 3. 应用楞次定律解题的步骤： （1）明确原磁场方向 （2）明确穿过闭合回路的磁通量如何变化 （3） 由楞次定律确定感应电流的磁场方向 （4） 利用安培定则确定感应电流的方向 开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在 磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电 流，下列办法中可行的是 将线框向左拉出磁场 以ab边为轴转动（小于90） 以ad边为轴转动（小于60） 以bc边为轴转动（小于60） 以上判断正确的是 A B C D A 产生的电流方向如何? 若要产生相反方向的电流即adcba,则矩形线框该如何运动? P174/例1. 导线框abcd与直导线在同一平面内，直导线 中通有恒定电流I，当线框自左向右匀速通过直导线的 过程中，线框中感应电流如何流动？ v I a bc d 解：画出磁场的分布情况如图示： 开始运动到A位置，向外的磁通 量增加，I 的方向为顺时针， A 当dc边进入直导线右侧，直到线框 在正中间位置B时，向外的磁通量 减少到0， I 的方向为逆时针， B 接着运动到C，向里的磁通量增加，I 的方向为逆时针， C 当ab边离开直导线后，向里的磁通量减少，I 的方向为顺时针。 所以，感应电流的方向先是顺时针，接着为逆时针， 然后又为顺时针。 如图所示，在两根平行长直导线M、N中，通以同方 向，同强度的电流，导线框abcd和两导线在同一平面 内，线框沿着与两导线垂直的方向，自右向左在两导 线间匀速移动，在移动过程中，线框中感应电流的方 向： ( ) (A)沿abcda不变； (B)沿dcbad不变； (C)由abcda变成dcbad； (D)由dcbad变成abcda。 v MN II ab cd 分析：画出磁感应线的分布情 况如图示， 自右向左移动时，感应电流 的磁场向外， 所以感应电流为逆时针方向。 B 例2.如图所示，一水平放置的圆形通电线圈I固定， 有另一个较小的线圈II从正上方下落，在下落过程中 线圈II的平面保持与线圈I的平面平行且两圆心同在一 竖直线上，则线圈II从正上方下落到穿过线圈I直至在 下方运动的过程中，从上往下看线圈II：( ) (A)无感应电流； (B)有顺时针方向的感应电流； (C)有先顺时针后逆时针的感应电流； (D)有先逆时针后顺时针的感应电流。 II I C 来拒去留 如图所示，a、b、c、d为四根相同的铜棒，c、d 固定在同一水平面上，a、b对称地放在c、d棒上，它 们接触良好，O点为四根棒围成的矩形的几何中心， 一条形磁铁沿竖直方向向O点 落下，则ab可能发生的情况是： ( ) (A) 保持静止 ； (B) 分别远离O点； (C) 分别向O点靠近； (D) 无法判断。 v c d ab O C 思考：1. 下图中，若磁场不变，使a 向右运动， 则b将向 运动。c d ab B右 2. 若B 减少，ab将如何运动？ 答：分别向两边远离 在水平面上有一固定的U形金属框架，框架上置一 金属杆ab，如图示（纸面即水平面），在垂直纸面 方向有一匀强磁场，则以下说法中正确的是： （ ） a b A. 若磁场方向垂直纸面向外并增加时， 杆ab将向右移动。 B. 若磁场方向垂直纸面向外并减少时， 杆ab将向右移动。 C. 若磁场方向垂直纸面向里并增加时， 杆ab将向右移动。 D.若磁场方向垂直纸面向里并减少时， 杆ab将向右移动。 点拨：=BS，杆ab将向右移动 ， S增大， 增大，只有B减小，才能阻碍增大 B D 例5. 如图所示，两个相同的铝环套在一根无限长 的光滑杆上，将一条形磁铁向左插入铝环(未穿出)的 过程中，两环的运动情况是：( ) (A)同时向左运动，距离增大； (B)同时向左运动，距离不变； (C)同时向左运动，距离变小； (D)同时向右运动，距离增大。 S N v C 例4 . 如图示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形 磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的运动过程中，下 列说法正确的是： （ ） A. 圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时大于g， B. 圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时也小于g， C. 圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时等于g， D. 圆环在磁铁的上方时，加速度大于g，在下方时小于g. S N B 例1. 在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关 原来接在点1，现把它从1扳向2，试判断在此过程中 ，在电阻R上的电流方向是：(如图所示) ( ) (A) 先由PQ，再由QP； (B) 先由QP，再由PQ； (C) 始终由QP； (D) 始终由PQ。 A 2 1 B P Q C 如图所示，发现放在光滑金属导轨上的ab导体向右移 动，其可能的原因是( ) 闭合S的瞬间 断开S的瞬间 闭合S后，减少电阻R时 闭合S后，增大电阻R时 以上判断正确的是 A B C D A 法拉第 电磁感应定律 1. 法拉第电磁感应定律 a. 如果磁感应强度B不变,磁通量的变化是由于闭合 电路的面积发生变化而引起的,则有 b. 如果闭合电路的面积不变,磁通量的变化是由于磁 感应强度B发生变化而引起的,则有 c. 如果磁通量的变化是由于磁感应强度B和闭合电路的 面积共同 发生变化而引起的,则有 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通 量的变化率成正比。 - E=nBS/t E=n S B/t E =n(BS) / t E =n/t 2. 切割磁感线运动时- a.导体平动时, E=Bl vsin 为B和v 之间的夹角, 若B、v、l 三者两两垂直，则 E=Bl v b. 导体棒以端点为轴,在垂直于磁感应线的匀强磁场 中匀速转动, E=1/2 Bl 2 c. 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的任意轴匀速 转动时, E=nBSsin . 为线圈平面和中性面之间的 夹角. 产生感应电动势的那部分导体相当于电源. 关于线圈中产生的感应电动势，下列叙述中正确 的是 ( ) A.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大。 B.穿过线圈的磁通量增量越大，感应电动势越大。 C.磁通量减少得越快，感应电动势越大。 D.磁通量为0 时，感应电动势也为0。 E.线圈中磁通量变化越大，感应电动势一定越大 F.线圈中磁通量变化越快，感应电动势越大 G.线圈放在磁感强度越强的地方，产生的感应电 动势一定越大 C F 注意:1. 、 、 /t 的区别: 变化的物理量达到最大时,其对时间的变化率等于0 矩形形线框abcd绕OO轴在磁感强度为0.2T的匀强 磁场中以2 rs 的转速匀速转动，已知ab =20cm， bd=40cm，匝数为100匝，当线框从如图示位置开始转 过90，则线圈中磁通量的变化量等于多少？磁通量 平均变化率为多少？线圈中产生的平均感应电动势为多 少？ a b c d O O解：转过90时，线圈中磁通量的变化量 =BS-0=0.016Wb. 周期为 T=1/2=0.5s t =1/4 T=0.125s /t =0.016/0.125 =0.128 Wb/s， E=n/t =12.8V 有一边长为l、匝数为n 、电阻为R的正方形闭合线 框，处于磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向垂直于 线圈平面，若将线框在磁场中翻转180，求在这个过 程中通过导线横截面的电量。 解：将线框转过180，则穿过线框的磁通量的 变化量大小是 =2BS=2Bl 2 这个过程中产生的感应电动势为 E=n /t 感应电流 I= E/R 所以电量 q=I t = n / R =2nBl 2/R 如图，一圆环与外切正方形线框均由相同的绝缘 导线制成，并各自形成闭合回路，匀强磁场布满整个 方形线框，当磁场均匀变化时，线框和圆环中的感应 电动势之比是多大？感应电流之比等于多少？ 解：设正方形边长为2a，则圆环半径为a， 两者面积之比为 S1/S2=4a2/ a2=4/, 电阻之比为 R1/R2=8a/2 a=4/ E =/t =SB/t S E1 / E2= S1/S2=4a2/ a2=4/, 在一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,垂直于磁场 方向水平放置着两根相距为h=0.1m的平行金属导轨MN与 PQ,导轨的电阻忽略不计,在两根导轨的端点N、Q之间连 接一阻值R=0.3的电阻，导轨上跨放着一根长为 L=0.2m,每米长电阻r=2.0/m的金属棒ab。金属棒与导 轨正交放置，交点为c、d。当金属棒以速度v=4.0m/s向 右做匀速运动时，试求： （1）电阻R中的电流强度大小和方向 （2）使金属棒做匀速运动的外力 （3）金属棒ab两端点间的电势差 d N Q R a b c M P h v 0.4A R中电流 方向从N流向Q 0.02N 0.32V 切割型： 用同样材料和规格的导线做成的圆环a和b，它们 的半径之比ra：rb2：1，连接两圆环部分的两根直导 线的电阻不计，均匀变化的磁场具有理想的边界如图 所示，磁感应强度以恒定的变化率变化.那么当a环置 于磁场中与b环置于磁场中两种情况下，A、B两点电 势差之比U1 / U2为 . B A B A 解: 设小圆电阻为R, 则大圆电阻为2R, 小圆面积为S, 大圆面积为4S. 分别画出等效电路如图: E1 2R R B A E2 2R R B A E= /t =S B/ tS 由闭合电路欧姆定律 对上图 U1= E 1/ 3 对下图 U2= 2E 2/ 3 U1 / U2= E 1 /2E 2=4S/2S=2 2：1 例2. 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂 直于磁场，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规 律如图所示,则线圈中 A0时刻感应电动势最大 BD时刻感应电动势为零 CD时刻感应电动势最大 DO至D时间内平均感生 电动势为0.4V A B D 1 t/s /10-3 Wb A0BD 2 0.01 例5.一个N 匝圆线圈，放在磁感强度为B 的匀强磁场中，线 圈平面跟磁感强度方向成30角，磁感强度随时间均匀变化， 线圈导线规格不变，下列方法中可使线圈中感应电流增加一倍 的是 A将线圈匝数增加一倍 B将线圈面积增加一倍 C将线圈半径增加一倍 D适当改变线圈的取向 30 B 解： E =N /t = NSB/t= sin 30 NS B/t I= E/R 线圈匝数增加一倍， E 和电阻R 都增大一倍，I 不变。 线圈面积增加一倍， E 增大到2 倍， R增大到 倍， I 增大 到 倍 线圈半径增加一倍， E 增大到4倍，R增大到2倍， I 加倍. 改变线圈的取向，使线圈平面跟磁感强度垂直。 E 增大一倍， R 不变，I 加倍。 C D 如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈A处的磁场中 ，磁场方向垂直于线圈平面。磁感应强度随时间变化的 规律是B=（6-0.2t)T，已知电路中的R1=4，R2=6， 电容C=30F，线圈A的电阻不计，求： （1）闭合S后，通过R2的电流强度大小及方向。 （2）闭合S一段时间后，再断开S，S断开后通过R2 的电荷量是多少？ A C S R1 R2 （1）0.4A 由上而下 （2）7.210-5C 例4. 如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场 均匀增加时，有一带电粒子静止于平行板(两板水平放 置)电容器中间，则此粒子带 _ 电，若线圈的匝数 为n，平行板电容器的板间距离为d，粒子的质量为m， 带电量为q，则磁感应强度的变化率 为 。 (设线圈的面积为S) 解：分析粒子的受力情况如图： mg qE 由平衡条件得 qE=qU/d=mg 由楞次定律，上板带正电， E向下,粒子带 负电 由法拉第电磁感应定律 U=n /t =nS B /t B /t =U/nS=mgd/nqS 负 mgdnqS R B a b 例2. 如图示，匀强磁场竖直向下，一根直导线ab在 水平桌面上，以匀速率v向右垂直磁感应线滑入匀强磁 场中，做切割磁感应线运动，不考虑空气阻力，直导 线ab在下落过程中产生的感应电动势将会：( ) A.逐渐增大 B. 逐渐减小 C. 为0 D. 保持不变 v vt vx vy 解： E=Bl vt sin = Bl vx ab做平抛运动， 水平速度保持不变， 感应电动势保持不变。 D A 自感 5.自感线圈的作用：通过线圈中的电流不能突变 6.自感现象的应用：日光灯电路、LC振荡电路等， 7.自感现象的危害与防止：在切断自感系数很大、 而电流又很强的电路瞬间形成电弧，必须采用特制 的安全开关；精密线绕电阻为了消除使用过程中电 流变化引起的自感现象，采用双线绕法。 电路如图所示，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的 电阻可以忽略下列说法中正确的是（ ） A B AKAA BKAA 21 12 合上开关 接通电路时，先亮，后亮，最后一样亮 合上开关 接通电路时，和始终一样亮 CKAA DKAA 21 12 、断开开关 切断电路时，立刻熄灭，过一会儿才熄灭 断开开关 切断电路时，和都要过一会儿才熄灭 R2 L R1S A1 A2 例、 如图示电路，合上S时，发现电流表A1向右 偏，则当断开S的瞬间，电流表A1 、 A2指针的偏 转情况是： （ ） A. A1向