高考物理大一轮复习专题九电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流,一、法拉第电磁感应定律,t,1.磁通量变化率：表示磁通量变化的快慢，大小为21.t,2.法拉第电磁感应定律(1)内容：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小跟,_成正比.,磁通量的变化率,据定义求有末初，En,(2)表达式：_，其中n为线圈的匝数.,(3)公式的变形,En,t,当线圈面积不变，垂直于线圈平面的磁场发生变化时，E,nS,B.t,当磁场不变，垂直于磁场的线圈面积发生变化时，E,nB,St,.,磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根,B2S2B1S1t,n,BSt,.,3.导体切割磁感线时产生的感应电动势(1)导体平行移动：E_.其中B、L、v三者两,两垂直，且L为导体的有效切割长度.,BLv,【基础检测】1.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，,下列表述正确的是(,),A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案：C,二、自感和涡流,1.自感现象,电磁感应,(1)定义：由导体本身的电流发生变化时而产生的_现象.自感现象遵循电磁感应的所有规律.,(2)自感电动势,自感,定义：在_现象中产生的感应电动势叫做自感电动势.,表达式：E_.,L,It,方向：总是阻碍导体中原来_的变化(“增反减,同”).,电流,(3)自感系数L,长短,形状,匝数,大,有关因素：与线圈的_、_、_以及是否有铁芯有关.线圈越长，单位长度上线圈的匝数越多，横截面积越大，它的自感系数越_.线圈中插入铁芯，自感系数会增大很多.单位：亨利(H)，1mH103H,1H106H.(4)自感现象的应用和防止应用：如日光灯电路中的镇流器、振荡电路等.日光灯电路是由启动器、镇流器和灯管组成的._在日光灯启动时起到开关作用，正常工作时断开；镇流器的作用是在灯开始点亮时起_的作用，在日光灯正常发光时起,_作用.,启动器,产生瞬时高压,降压限流,防止：制作精密电阻时，采用_绕法，防止自感,现象的发生，减小因自感而造成的误差.,双线,2.涡流：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭,合回路，叫做_.,涡流,【基础检测】2.如图9-2-1所示，A、B两灯相同，L是带铁芯的电阻可,不计的线圈，下列说法中正确的是(,),图9-2-1A.开关S合上瞬间，A灯先亮B灯后亮B.S合上稳定后，A、B同时亮着C.S断开瞬间，A、B同时熄灭D.S断开瞬间，B立即熄灭，A闪亮一下再熄灭,解析：开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光.由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小最后熄灭，B灯电流逐渐增大，故A、B错误；断开开关S的瞬间，B灯的电流突然消失，立即熄灭，流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，自感电流流过A灯，所以A灯突然闪亮一下再熄灭，故C错误，D正确.,答案：D,考点1对法拉第电磁感应定律的理解重点归纳,1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率,(续表),可能很大，,注意：三者的大小无必然关系，当0时，,t,可能很小，也可能为零.磁通量的变化率,t,是-t图象上某点切,线的斜率.,(续表),3.感应电荷量(1)计算：由电流的定义可知，在很短时间内的qIt，根,(2)有关因素：感应电荷量由磁通量变化大小、线圈匝数及电路的电阻R决定，与变化时间无关.(3)qIt也适用一段时间内流过该电路的平均电荷量(若一直变大或变小，则q等于总电荷量).,典例剖析例1：(2016年北京卷)如图9-2-2所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直.磁感应强度B随时间均匀增大.两圆环半径之比为21，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响.下列说法正,确的是(,),图9-2-2,A.EaEb41，感应电流均沿逆时针方向B.EaEb41，感应电流均沿顺时针方向C.EaEb21，感应电流均沿逆时针方向D.EaEb21，感应电流均沿顺时针方向思维点拨：由题意可知，磁感应强度是均匀变化的，故产生恒定的感应电动势和恒定电流.解析：由法拉第电磁感应定律得圆环中产生的电动势为E,均沿顺时针方向，B项正确.答案：B,【考点练透】1.(2015年新课标全国卷)如图9-2-3所示，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上.当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l，下列判,断正确的是(,),图9-2-3,答案：C,2.(2015年安徽卷)如图9-2-4所示，abcd为水平放置的平行“匚”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计，已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨,接触良好).则(,),图9-2-4,解析：金属杆的运动方向与金属杆不垂直，电路中感应电动势的大小为EBlv(l为切割磁感线的有效长度)，选项A错,答案：B,考点2对自感现象的分析重点归纳,1.自感现象的四大特点,(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化.,(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化.(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体.,(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向.,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,【考点练透】3.(2016年江苏如东四校期末)在如图9-2-5所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感系数较大而电阻不能忽略的线圈，E为电源，S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的情况,下列说法正确的是(,),图9-2-5,A.合上开关，a先亮，b后亮；稳定后a、b一样亮B.合上开关，b先亮，a后亮；稳定后b比a更亮一些C.断开开关，a逐渐熄灭，b先变得更亮后再与a同时熄灭D.断开开关，b逐渐熄灭，a先变得更亮后再与b同时熄灭解析：由于线圈的自感作用，合上开关，b先亮，a后亮，稳定后，b比a亮，选项A错误，B正确；断开开关，a、b都是逐渐变暗，同时熄灭，选项C、D错误.,答案：B,方法导体切割磁感线产生的感应电动势的计算方法,1.平动类型感应电动势的计算：EBlv.(1)该类型中导体平动切割磁感线.,(2)正交性：B、l、v相互垂直时公式成立.,(3)有效性：式中的l为有效切割长度，即导体在垂直于v,方向上的投影长度，如图9-2-6所示.,图9-2-6,2.转动类型感应电动势的计算：用EB,St,，主要是找到,面积变化率.(1)该类型主要是导体或杆在与磁场平面成一定角度的平面上转动时产生的电动势.(2)当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度匀速图9-2-7所示.图9-2-7,3.产生感应电动势的导体电势高低的判断.(1)导体切割磁感线：任意一小段导体切割磁感线时，让磁感线穿过右手掌心，大拇指指向导线的运动方向，则其余四指指向这一侧的导体端电势高.注意：切割磁感线的导体相当于电源，感应电流流向高电势那端；外导体中的电流流向低电势处.(2)磁场变化产生的电动势的判断.其电动势大小为E,nS,Bt,.判断时先由楞次定律和安培定则确定感应电流方向(若电,路断路，则假设构建它通路)，然后根据变化磁场之内的电路电流流向高电势、变化磁场之外的电路电流流向低电势来判断电势的高低.,例2：(2014年天津卷)如图9-2-8所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4m.导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5T.在区域中，将质量m10.1kg，电阻R10.1的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑.然后，在区域中将质量m20.4kg，电阻R20.1的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑.cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10m/s2，问：,图9-2-8,(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向.(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大.,(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8m，此过程中ab上产生的热量Q是多少.,审题突破：ab放在导轨上刚好不下滑，可知ab与导轨间的最大静摩擦力大小等于其重力沿斜面向下的分力.ab刚要上滑时，所受摩擦力沿斜面向下，依此可求出回路中的电流和cd的下滑速度，从而可由能量守恒定律求出热量.解：(1)根据右手定则判断知cd中电流方向由d流向c，故ab中电流方向由a流向b.(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩,擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin,设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有,I,EBLv,设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有,ER1R2,设ab所受安培力为F安，有,F安BIL,此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F安m1gsinFmax联立式，代入数据解得v5m/s.,R1R2,(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒定律有由串联电路规律有,Q,R1,Q总,联立式解得Q1.3J.,题外拓展：本类题的最大特点是电磁学与力学知识相结合，,应注意：,(1)受力分析，如重力、支持力、摩擦力、安培力等；找出关键信息，如“静止”“匀速”“匀加速”等，建立方程.,(2)运动过程分析，找出每个过程的物理关系式.,(3)功能关系的熟练运用，如重力、安培力、摩擦力等做功,情况，以及与之对应的能量变化关系.,本题中，若改变磁场的大小，导体棒最终静止时，电阻R,产生的焦耳热会如何变化？,【触类旁通】,(2016年师大附中模拟)如图9-2-9所示，间距l0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内.在水平面a1b1b2a2区域内和倾角37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B10.4T、方向竖直向上和B21T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R0.3、质量m10.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m20.05kg的小环.已知小环以a6m/s2的加速度沿绳,下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动.不