2019版高考物理总复习 第十章 电磁感应 基础课2 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件.ppt

基础课2法拉第电磁感应定律自感涡流,法拉第电磁感应定律,1.感应电动势(1)概念：在中产生的电动势。(2)产生条件：穿过回路的发生改变，与电路是否闭合。(3)方向判断：感应电动势的方向用或判断。,知识排查,变化率,欧姆,Blv,自感、涡流,1.自感现象(1)概念：由于导体本身的变化而产生的电磁感应现象称为自感。(2)自感电动势定义：在自感现象中产生的感应电动势叫做。表达式：E。(3)自感系数L相关因素：与线圈的、形状、以及是否有铁芯有关。单位：亨利(H)，1mHH，1HH。,2.涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生，这种电流像水的漩涡所以叫涡流。,答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),小题速练,1.思考判断,2.人教版选修32P17T1改编将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，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,法拉第电磁感应定律的理解和应用,1.法拉第电磁感应定律的理解,2.应用法拉第电磁感应定律的三种情况,【典例】轻质细线吊着一质量为m0.42kg、边长为L1m、匝数n10的正方形线圈，其总电阻为r1。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图1甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示。(取g10m/s2),图1,(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针；(2)求线圈的电功率；(3)求在t4s时轻质细线的拉力大小。解析(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向。,联立解得F线1.2N。答案(1)逆时针(2)0.25W(3)1.2N,【拓展延伸】(1)在【典例】中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0?,(2)在【典例】中求在t6s内通过导线横截面的电荷量？解析(1)细线的拉力刚好为0时满足：F安mg，F安nBIL联立解得B0.84T(2)由qIt得q0.56C3C。答案(1)0.84T(2)3C,应用电磁感应定律需注意的三个问题,1.(2016北京理综，16)如图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,答案B,2.人教版选修32P21T4改编如图3所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则(),图3,A.Q1Q2，q1q2B.Q1Q2，q1q2C.Q1Q2，q1q2D.Q1Q2，q1q2,答案A,导体切割磁感线产生的感应电动势,切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源。常见的情景有以下两种：1.平动切割(1)常用公式：若运动速度v和磁感线方向垂直，则感应电动势EBlv。其中B、l、v三者两两垂直。(2)有效长度：公式中的l为有效切割长度，即导体在与v垂直的方向上的投影长度(3)相对性：EBlv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系。,2.转动切割,图4,1.(2018上海闵行区模拟)如图5所示，在外力的作用下，导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度匀速转动，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，A、O间接有电阻R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为(),图5,答案C,2.(2017全国卷，20)(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1m、总电阻为0.005的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图6(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)。下列说法正确的是(),图6,A.磁感应强度的大小为0.5TB.导线框运动的速度的大小为0.5m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t0.4s至t0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N,答案BC,3.(2018福建省毕业班质量检查)如图7，磁感应强度大小为B的匀强磁场中有一固定金属线框PMNQ，线框平面与磁感线垂直，线框宽度为L。导体棒CD垂直放置在线框上，并以垂直于棒的速度v向右匀速运动，运动过程中导体棒与金属线框保持良好接触。,图7,解析(1)设在t时间内MNCDM回路面积的变化量为S，磁通量的变化量为，则SLvt，BSBLvt,(2)MNCDM回路中的感应电动势EBLv,将已知数据代入解得F0.064N安培力的方向与速度方向相反,答案(1)见解析(2)0.064N与速度方向相反0.32W,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。,通电自感和断电自感涡流,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,1.(多选)如图8所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(),A.增加线圈的匝数B.提高交流电源的频率C.将金属杯换为瓷杯D.取走线圈中的铁芯,图8,解析当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高。要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势。瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱。所以选项A、B正确，C、D错误。答案AB,2.(多选)如图9甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则(),A.在电路甲中，断开S后，A将逐渐变暗B.在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗C.在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗D.在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗,图9,解析题图甲所示电路中，灯A和线圈L串联，电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，通过R、A形成回路，灯A逐渐变暗，选项A正确，B错误；题图乙所示电路中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，通过灯A的电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不给灯供电，而线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流比原来大，A将变得更亮，然后逐渐变暗。答案AD,3.(2017北京理综，19)图10甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮。而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(),甲乙图10,A.图甲中，A1与L1的电阻值相同B.图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流C.图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等解析在图甲中，断开开关S1瞬间，L1与A1构成闭合回路，通过灯A1的电流与L1相同，又因灯A1突然闪亮，即通过A1电流增大，则可推出，闭合S1待电路稳定后，通过L1的电流大于通过灯A1电流，根据L1与A1并联，所以L1的电阻小于A1的电阻，故选项A、B错误；在图乙中，闭合开关S2，最终A2与A3亮度相同，即电流相同，所以L2与变阻器R的电阻相同；闭合开关S2的瞬间，L2中电流小于变阻器R中电流，故选项C正确，D错误。答案C,转动切割磁感线产生的感应电动势,题源：人教版选修32P14T71831年10月28日，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图4.314甲)。它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上的第一台发电机。据说，在法拉第表演他的圆盘发电机时，一位贵妇人问道：“法拉第先生，这东西有什么用呢？”法拉第答道：“夫人，一个刚刚出生的婴儿有什么用呢？”图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。,(1)说明圆盘发电机的原理。(2)圆盘如图示方向转动，请判断通过R的电流方向。,图4.314法拉第的圆盘发电机,拓展1(多选)在上题中，若所加磁场为匀强磁场，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，下列说法正确的是(),A.铜片D的电势高于铜片C的电势B.电阻R中有正弦式交变电流流过C.铜盘转动的角速度增大1倍，流过电阻R的电流也随之增大1倍D.保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则铜盘中有电流产生,答案ACD,拓展2(2016全国卷，20)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图11所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(),A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向