高考物理总复习 专题十 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感配套课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律 自感 考点1法拉第电磁感应定律1 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 2 表达式 其中n为线圈的匝数 磁通量的变化率 3 公式的变形 当线圈面积s不变 垂直于线圈平面的磁场b发生变化 当磁场b不变 垂直于磁场的线圈面积s发生变化时 2 导体切割磁感线时产生的感应电动势 blv 1 表达式 e blvsin 2 当b l v三者两两垂直时 e 注意 以上两式是由法拉第电磁感应定律推导出来的特殊情况 因此只适用于计算部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时的感应电动势大小 式中 为b和v的方向夹角 l为切割磁感线的有效长度 3 两个公式的区别 当磁通量的变化率是恒定不变时 算出的才是瞬时电动势 2 e blvsin 常用于计算 电动势 若v为平均速度 算出的就是平均电动势 平均 瞬时 4 导体转动切割磁感线产生的感应电动势当导体在垂直于磁场的平面内 绕一端以角速度 匀速转5 感应电量 在 t时间内闭合电路的磁通量变化量为 自主检测 1 在我国的某港口使用天车吊运集装箱 若竖直吊挂集装箱的钢丝绳长为l 且正吊着货物以速度v由西向东运行 若此地地磁场的磁感应强度大小为b 其方向与水平面的夹角为 则此钢丝绳产生的感应电动势为 a 上端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为blvsin b 上端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为blvcos c 下端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为blvsin d 下端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为blvcos 答案 b 2 如图10 2 1甲所示 a b是两个同心圆 半径之比ra rb 2 1 a b是由相同材料 粗细一样的导体做成的 小圆b外无磁场 b内磁场的变化如图乙所示 求a b中电流大小之比 不计两圆中电流形成磁场的相互作用 图10 2 1 解 设a b的电阻率为 横截面积为s 则a b的电阻分别为 即a b中电流大小之比为2 1 电磁感应 大小 匝数 亨 h 考点2自感和涡流1 自感现象 是由于导体本身的电流发生变化时而产生的 现象 由于自感而产生的电动势叫做自感电动势 3 自感系数l与线圈的 形状 以及是否有铁芯有关 单位是 4 自感现象的应用和防止 1 应用 如日光灯电路中的镇流器 无线电设备中和电容 器一起组成的振荡电路等 双线 涡流 2 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 5 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 自感现象遵循电磁感应的所有规律 自感电动势总是阻碍原来导体中电流的变化符合 增反减同 的规律 自主检测 图10 2 2 3 如图10 2 2所示的电路中 l1 l2为完全相同的灯泡 线圈l的电阻忽略不计 下列说法正确的是 a 合上开关s接通电路时 l2先亮l1后亮 最后一样亮b 合上开关s接通电路时 l1和l2始终一样亮c 断开开关s切断电路时 l2立即熄灭 l1过一会儿才熄灭d 断开开关s切断电路时 l1 l2同时立即熄灭 解析 接通电路时 由于线圈的自感作用 l1支路相当于断路 电流增大得慢 l1后亮 稳定后 线圈的作用消失 又相当于短路 l1 l2并联 亮度一样 断开开关 都过一会儿才熄灭 答案 a 4 双选 如图10 2 3所示 a b为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从a b管上端的管口无初速度释放 穿过a管的小球比穿过b管的小球先落到地面 下面对于两管 的描述中可能正确的是 a a管是用塑料制成的 b管是用铜制成的b a管是用铝制成的 b管是用胶木制成的c a管是用胶木制成的 b管是用塑料制成的 d a管是用胶木制成的 b管是用铝制成的 图10 2 3 解析 磁性小球穿过铜管或铝管时 管中产生感应电流 又据楞次定律可知 感应电流产生的磁场阻碍小球的下落 而当小球穿过塑料管或胶木管时 管中不产生感应电流 小球做自由落体运动 故选项a d正确 答案 ad 热点1法拉第电磁感应定律的简单应用 例1 一矩形线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场方向垂直 先保持线框的面积不变 将磁感应强度在1s时间内均匀地增大到原来的两倍 接着保持增大后的磁感应强度不变 在1s时间内 再将线框的面积均匀地减小到原来的一半 先后 两个过程中 线框中感应电动势的比值为 1a 2 b 1 c 2 d 4 答案 b d ab棒中电流大小为 触类旁通 1 双选 2011年珠海模拟 如图10 2 4所示 间距为l的平行金属导轨上有一电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 导轨一端连接电阻r 其他电阻不计 磁感应强度为b 金属棒ab 以速度v向右做匀速运动 则 a 回路中电流为逆时针方向b 电阻r两端的电压为blvc ab棒受到的安培力的方向向左 图10 2 4 答案 ac 热点2电磁感应中的力学平衡问题 例2 两根平行的表面粗糙导轨与水平面成60 导轨上端有一个可以沿导轨运动的金属棒mn 导轨下端用导线连接 一个 4v 2w 的小灯泡 如图10 2 5甲所示 在导轨矩形区 域abdc内存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场 磁场区域的长度lab 4m 宽度lbd 80m 在t 0时刻金属棒mn从图中位置由静止状态开始往下滑动 直至穿过磁场边界cd 并观察到此过程中灯泡一直正常发光 磁场强度随时间变化的关系如图乙实线所示 导轨和导线的电阻可以忽略不计 求 1 金属棒的电阻r 2 金属棒的质量m 3 导轨的滑动摩擦系数 保留两位有效数字 图10 2 5 审题突破 由题意 此过程中灯泡一直正常发光 结合图象知 金属棒在t 4s末进入磁场 金属棒进磁场前磁场增强产生感应电动势的大小与金属棒进磁场后切割磁感线产生的感应电动势大小相等 联立 得r 312 2 依题意知金属棒0 4s内做匀加速直线运动 在t 4s进入磁场 4s后在磁场内做匀速直线运动 设金属棒进入磁场前的加速度为a 金属棒进入磁场时的速度为v 则 e blv联立 得v 20m sa 5m s2 未进入磁场前 由牛顿第二定律得 mgsin60 mgcos60 ma根据金属棒在磁场中受力平衡得mgsin60 mgcos60 bilab联立 得m 0 8kg 3 由 得a gsin60 gcos60 联立 得 0 71 方法技巧 求解电磁感应中的力学平衡问题的思路方法 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大 小和方向 2 求回路电流 3 分析导体受力情况 包含安培力 用左手定则确定其方 向 4 列出动力学方程或平衡方程求解 触类旁通 2 2011年广雅中学模拟 两根相距为l的足够长的平行金属直角导轨mnp与m n p 如图10 2 6所示那样放置 mn与m n 在同一水平面内 np与n p 沿竖直方向 水平金属细杆ab cd分别与导轨垂直接触形成闭合回路 cd杆质量为m 与导轨之间的动摩擦因数为 导轨电阻不计 回路总电阻为r 整个装置处于磁感应强度大小为b 方向竖直向下的匀强磁场中 当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下以某一速度沿导轨匀速向左运动时 cd杆恰好竖直向下匀速运动 重力加速度为g 求 1 通过cd杆的电流大小和方向 2 ab杆向左匀速运动的速度v多大 图10 2 6 解 1 cd杆向下匀速运动时 设cd杆与导轨的摩擦力为fcd 安培力为fcd 有 mg fcdfcd fcdfcd bil由 式得通过cd杆的电流电流方向由d到c 2 设ab杆匀速运动的速度为v 则ab杆产生的感应电动势 e blv 热点3公式e blv的应用 例3 如图10 2 7所示 长为6m的导体mn在磁感应强度b 0 1t的匀强磁场中 以mn上的一点o为轴 沿着顺时针方向旋转 角速度 5rad s o点距m端为2m 求mn的电势差 图10 2 7 易错提醒 公式e blv的应用是有条件的 它适用于导 体平动且速度方向垂直于磁感线方向的特殊情况 对于这种导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况 导体各部分的速度不同 本公式不再适用 正确解析 因导体绕o点旋转 则no段产生的感应电动 势为 同理 mo段产生的感应电动势为 所以umn um un um uo un uo umo uno 3v 触类旁通 3 如图10 2 8所示 在跟匀强磁场垂直的平面内放置一个折成锐角的裸导线m