高考物理一轮复习 第9章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流 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 法拉第电磁感应定律 考纲要求 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 感应电动势的大小跟穿过这一电路的 成正比 2 公式 e n 其中n为线圈匝数 3 感应电流与感应电动势的关系 遵守 定律 即i 磁通量的变化率 闭合电路欧姆 3 导体切割磁感线时的感应电动势 1 导体垂直切割磁感线时 感应电动势可用e 求出 式中l为导体切割磁感线的有效长度 2 导体棒在磁场中转动时 导体棒以端点为轴 在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势e bl 平均速度等于中点位置的线速度l blv 判断正误 正确的划 错误的划 1 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势越大 2 线圈中磁通量变化越大 产生的感应电动势越大 3 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 4 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势也越大 答案 1 2 3 4 自感 涡流 考纲要求 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 电流 自感电动势 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 1mh h 1 h h 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 大小 匝数 10 3 10 6 感应电流 判断正误 正确的划 错误的划 1 线圈中的电流越大 自感系数也越大 2 对于同一线圈 当电流变化越快时 线圈中的自感电动势越大 3 自感电动势阻碍电流的变化 但不能阻止电流的变化 答案 1 2 3 1 单选 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 基础自测 2 单选 机场的安检门可以利用涡流探测人身上携带的金属物品 安检门中接有线圈 线圈中通以交变电流 关于其工作原理 以下说法正确的是 a 人身上携带的金属物品会被地磁场磁化 在线圈中产生感应电流b 人体在线圈交变电流产生的磁场中运动 产生感应电动势并在金属物品中产生感应电流c 线圈产生的交变磁场不会在金属物品中产生交变的感应电流d 金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流 解析一般金属物品不一定能被磁化 且地磁场很弱 即使金属物品被磁化磁性也很弱 同时 作为导体的人体电阻很大 且一般不会与金属物品构成回路 故a b错误 安检门利用涡流探测金属物品的工作原理是 线圈中交变电流产生交变磁场 使金属物品中产生涡流 故c错误 该涡流产生的磁场又会在线圈中产生感应电流 而线圈中交变电流的变化可以被检测 故d正确 答案d 3 多选 在如图9 2 1所示的电路中 a1和a2是两个相同的灯泡 线圈l的自感系数足够大 电阻可以忽略不计 下列说法中正确的是 a 合上开关s时 a2先亮 a1后亮 最后一样亮b 断开开关s时 a1和a2都要过一会儿才熄灭c 断开开关s时 a2闪亮一下再熄灭d 断开开关s时 流过a2的电流方向向右 图9 2 1 解析合上开关s时 线圈l中产生的自感电动势阻碍电流增大 并且阻碍作用逐渐变小直至为零 故a2先亮 a1后亮 最后一样亮 选项a正确 断开开关s时 线圈l中产生的自感电动势阻碍电流减小 因电路稳定时通过a1和a2的电流大小相等 故断开开关s时 a1和a2都逐渐熄灭 流过a2的电流方向向左 选项b正确 c d错误 答案ab 4 单选 有一个匀强磁场边界是ef 在ef右侧无磁场 左侧是匀强磁场区域 如图9 2 2甲所示 现有一个闭合的金属线框以恒定速度从ef右侧水平进入匀强磁场区域 线框中的电流随时间变化的i t图象如图乙所示 则可能的线框是下列四个选项中的 5 2013 黄冈中学月考 多选 如图9 2 3所示 一个正方形金属框放在表面是绝缘且光滑的斜面顶端 自静止开始沿斜面下滑 下滑过程中穿过一段边界与斜面底边bb 平行的匀强磁场 已知金属框的边长l小于磁场的宽度d 则关于金属框进入磁场过程中可能做的运动 下列说法正确的是 a 匀速运动b 匀加速运动c 匀减速运动d 先加速后匀速运动 图9 2 3 图9 2 4 典例1 2013 江苏卷 13 如图9 2 5所示 匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd 线圈平面与磁场垂直 已知线圈的匝数n 100 边长ab 1 0m bc 0 5m 电阻r 2 磁感应强度b在0 1s内从零均匀变化到0 2t 在1 5s内从0 2t均匀变化到 0 2t 取垂直纸面向里为磁场的正方向 求 图9 2 5 1 0 5s时线圈内感应电动势的大小e和感应电流的方向 2 在1 5s内通过线圈的电荷量q 3 在0 5s内线圈产生的焦耳热q 审题指导 1 0 1s内谁引起线圈中的磁通量发生变化 2 感应电动势的计算公式e 3 公式q it中的i应为电路中电流 值 如何计算电流i 4 公式q i2rt中的i是恒定的还是变化的 在0 5s内线圈的电流一样吗 如何计算0 5内线圈产生的焦耳热 跟踪短训 1 如图9 2 6所示 虚线框内存在均匀变化的匀强磁场 三个电阻的阻值之比r1 r2 r3 1 2 3 电路中导线的电阻不计 当s1 s2闭合 s3断开时 闭合回路中感应电流为i 当s2 s3闭合 s1断开时 闭合回路时感应电流为5i 当s1 s3闭合 s2断开时 闭合回路中感应电流为 a 0b 3ic 6id 7i 图9 2 6 解析设虚线框内磁感应强度变化率为k 上面回路中磁场面积为s 下面回路中磁场面积为ns 电阻r1 r 当s1 s2闭合 s3断开时 闭合回路中产生的感应电动势e1 ks 感应电流为i ks 3r 当s2 s3闭合 s1断开时 闭合回路中产生的感应电动势e2 nks 闭合回路中感应电流为5i nks 5r 当s1 s3闭合 s2断开时 闭合回路中产生的感应电动势e3 n 1 ks 闭合回路中感应电流为i n 1 ks 4r 联立解得i 7i 选项d正确 答案d 1 公式e blv的使用条件 1 匀强磁场 2 b l v三者相互垂直 2 e blv的 四性 1 正交性 本公式是在一定条件下得出的 除磁场为匀强磁场外 还需b l v三者互相垂直 2 瞬时性 若v为瞬时速度 则e为相应的瞬时感应电动势 热点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算 3 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 如图9 2 7中 棒的有效长度为ab间的距离 4 相对性 e blv中的速度v是导体相对磁场的速度 若磁场也在运动 应注意速度间的相对关系 图9 2 7 典例2 2013 海南卷 6 如图9 2 8 水平桌面上固定有一半径为r的金属细圆环 环面水平 圆环每单位长度的电阻为r 空间有一匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向竖直向下 一长度为2r 电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切 切点为棒的中点 棒在拉力的作用下以恒定加速度a从静止开始向右运动 运动过程中棒与圆环接触良好 下列说法正确的是 图9 2 8 反思总结感应电动势两个公式的比较 跟踪短训 2 如图9 2 9所示 水平放置的u形框架上接一个阻值为r0的电阻 放在垂直纸面向里的 磁感应强度大小为b的匀强磁场中 一个半径为l 质量为m的半圆形硬导体ac在水平向右的恒定拉力f作用下 由静止开始运动距离d后速度达到v 半圆形硬导体ac的电阻为r 其余电阻不计 下列说法正确的是 图9 2 9 3 如图9 2 10所示 在水平面内固定着u形光滑金属导轨 轨道间距为50cm 金属导体棒ab质量为0 1kg 电阻为0 2 横放在导轨上 电阻r的阻值是0 8 导轨其余部分电阻不计 现加上竖直向下的磁感应强度为0 2t的匀强磁场 用水平向右的恒力f 0 1n拉动ab 使其从静止开始运动 则 图9 2 10 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 热点三通电自感和断电自感 2 自感中 闪亮 与 不闪亮 问题 典例3 如图9 2 11所示 线圈l的自感系数很大 且其电阻可以忽略不计 l1 l2是两个完全相同的小灯泡 随着开关s闭合和断开的过程中 l1 l2的亮度变化情况是 灯丝不会断 图9 2 11 a s闭合 l1亮度不变 l2亮度逐渐变亮 最后两灯一样亮 s断开 l2立即不亮 l1逐渐变亮b s闭合 l1亮度不变 l2很亮 s断开 l1 l2立即不亮c s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2亮度不变 s断开 l2立即不亮 l1亮一下才灭d s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2则逐渐变得更亮 s断开 l2立即熄灭 l1亮一下才灭 解析当s接通时 因l的自感系数很大 对电流的阻碍作用较大 l1和l2串接后与电源相连 l1和l2同时亮 随着l中电流的增大 l的直流电阻减小 l的分流作用增大 l1的电流逐渐减小为零 由于总电阻变小 总电流变大 l2的电流增大 l2灯变得更亮 当s断开时 l2中无电流 立即熄灭 而电感l将阻碍本身的电流减小 l与l1组成闭合电路 l1灯要亮一下后再熄灭 综上所述 选项d正确 答案d 反思总结在分析自感现象问题时 应注意电路的结构 弄清楚自感线圈l与用电器的串 并联关系 明确原电流的方向 再判断自感电流的方向及大小变化 同时注意 l的自身电阻是不是能忽略不计 在断开开关时 还要看线圈和用电器能否形成回路 跟踪短训 4 如图9 2 12所示的电路中 电源的电动势为e 内阻为r 电感l的电阻不计 电阻r的阻值大于灯泡d的阻值 在t 0时刻闭合开关s 经过一段时间后 在t t1时刻断开s 下列表示a b两点间电压uab随时间t变化的图象中 正确的是 图9 2 12 模型构建 杆 导轨 模型是电磁感应问题高考命题的 基本道具 也是高考的热点 考查的知识点多 题目的综合性强 物理情景变化空间大 是我们复习中的难点 杆 导轨 模型又分为 单杆 型和 双杆 型 单杆 型为重点 导轨放置方式可分为水平 竖直和倾斜 杆的运动状态可分为匀速 匀变速 非匀变速运动等 物理建模10 电磁感应中的 杆 导轨 模型 模型分类及特点1 单杆水平式 2 单杆倾斜式 方法指导解决电磁感应中综合问题的一般思路是 先电后力再能量 典例 2013 安徽卷 16 如图9 2 13所示 足够长平行金属导轨倾斜放置 倾角为37 宽度为0 5m 电阻忽略不计 其上端接一小灯泡 电阻为1 一导体棒mn垂直于导轨放置 质量为0 2kg 接入电路的电阻为1 两端与导轨接触良好 与导轨间的动摩擦因数为0 5 在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度为0 8t 将导体棒mn由静止释放 运动一段时间后 小灯泡稳定发光 此后导体棒mn的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为 重力加速度g取10m s2 sin37 0 6 图9 2 13 a 2 5m s1wb 5m s1wc 7 5m s9wd 15m s9w 即学即练如图9 2 14所示 质量m1 0 1kg 电阻r1 0 3 长度l 0 4m的导体棒ab横放在u型金属框架上 框架质量m2 0 2kg 放在绝缘水平面上 与水平面间的动摩擦因数 0 2 相距0 4m的mm nn 相互平行 电阻不计且足够长 电阻r2 0 1 的mn垂直于mm 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 5t 垂直于ab施加f 2n的水平恒力 ab从静止开始无摩擦地运动 始终与mm nn 保持良好接触 当ab运动到某处时 框架开始运动 图9 2 14 设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 1 求框架开始运动时ab速度v的大小 2 从ab开始运动到框架开始运动的过程中 mn上产生的热量q 0 1j 求该过程ab位移x的大小 附 对应高考题组1 2011 北京理综 19 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁芯的线圈l 小灯泡a 开关s和电池组e 用导线将它们连接成如图所示的电路 检查电路后 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 a 电源的内阻较大b 小灯泡电阻偏大c 线圈电阻偏大d 线圈的自感系数较大解析由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流 由题图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路 与电源无关 故a错误 造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流 当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象 故b错误 c正确 自感系数越大 则产生的自感电流越大 灯泡更亮 故d错误 答案c 2 2012 课标全国 19 如图所示 均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框 半圆直径与磁场边缘重合 磁场方向垂直于半圆面 纸面 向里 磁感应强度大小为b0 使该线框从静止开始绕过圆心o 垂直于半圆面的轴以角速度 匀速转动半周 在线框中产生