高考物理一轮复习 9.2法拉第电磁感应定律、自感和涡流课件.ppt

第二讲法拉第电磁感应定律 自感和涡流 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 法拉第电磁感应定律 考点自清 1 感应电动势 1 概念 在中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 2 产生条件 穿过回路的发生变化 与电路是否闭合 3 方向判断 感应电动势的方向用或 电磁感应现象 电源 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 伏特 基础自测 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 blv blvsin 基础自测 2 如图所示 平行导轨间距为d 一端跨接一个电阻r 匀强磁场的磁感应强度为b 方向垂直于平行金属导轨所在平面 一根金属棒与导轨成 角放置 金属棒与导轨的电阻均不计 当金属棒垂直于棒的方向以恒定的速度v在金属导轨上滑行时 通过电阻r的电流是 答案 d 三 自感 涡流 考点自清 1 互感现象两个互相靠近的线圈 当一个线圈中的电流变化时 它所产生的变化的会在另一个线圈中产生的现象 2 自感现象 1 定义 由于通过导体自身的而产生的电磁感应现象 磁场 感应电动势 电流发生变化 自感现象 圈数 铁芯 10 3h 3 涡流 电磁阻尼 电磁驱动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 这种电流像水的旋涡 所以叫涡流 1 电磁阻尼 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到 安培力的方向总是阻碍导体的运动 2 电磁驱动 如果磁场相对于导体转动 在导体中会产生使导体受到安培力的作用 安培力使导体运动起来 交流感应电动机就是利用的原理工作的 感应电流 安培力 感应电流 电磁驱动 解析 自感电动势正比于电流的变化率 与电流的变化量无关 选项a错误 当电流的变化率一定时 自感电动势跟自感系数成正比 故选项b c错误 同一导体 其自感系数不变 自感电动势与电流的变化率成正比 故选项d正确 答案 d 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化率的区别 2013年江苏卷 如图所示 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 例1 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 答案 1 10vabcda 2 10c 3 100j 如图甲所示 一个阻值为r 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连接成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图乙所示 图线与横 纵轴的截距分别为t0和b0 导线的电阻不计 求0至t1时间内 变式训练1 1 通过电阻r1的电流大小和方向 2 通过电阻r1的电荷量q及电阻r1上产生的热量 1 导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式e blv 应从以下几个方面理解和掌握 1 公式使用条件本公式是在一定条件下得出的 除了磁场是匀强磁场外 还需b l v三者相互垂直 实际问题中当它们不相互垂直时 应取垂直的分量进行计算 公式可表示为e blvsin 为b与v方向的夹角 2 使用范围导体平动切割磁感线时 若v为平均速度 则e为平均感应电动势 即e blv 若v为瞬时速度 则e为瞬时感应电动势 3 有效性公式中的l为有效长度 即导体与v垂直方向上的投影长度 例如 求图中mn两点间的电动势时 有效长度分别为 2 导体转动切割磁感线 如图所示 导线全部为裸导线 半径为r的圆环内有垂直于圆平面的匀强磁场 磁感应强度为b 一根长度大于2r的导体棒mn以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端 电路中固定电阻为r 其余电阻不计 试求mn从圆环的左端滑动到右端的过程中电阻r上的电流的最大值及通过的电荷量 例2 思路指导 导体棒匀速向右运动切割磁感线 导体棒所处的磁场为匀强磁场 导体的切割有效长度不断变化 当有效切割长度最大时 电路有最大感应电动势 则此时电阻r上的电流最大 当求解导体棒从左端移动到右端时通过r的电荷量时 应用平均电流i和时间t的乘积求解 变式训练2 答案 a 磁场在xoy平面内的分布如图所示 其磁感应强度的大小均为b0 方向垂直于xoy平面 相邻磁场区域的磁场方向相反 每个同向磁场区域的宽度均为l0 整个磁场以速度v沿x轴正方向匀速运动 若在磁场所在区间内放置一由n匝线圈组成的矩形线框abcd 线框的bc lb ab l lb略大于l0 总电阻为r 线框始终保持静止 求 例3 1 线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小 2 线框所受安培力的大小和方向 思路指导 解题时要注意切割磁感线的导体所处在的磁场的方向和大小 由右手定则判断产生感应电动势的方向 从而确定整个电路的感应电动势的大小 解题需要抓住关键信息并挖掘相关信息 本题中lb略大于l0这一信息是要让学生清楚ab边和cd边处于不同方向的磁场中 线框始终静止 但磁场向右做匀速运动 相当于磁场不动 线框向左匀速运动切割磁感线 线框中产生的总电动势应包括ab边和cd边切割磁感线产生的感应电动势 而线框的总电动势取决于两边产生电动势的大小和方向 线框所受安培力的大小和方向 要以整个线框为研究对象 分析整个线框各个边受安培力的矢量和 如图所示 在倾角为 的光滑斜面上 存在着两个大小相等 方向相反的匀强磁场 磁场方向与斜面垂直 两磁场的宽度mj和jg均为l 一个质量为m 电阻为r 边长也为l的正方形导线框 由静止开始沿斜面下滑 当ab边刚越过gh进入磁场时 线框恰好以速度v0做匀速直线运动 当ab边下滑到jp与mn的中间位置时 线框又恰好以速度v做匀速直线运动 则下列说法正确的是 变式训练3 答案 cd 1 对通电自感和断电自感的比较 2 对自感现象的深层理解 1 通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反 此时含线圈l的支路相当于断开 2 断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同 在与线圈串联的回路中 线圈相当于电源 它提供的电流从原来的il逐渐变小 但流过灯a的电流方向与原来相反 3 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 如图所示的甲 乙两个电路 电感线圈的自感系数足够大 且直流电阻不可忽略 闭合开关s 待电路达到稳定后 灯泡均能发光 现将开关s断开 这两个电路中灯泡亮度的变化情况可能是 例4 a 甲电路中灯泡将渐渐变暗b 甲电路中灯泡将先变得更亮 然后渐渐变暗c 乙电路中灯泡将渐渐变暗d 乙电路中灯泡将先变得更亮 然后渐渐变暗 思路指导 甲乙两电路的不同在于灯泡与电感线圈串联还是灯泡跟定值电阻串联 当开关s断开时灯泡亮度如何变化取决于线圈的自感作用 通过灯泡的电流怎样变化 而断开s瞬间 线圈的自感电流是在线圈中原来稳定状态下电流的基础上逐渐减小 由于电路的连接方式不同 自感现象发生后通过灯泡的电流是在以电感线圈为电源的基础上发生 依据这些知识结合具体电路的特点解决此题 解析 开关s断开后 甲电路中的线圈l 灯泡和定值电阻r组成闭合回路 回路中的电流从断开开关s前通过线圈l或者灯泡的电流大小开始逐渐变小到零 所以甲电路中灯泡并不闪亮 而是渐渐变暗 选项a正确 b错误 同理 乙电路中的线圈l 灯泡和定值电阻r也组成闭合回路 回路中的电流从断开开关s前通过线圈l的电流大小开始逐渐变小到零 如果断开开关s前通过线圈l的电流小于通过灯泡的电流 灯泡将逐渐变暗 反之 如果通过线圈l的电流大于通过灯泡的电流 灯泡将先变得更亮 然后渐渐变暗 所以选项c d均有可能 答案 acd 在如图所示的电路中 两个灵敏电流计g1和g2的零点都在刻度盘中央 当电流从 接线柱流入时 指针向右摆 电流从 接线柱流入时 指针向左摆 在电路接通后再断开的瞬间 下列说法中符合实际情况的是 变式训练4 a g1表指针向左摆 g2表指针向右摆b g1表指针向右摆 g2表指针向左摆c g1 g2表的指针都向左摆d g1 g2表的指针都向右摆解析 在接通开关后两电流表电流均由正接线柱流入 指针向右偏 当开关断开的瞬间 由于线圈的自感作用 电流表g1中电流方向不变 所以指针仍向右偏 但通过g2的电流方向从负接线柱流入 所以g2的指针向左偏 故选项b正确 答案 b 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 电磁感应中的 杆 导轨 模型 杆 导轨 模型是电磁感应问题是高考命题热点 考查的知识点多 题目综合性强 物理情景变化复杂 导轨放置方式可分为水平 竖直和倾斜 杆的运动可分为匀速 匀变速 非匀变速等 2013年安徽卷 如图所示 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 例5 a 2 5m s1wb 5m s1wc 7 5m s9wd 15m s9w 思路指导 导体棒最初受到重力 摩擦力 导轨的支持力沿导轨下滑 在下滑过程导体棒切割磁感线 通电导轨和小灯泡形成闭合电路 导体棒中有感应电流 从而受到安培力作用