湖南省江华一中高三物理一轮复习 电磁感应课件.ppt

一 复习内容及课时安排 一 电磁感应现象楞次定律2 二 法拉第电磁感应定律2 三 互感和自感涡流1 四 电磁感应定律的应用5 五 单元测试及试卷讲评2 第九章电磁感应 二 考纲要求 三 考纲解读 电磁感应是电磁学中最为重要的内容 也是高考命题频率最高的内容之一 题型多为选择题 计算题 主要考查电磁感应 楞次定律 法拉第电磁感应定律 自感等知识 本部分知识多结合电学 力学部分出压轴题 其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用 电磁感应与力学规律的综合应用 电磁感应与能量守恒的综合应用 复习中要熟练掌握感应电流的产生条件 感应电流方向的判断 感应电动势的计算 还要掌握本部分内容与力学 能量的综合问题的分析求解方法 四 高考命题趋向 电磁感应这部分内容是物理学科的重点内容之一 近年来高考对本章内容命题率较高的是感应电流的产生条件 方向 几乎是年年考 其他如电磁感应现象与磁场 电路 力学 热学等知识联系的综合题以及感应电流 或感应电动势 的图像问题也在近几年高考中交替出现 该部分知识与其他学科知识相互渗透也是命题的趋势 同时将该部分知识同生产 生活实际 高科技相结合 注重对学生分析能力 解决实际问题的能力 试题题型全面 以选择题 解答题都可呈现 尤其是解答题困难较大 涉及知识点多 综合能力强 从而增加试题的区分度 第一节电磁感应现象楞次定律 一 知识要点 1 磁通量 1 定义 磁感应强度b与垂直磁场方向的面积s的乘积叫穿过这个面的磁通量 用符号 表示 2 公式 bs说明 该式只适用于匀强磁场的情况 且式中的s是跟磁场方向垂直的面积 若不垂直 则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积 即 bs bssin 是s与磁场方向的夹角 3 单位 韦伯 1wb 1tm2 4 物理意义 穿过某一面积的磁感线条数 5 磁通量是标量 但有正负之分 若有两个磁场穿过某一面积 设某一方向的磁通量为正 另一方向的磁通量为负 它们的代数和就为穿过这一面积的合磁通量 2 感应电流的产生 1 电磁感应现象不论用什么方法 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合电路中就有电流产生 这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应 产生的电流叫感应电流 2 引起磁通量变化的因素 磁感强度b发生变化 线圈面积发生变化 磁感强度b与面积s之间的夹角 发生变化这三种情况都可以引起磁通量发生变化 3 产生感应电动势的导体无论回路是否闭合 只要穿过线圈平面的磁通量发生变化 线路中就有感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 3 感应电流的方向判断有两种方法 右手定则和楞次定律 1 右手定则 伸开右手 让大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿入掌心 大拇指指向导体运动的方向 其余四指所指的方向就是运动导体中的感应电流方向 这种方法是判断切割磁感线的那部分导体中的感应电流方向 2 楞次定律 感应电流具有这样的方向 就是感应电流产生的磁场 总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 应用楞次定律的步骤是a 明确所研究的闭合回路原磁场方向及磁通量的变化 增加或减小 b 由楞次定律判定感应电流的磁场方向c 由安培定则根据感应电流的磁场方向判出感应电流的方向 1 在实际问题的分析中 楞次定律的应用可拓展为以下四个方面 1 阻碍原磁通量的变化 即 增反减同 2 阻碍相对运动 即 来拒去留 3 使线圈面积有扩大或缩小的趋势 即 大小小大 4 阻碍导体中原来的电流发生变化 即 自感现象 2 从能量的转化和守恒角度看 发生电磁感应的过程是其它形式的能转化为电能的过程 所以正是因为这种 阻碍 作用的出现 才需要外力克服这一 阻碍 做功 把其它形式的能转化成电能 二 巩固训练 题型一 磁通量及其变化的计算 练习1 教学案第280页针对练习1 如图所示 置于水平面上的矩形线圈acdb一半处在磁场外 一半处在磁场内 e为ac的中点 f为bd的中点 ab l1 ac l2 在直线o1o2的左侧有范围广阔的磁感应强度为b的匀强磁场 若以ab边为轴 线圈从图示位置转过60 则在此过程中线圈中有无感应电流产生 在转过90 的过程中磁通量的变化量为多少 在转过180 的过程中磁通量的变化量又为多少 1 无感应电流 练习2 教学案第280页针对练习2 如图所示 环形金属轻弹簧 套在条形磁铁中心位置 若将弹簧沿半径向外拉 使其面积增大 则穿过弹簧所包围面积的磁通量将 a 增大b 减小c 不变d 无法确定变化情况 b 题型二 感应电流方向的判定 练习3 资料第155页练习1 cd 练习4 资料第154页例题 c 练习5 模拟题第33页练习4 c 练习6 模拟题第34页练习11 ac 题型三 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律的综合应用 练习8 如图所示 当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时 线圈c向右摆动 则ab的运动情况是 a 向左或向右做匀速运动b 向左或向右做减速运动c 向左或向右做加速运动d 只能向右做匀加速运动 b 练习7 教学案第282页针对练习6 如图所示 在直导线下方有一矩形线框 当直导线中通有方向如图所示且均匀增大的电流时 线框将 a 有顺时针方向的电流b 有逆时针方向的电流c 靠近直导线d 远离直导线 bd 练习9 模拟题第33页练习2 abd 练习10 资料第155页练习5 bc 第二节法拉第电磁感应定律 一 知识要点 1 感应电动势 1 感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 只要穿过回路中的磁通量发生改变 在回路中就产生感应电动势 2 感应电动势与感应电流的关系 3 电势高低的判断 把产生感应电动势的导体看成电源 且注意电源内部感应电流从电势低处向电势高处流动 若无电流 可想象为有感应电流 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的成正比 变化率 2 公式 n为线圈匝数 3 公式说明 上式适用于回路磁通量发生变化的情况 回路不一定要闭合 不能决定e的大小 才能决定e的大小 当 仅由b的变化引起时 则 当 仅由s的变化引起时 则 当b s同时发生变化时 则 b2s2 b1s1 3 导体切割磁感线产生感应电动势 1 公式 e 2 公式的几点说明 上式仅适用于导体各点以相同速度在匀强磁场中切割磁感线的情况 并且必须l v和b两两垂直 blv 若导线是曲折的 则l应是导线的有效切割长度 即是导线两端点在v和b所决定平面的垂线上的投影间的长度 公式e blv中 若v为一段时间的平均速度 e为平均感应电动势 若为瞬时速度 则e为瞬时感应电动势 3 导体转动切割磁感线产生感应电动势 当导体在垂直于磁场的平面内 绕一端以角速度 匀速转动 切割磁感线产生感应电动势时 e blv中 bl2 式中v中为导体杆中点的转动线速度 在本节的许多问题中 常遇到求最大速度或收尾速度的问题 解决此类问题的关键是正确分析题意 确定速度最大或稳定时的力学状态或电学状态 其分析思路是 导体运动以后切割速度的变化 感应电动势的变化 感应电流变化 安培力变化 加速度变化 当a 0时 导体速度达到最大或稳定 这就是极值点 二 巩固训练 题型一 t三个概念的区别 练习1 一个200匝 面积为20cm2的线圈 放在磁场中 磁场的方向与线圈平面成300角 若磁感应强度在0 05s内由0 1t增加到0 5t 则0 05s始末通过线圈的磁通量分别为wb和wb 在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量为wb 磁通量的平均变化率为wb s 线圈中的感应电动势的大小为v 10 4 5 10 4 4 10 4 8 10 3 1 6 练习2 教学案第284页练习3 穿过闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如图 所示 下列关于回路中产生的感应电动势的论述 正确的是 a 图 中回路产生的感应电动势恒定不变 b 图 中回路产生的感应电动势一直在变大 c 图 中回路在0 t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势 d 图 中回路产生的感应电动势先变小再变大 d 题型二 公式e blvsin 与e n t的应用 练习3 如图所示 矩形线圈abcd由n 50匝组成 ab边长l1 0 4m bc边长l2 0 2m 整个线圈的电阻r 2 在b 0 1t的匀强磁场中 以短边中点的连线为轴转动 50rad s 求 1 线圈从图示位置转动900过程中的平均电动势 2 线圈转过900时的瞬时电动势 12 7v 20v 练习4 资料第161页例题4 如图所示 长为6m的导体ab在磁感强度b 0 1t的匀强磁场中 以ab上的一点o为轴 沿着顺时针方向旋转 角速度 5rad s o点距a端为2m 求ab的电势差 3v 练习5 教学案第285页针对练习1 如图 a 所示 一个电阻值为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的圆形区域内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 b 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 1 通过电阻r1上的电流大小和方向 2 通过电阻r1上的电荷量q及电阻r1上产生的热量 练习6 如图所示 光滑导轨宽0 4m ab金属棒长0 5m 均匀变化的磁场垂直穿过其面 方向如图 磁场的变化如图所示 金属棒ab的电阻为1 导轨电阻不计 自t 0时 ab棒从导轨最左端 以v 1m s的速度向右匀速运动 则 a 1s末回路中的电动势为1 6vb 1s末棒ab受安培力大小为1 28nc 1s末回路中的电动势为0 8vd 1s末棒ab受安培力大小为0 64n ab 练习7 教学案第288页练习5 如图所示 在存在右边界的垂直纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框 现用外力使线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动 运动中线框的ab边始终与磁场右边界平行 已知ab bc l 线框导线的总电阻为r 则线框离开磁场的过程中 a 线框中的电动势随时间均匀增大b 通过线框截面的电荷量为c 线框所受外力的最大值为d 线框中的热功率与时间成正比 题型三 电磁感应与力学的综合应用 ab 练习8 教学案第286页针对练习3 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 b 0 2t 有一水平放置的足够长光滑框架 宽度为l 0 4m 如图所示 框架上放置一质量为0 05kg 电阻为1 的金属杆cd 框架电阻不计 若cd杆以恒定加速度a 2m s2 由静止开始水平向右做匀变速运动 则 1 在5s内平均感应电动势是多少 2 第5s末 回路中的电流多大 3 第5s末 作用在cd杆上的水平外力多大 1 0 4v 2 0 8a 3 0 164n 练习9 模拟题第35页练习7 练习10 资料第159页练习7 1 先做加速度变小的变加速直线运动 然后做匀速直线运动 2 vm 1m s 第三节互感和自感涡流 一 知识要点 1 互感与互感电动势 1 互感现象 一个线圈中的电流变化时 所引起的磁场的变化在另一个线圈中产生感应电动势的现象叫做互感现象 2 互感电动势 在互感现象中产生的电动势叫做互感电动势 2 自感现象 由于通过导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象 在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势 1 大小 e l i t 式中l为自感系数 它的大小由线圈自身结构特征决定 线圈越长 单位长度上的匝数越多 横截面积越大 它的自感系数越大 加入铁芯后 会使线圈的自感系数更大 自感系数的单位为亨利 2 作用 阻碍通过线圈中的电流的变化 这正是自感现象的本质 3 种类 3 涡流 1 涡流 定义 当线圈的电流随时间变化时 线圈附近的任何导体中都会产生感应电流 电流在导体内形成闭合回路 很像水的漩涡 把它叫做涡电流 简称涡流 特点 整块金属的电阻很小 涡流往往很大 2 电磁阻尼与电磁驱动 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 安培力的方向总是阻碍导体的运动 这种现象称为电磁阻尼 电磁驱动 磁场相对于导体转动 在导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到安培力 安培力使导体运动 这种作用称为电磁驱动 注意 电磁阻尼与电磁驱动也是一种特殊的电磁感应现象 原理上都可以用楞次定律解释 二 巩固练习 题型一 对通电自感和断电自感的理解 练习1 模拟题第34页练习2 c 练习2 资料第158页练习4 d 练习3 教学案第287页针对练习5 如图所示 e为电池 l是电阻可忽略不计 自感系数足够大的线圈 d1 d2是两个规格相同且额定电压足够大的灯泡 s是控制电路的开关 对于这个电路 下列说法正确的是 a 刚闭合开关s的瞬间 通过d1 d2的电流大小相等b 刚闭合开关s的瞬间 通过d1 d2的电流大小不相等c 闭合开关s待电路达到稳定 d1熄灭 d2比原来更亮d 闭合开关s待电路达到稳定 再将s断开瞬间 d2立即熄灭 d1闪亮一下再熄灭 acd 练习4 教学案第287页针对练习7 如图所示的电路 电源电动势为e 线圈l的电阻不计 以下判断正确的是 a 闭合s 稳定后 电容器两端电压为eb 闭合s 稳定后 电容器的a极板带正电c 断开s的瞬间 电容器的a极板将带正电d 断开s的瞬间 电容器的a极板将带负电 c 题型二 涡流的应用 练习5 桌面上放一铜片 一条形磁铁的n极自上而下接近铜片的过程中 如图所示 铜片对桌面的压力 a 增大b 减小c 不变d 无法判断是否变化 a 练习6 著名物理学家弗曼曾设计过一个实验 如图所示 在一块绝缘板上中部安一个线圈 并接有电源 板的四周有许多带负电的小球 整个装置支撑起来 忽略各处的摩擦 当电源接通的瞬间下列关于圆盘的说法中正确的是 a 圆盘将逆时针转动b 圆盘将顺时针转动c 圆盘不会转动d 无法确定圆盘是否会动 a 题型一 电磁感应中的图象问题 练习1 资料第162页练习4 c 第四节电磁感应定律的综合应用 练习2 一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中 设磁场方向向里为磁感强度b的正方向 线圈中的箭头为电流i的正方向 线圈中感应电流i随时间变化的图线如图所示 则磁感强度b随时间变化的图线可能是图中的 c d 练习3 资料第164页练习6 b 练习4 资料第163页练习5 d 练习5 教学案第302页练习6 如图所示 金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行 设整个电路总电阻为r 恒定不变 整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中 下列叙述正确的是 a ab杆中的电流强度与速率v成正比b 磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比c 电阻r上产生的电热功率与速率v成正比d 外力对ab杆做功的功率与速率v成正比 ab 题型二 电磁感应与力学的结合 练习6 模拟题第36页练习9 练习7 资料第166页练习10 练习7 资料第166页练习10 练习7 资料第166页练习10 题型三 电磁感应定律与能量 练习8 如图所示 两根光滑的金属导轨平行放置在倾角为 的斜面上 导轨的左端接有电阻r 导轨自身的电阻忽略不计 斜面处在方向垂直斜面向上的匀强磁场中 一质量为m 电阻可忽略不计的金属棒ab 在沿着斜面与棒垂直的恒力f作用下 沿导轨匀速上滑 并上升高度h 在这一过程中 a 作用于金属棒的合力做功为零b 作用于金属棒的合力做功为重力势能mgh与电阻发出的焦耳热之和c 恒力f与安培力的合力所做的功等于零d 恒力f与重力的合力做的功等于电阻r上发出的焦耳热 ad 练习9 资料第164页练习8 d 1 4