高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）9.2 法拉第电磁感应定律 自感和互感课件.ppt

第二节法拉第电磁感应定律自感和涡流 一 法拉第电磁感应定律 问题导引感应电动势的大小决定于穿过线圈的磁通量 线圈的磁通量的变化量还是磁通量的变化率 答案 感应电动势的大小决定于穿过线圈的磁通量的变化率 知识梳理1 感应电动势 1 概念 在现象中产生的电动势 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 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 电磁感应 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 blvsin blv 自主检测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a 1 2b 1c 2d 4 答案b 二 自感与涡流 问题导引如图9 2 1所示 开关s闭合且回路中电流达到稳定时 小灯泡a能正常发光 l为自感线圈 则当开关s闭合或断开时 小灯泡的亮暗变化情况是怎样的 图9 2 1 答案 开关闭合时 自感电动势阻碍电流的增大 所以灯慢慢变亮 开关断开时 自感线圈的电流从有变为零 线圈将产生自感电动势 但由于线圈l与灯a不能构成闭合回路 所以灯立即熄灭 知识梳理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 它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生 的现象 互感现象可以把由一个线圈传递到另一个线圈 变压器就是利用互感现象制成的 2 自感 1 自感现象 由于线圈本身的发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象 感应电动势 能量 电流 2 自感电动势 现象中产生的电动势叫自感电动势 这个电动势总是阻碍导体中的变化 3 自感系数l 相关因素 与线圈的大小 形状 以及是否有等因素有关 单位 亨利 h 1mh h 1 h h 原来电流 自感 匝数 铁芯 10 3 10 6 3 互感当一个线圈中的电流变化时 所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生的现象 感应电动势 自主检测2 如图9 2 2 a b 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a的电阻 接通s 使电路达到稳定 灯泡a发光 则图9 2 2 a 在电路 a 中 断开s a将渐渐变暗b 在电路 a 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗c 在电路 b 中 断开s a将渐渐变暗d 在电路 b 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗答案ad 考点一法拉第电磁感应定律的应用 2014 泰安模拟 如图9 2 3甲所示 面积s 0 2m2的线圈 匝数n 630 总电阻r 1 0 线圈处在变化的磁场中 磁感应强度b随时间t按图9 2 3乙所示规律变化 方向垂直线圈平面 图甲中传感器可看成 个纯电阻r 并标有 3v 0 9w 滑动变阻器r0上标有 10 1a 闭合开关s 试回答下列问题 图9 2 3 1 设磁场垂直纸面向外为正方向 试判断通过电流表的电流方向 2 为了保证电路的安全 求电路中允许通过的最大电流 3 若滑动变阻器触头置于最左端 为了保证电路的安全 图乙中的t0最小值是多少 审题指导 1 审读题干 获取有用信息 已知线圈的面积 匝数 电阻 且所在磁场磁感应强度b均匀变化 已知传感器的额定电压和额定功率及滑动变阻器的最大电流 2 分析设问 确定解题方案 由楞次定律确定电流方向 由线路中每个元件的额定电流确定电路允许通过的最大电流 法拉第电磁感应定律计算时间t0 答案 1 向右 2 0 3a 3 40s 规律总结应用电磁感应定律应注意的三个问题 1 2014 咸阳质检 如图9 2 4所示 空间存在垂直于纸面的匀强磁场 在半径为a的圆形区域内部及外部 磁场方向相反 磁感应强度的大小均为b 一半径为b b a 电阻为r的圆形导线环放置在纸面内 其圆心与圆形区域的中心重合 当内 外磁场同时由b均匀地减小到零的过程中 通过导线截面的电荷量为 突破训练 图9 2 4 答案a 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算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 应注意以下几个方面 1 正交性 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 3 有效性 公式中的l为有效切割长度 即导体与v垂直的方向上的投影长度 图9 2 5中有效长度分别为 图9 2 5 图9 2 6 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 b 0 2t 有一水平放置的光滑框架 宽度为l 0 4m 如图9 2 7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 若杆cd以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速运动 求 图9 2 7 1 在5s内平均感应电动势是多少 2 在5s末回路中的电流多大 3 第5s末作用在杆cd上的水平外力多大 审题指导 5s内的平均感应电动势用公式e blv计算 第5s末的瞬时电动势用公式e blv计算 3 杆cd匀加速运动 由牛顿第二定律得 f f安 ma即f bil ma 0 164n 答案 1 0 4v 2 0 8a 3 0 164n 2 2014 四川省名校模拟 如图9 2 8所示 一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于回路所在的平面 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 突破训练 图9 2 8 通电自感和断电自感的比较 考点三自感现象的分析 2014 恩施模拟 在如图9 2 9所示的电路中 两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r 闭合开关s后 调整r 使l1和l2发光的亮度一样 此时流过两个灯泡的电流均为i 然后 断开s 若t 时刻再闭合s 则在t 前后的一小段时间内 图中正确反映流过l1的电流i1 流过l2的电流i2随时间t变化的图象是 图9 2 9 解析 t 时刻闭合s 则由于线圈l的自感作用 通过小灯泡l1的电流i1从零逐渐增加 直到达到稳定值i 故小灯泡l1的电流变化为b图象所示 而灯l2所在支路没有上述现象 s一闭合 电流i2就为稳定值i 故图象c d均错 答案 b 问题感悟 在分析自感现象时 要注意 1 通过自感线圈的电流不能发生突变 即通电过程中 电流是逐渐变大 断电过程中 电流是逐渐变小 此时线圈可等效为 电源 该 电源 与其他电路元件形成回路 2 断电自感现象中 灯泡是否 闪亮 问题的判断在于对电流大小的分析 若断电后通过灯泡的电流比原来大 则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭 3 2014 南通第一次调研 如图9 2 10所示 a b c是3个完全相同的灯泡 l是一个自感系数较大的线圈 直流电阻可忽略不计 则图9 2 10 突破训练 a s闭合时 a灯立即亮 然后逐渐熄灭b s闭合时 b灯立即亮 然后逐渐熄灭c 电路接通稳定后 3个灯亮度相同d 电路接通稳定后 s断开时 c灯立即熄灭解析因线圈l的直流电阻可忽略不计 s闭合时 a灯立即亮 然后逐渐熄灭 a正确 s闭合时 b灯先不太亮 然后亮 b错误 电路接通稳定后 b c灯亮度相同 a灯不亮 c错误 电路接通稳定后 s断开时 c灯逐渐熄灭 d错误 答案a 随堂演练 1 2014 龙岩模拟 如图9 2 11所示 让线圈由位置1通过一个匀强磁场区域运动到位置2 下列说法中正确的是 图9 2 11 a 线圈进入匀强磁场区域的过程中 线圈中有感应电流 而且进入时的速度越大 感应电流越大b 整个线圈在匀强磁场中匀速运动时 线圈中有感应电流 而且感应电流是恒定的c 整个线圈在匀强磁场中加速运动时 线圈中有感应电流 而且感应电流越来越大d 线圈穿出匀强磁场区域的过程中 线圈中有感应电流 而且感应电流越来越大 解析线圈进入匀强磁场区域的过程中 磁通量发生变化 线圈中有感应电流 而且进入时的速度越大 感应电动势越大 感应电流越大 a对 整个线圈在匀强磁场中无论是匀速 加速还是减速运动 磁通量都不发生变化 线圈中没有感应电流产生 b c错 线圈穿出匀强磁场区域的过程中 磁通量发生变化 线圈中有感应电流感应电流大小与运动的速度有关 匀速运动感应电流不变 加速运动感应电流增大 d错 答案a 2 2013 北京理综 如图9 2 12 在磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 金属杆mn在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动 mn中产生的感应电动势为e1 若磁感应强度增为2b 其他条件不变 mn中产生的感应电动势变为e2 则通过电阻r的电流方向及e1与e2之比e1 e2分别为a c a 2 1b a c 2 1c a c 1 2d c a 1 2图9 2 12 解析杆mn向右匀速滑动 由右手定则判知 通过r的电流方向为a c 又因为e blv 所以e1 e2 1 2 故选项c正确 答案c 3 2014 南昌一模 如图9 2 13所示的电路中 l是一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 l1 l2和l3是三个完全相同的灯泡 e是内阻不计的电源 在t 0时刻 闭合开关s 电路稳定后在t1时刻断开开关s 规定以电路稳定时 闭合s后 流过l1 l