高考物理大一轮复习 第九章 电磁感应 第2课时 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件.pptVIP

第2课时法拉第电磁感应定律自感涡流 磁通量的变化率 3 导体切割磁感线的情形 0 blv 二 自感和涡流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 由于自感而产生的感应电动势叫做 2 表达式 e 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 电流 自感电动势 大小 匝数 10 3 10 6 2 涡流 1 定义 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 2 应用 涡流热效应的应用 如 涡流磁效应的应用 如 感应电流 真空冶炼炉 探雷器 三 电磁阻尼和电磁驱动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 导体的相对运动 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 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了 的推广应用 安培力 阻碍 感应电流 楞次定律 思考判断 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 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势越大 4 线圈中的电流越大 自感系数也越大 5 磁场相对于导体棒运动时 导体棒中也可能产生感应电动势 6 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 7 自感电动势阻碍电流的变化 但不能阻止电流的变化 考点一法拉第电磁感应定律 d 要点突破 1 应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤 1 分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况 2 利用楞次定律确定感应电流的方向 3 灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解 2 磁通量变化通常有两种方式 3 导体切到磁感线产生感应电动势的计算 1 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 若v为瞬时速度 则e为相应的瞬时感应电动势 3 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 如图中 棒的有效长度为ab间的距离 典例剖析 例1 如图所示 半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场b中 绕o轴以角速度 沿逆时针方向匀速转动 则通过电阻r的电流的方向和大小是 金属圆盘的电阻不计 r左侧导线与圆盘边缘接触 右侧导线与圆盘中心接触 答案d 例2 如图甲所示 一个圆形线圈的匝数n 1000 线圈面积s 200cm2 线圈的电阻r 1 线圈外接一个阻值r 4 的电阻 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中 磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 求 1 前4s内的感应电动势的大小 以及通过r的电流方向 2 前5s内的感应电动势 答案 1 1v电流方向自下而上 2 0 针对训练 1 如图所示 一正方形线圈的匝数为n 边长为a 线圈平面与匀强磁场垂直 且一半处在磁场中 在 t时间内 磁感应强度的方向不变 大小由b均匀地增大到2b 在此过程中 线圈中产生的感应电动势为 答案b 2 多选 半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆 单位长度电阻均为r0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 直杆在圆环上以速度v平行于直径cd向右做匀速直线运动 直杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心o开始 直杆的位置由 确定 如图所示 则 答案ad 考点二互感和自感 b 要点突破 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 2 自感中 闪亮 与 不闪亮 问题 典例剖析 例1 在如图所示的电路中 线圈的自感系数很大 且其直流电阻可以忽略不计 d1和d2是两个完全相同的小灯泡 在开关s闭合和断开时 灯丝不会断 d1和d2的亮度的变化情况是 a s闭合 d1很亮且亮度不变 d2逐渐变亮 最后两灯一样亮 s断开 d2立即灭 d1逐渐变亮b s闭合 d1不亮 d2很亮 s断开 d2立即灭c s闭合 d1和d2同时亮 而后d1灭 d2亮度不变 s断开 d2立即灭 d1亮一下才灭d s闭合 d1和d2同时亮 后d1逐渐熄灭 d2则逐渐变得更亮 s断开 d2立即灭 d1亮一下后才逐渐熄灭 解析当s接通时 l的自感系数很大 瞬时l所在的电路视为断路 相当于d1与d2串联 故d1和d2同时亮且亮度相同 随着通过l的电流逐渐增大 l的分流作用增大 因l的直流电阻不计 d1的电流逐渐减小为零 由于总电阻变小 总电流变大 d2变得更亮 当s断开时 原电源不再提供电流 d2处于断路而立即灭 l产生自感电动势阻碍电流减小 且与d1构成回路 则d1将亮一下后再逐渐熄灭 故选项d正确 答案d 例2 如图所示的电路中 电源的电动势为e 内阻为r 电感线圈l的直流电阻不计 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 答案b 针对训练 1 如图所示是测定自感系数很大的线圈l直流电阻的电路 l两端并联一只电压表 用来测自感线圈的直流电压 在测量完毕后 将电路拆开时应先 a 断开s1b 断开s2c 拆除电流表d 拆除电阻r 解析当s1 s2均闭合时 电压表与线圈l并联 当s2闭合而s1断开时 电压表与线圈l串联 所以在干路断开前后自感线圈l中电流方向相同而电压表中电流方向相反 只要不断开s2 线圈l与电压表就会组成回路 在断开干路时 l中产生与原来电流同方向的自感电流 使电压表中指针反向转动而可能损坏电压表 选项b正确 答案b 2 如图所示是研究自感实验的实物电路 l1 l2是两个规格相同的小灯泡 l为自感线圈 闭合开关s 调节滑动变阻器r 使两个灯泡的亮度相同 然后断开开关s 则 a 闭合开关s l1 l2都逐渐变亮b 闭合开关s l2立刻变亮 l1逐渐变亮c 闭合开关s稳定后 l仍有自感电动势d 闭合开关s稳定后 断开s l没有自感电动势 解析l1与线圈相连 闭合开关后线圈发生自感 l1逐渐变亮 l2与滑动变阻器相连 闭合开关后 l2立刻变亮 选项a错误 b正确 自感现象在开关闭合和断开的时候发生 电路稳定后 线圈没有自感电动势 选项c d错误 答案b 考点三涡流 电磁阻尼和电磁驱动 b 要点突破 1 涡流 2 电磁阻尼与电磁驱动的比较 典例剖析 例1 多选 如图所示是高频焊接原理示意图 线圈中通以高频变化的电流时 待焊接的金属工件中就产生感应电流 感应电流通过焊缝产生大量热量 将金属熔化 把工件焊接在一起 而工件其他部分发热很少 以下说法正确的是 a 电流变化的频率越高 焊缝处的温度升高得越快b 电流变化的频率越低 焊缝处的温度升高得越快c 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小d 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 答案ad 例2 多选 磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 a 防止涡流而设计的b 利用涡流而设计的c 起电磁阻尼的作用d 起电磁驱动的作用解析线圈通电后 在安培力作用下 发生转动 铝框随之转动 并切割磁感线产生感应电流 就是涡流 涡流阻碍线圈的转动 使线圈偏转后尽快停下来 所以 这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用 b c选项正确 答案bc 针对训练 1 多选 如图所示 在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯 现接通交流电源 过了几分钟 杯内的水沸腾起来 若要缩短上述加热时间 下列措施可行的有 a 增加线圈的匝数b 提高交流电源的频率c 将金属杯换为瓷杯d 取走线圈中的铁芯 解析该装置的工作原理是 线圈内变化的电流产生变化的磁场 从而使金属杯内产生涡流把电能转化为内能 使杯内的水升温 交流电源的频率一定时 线圈产生的磁场的磁感应强度最大值bm越大 杯内磁通量变化就越快 产生的涡流就越大 增加线圈的匝数会使线圈产生的磁场bm增大 而取走线圈中的铁芯会使线圈产生的磁场bm减小 故a正确 d错误 交流电源的频率增大 杯内磁通量变化加快 产生的涡流增大 故b正确 瓷为绝缘材料 不能产生涡流 故c错误 答案ab 2 如图所示 在光滑绝缘水平面上 有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场 则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中 磁场宽度大于金属球的直径 小球 a 整个过程匀速b 进入磁场过程中球做减速运动 穿出过程做加速运动c 整个过程都做匀减速运动d 穿出时的速度一定小于初速度 解析小球在进入和穿出磁场时都有涡流产生 要受到阻力 即电磁阻尼作用 所以穿出时的速度一定小于初速度 答案d 1 如图所示 蹄形磁铁的两极间 放置一个线圈abcd 磁铁和线圈都可以绕oo 转动 磁铁如图示方向转动时 线圈的运动情况是 a 俯视 线圈顺时针转动 转速与磁铁相同b 俯视 线圈逆时针转动 转速与磁铁相同c 线圈与磁铁转动方向相同 但转速小于磁铁转速d 线圈静止不动 解析本题 原因 是磁铁有相对线圈的运动 效果 便是线圈要阻碍两者的相对运动 但线圈阻止不了磁铁的运动 线圈只好跟着磁铁同向转动 但转速小于磁铁转速 如果二者转速相同 就没有相对运动 线圈就不会转动 故选项c正确 答案c 2 多选 如图所示电路中 l是自感系数足够大的线圈 它的电阻可忽略不计 d1和d2是两个完全相同的小灯泡 则下列说法中正确的是 a k闭合瞬间 两灯同时亮 以后d1熄灭 d2变亮b k闭合瞬间 d1先亮 d2后亮 最后两灯亮度一样c k断开时 两灯都亮一下再慢慢熄灭d k断开时 d2立即熄灭 d1亮一下再慢慢熄灭 解析k闭合瞬间 由于通过线圈的电流变大 在线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加 此时刻电感线圈可看做断路 此时电流通过两个灯泡而同时发光 当电路稳定后 由于线圈的电阻为零 故灯泡d1被线圈短路而熄灭 而d2变的更亮 选项a正确 b错误 k断开时 d2立即熄灭 而由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小 自感电动势在l和d1中形成新的回路 故使得d1亮一下再慢慢熄灭 选项c错误 d正确 答案ad 答案c 4 多选 如图所示 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