【志鸿优化设计】（浙江专用）高考物理一轮复习 第九章 电磁感应第二节法拉第电磁感应定律自感现象教学案.doc

第二节 法拉第电磁感应定律 自感现象一、法拉第电磁感应定律1法拉第电磁感应定律(1)定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的_成正比。(2)公式：_。2导体切割磁感线的情形(1)一般情况：若运动速度v和磁感线方向的夹角为，则e_。当运动速度v和磁感线方向垂直时，则e_。(2)导体棒在磁场中转动导体棒以端点为轴，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ebl_(平均速度等于中点位置的线速度l)。二、自感和涡流1自感现象当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。2自感电动势(1)定义：在_中产生的感应电动势。(2)表达式_。(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,1 mh_h,1 h_h)。3涡流当线圈中的电流发生变化时，由于电磁感应，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穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述，正确的是( )a图甲回路中产生的感应电动势恒定不变b图乙回路中产生的感应电动势一直在变大c图丙回路中在0t0时间内产生的感应电动势大于在t02t0时间内产生的感应电动势d图丁回路中产生的感应电动势可能恒定不变2关于el的说法，正确的是( )a自感电动势与电流的变化量成正比b自感电动势与自感系数成正比c自感电动势与自感系数、电流的变化量无关d对同一导体，自感电动势与电流的变化率成正比3.如图所示，平行金属导轨间距为l，一端跨接电阻r，匀强磁场磁感应强度为b，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿如图所示的方向以恒定速度v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是( )a b.c. d.4易错辨析：请你判断下列表述正确与否，对不正确的，请予以更正。(1)穿过线圈的磁通量越大，则线圈中产生的感应电动势越大。(2)电磁感应现象中通过导体的电荷量qn，仅与磁通量的变化量及电阻有关。(3)只要闭合电路的部分导体切割磁感线，则闭合电路中一定有感应电流产生。(4)公式eblv中的l就是导体的长度。(5)在断电自感中的灯泡都是先闪亮一下再逐渐熄灭。一、对法拉第电磁感应定律的理解自主探究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1 s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1 s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( )a1/2 b1c2 d4思考：什么情况下必须用法拉第电磁感应定律计算感应电动势？归纳要点1感应电动势的产生条件：穿过回路的磁通量发生变化与电路是否闭合无关。2en的两种常见的表达形式：(1)enb (2)ens，其中是bt图象的斜率。3感应电动势的本质：变化的磁场产生感生电场，感生电场使自由电荷发生定向移动而产生感应电动势。二、导体棒切割磁感线产生感应电动势的计算自主探究2在以下几种情况下，计算导体棒切割磁感线产生的感应电动势的大小。思考1：导体平动切割磁感线产生感应电动势的常见情况有哪些？如何计算感应电动势的大小？思考2：请利用法拉第电磁感应定律推导导体棒转动切割磁感线产生的感应电动势的大小。思考3：如何判断感应电动势的方向？归纳要点1公式en与eblvsin 的比较2.理解eblv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。(3)有效性：公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。(4)相对性：eblv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。三、通电自感和断电自感的比较自主探究3如图所示的电路中，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t0时刻闭合开关s，经过一段时间后，在tt1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( )思考1：通电时的自感电动势和断电时的自感电动势有何不同？思考2：自感现象中灯泡会不会闪亮一下取决于什么？思考3：自感现象中自感线圈起什么作用？归纳要点通电自感和断电自感的比较通电自感断电自感电路图器材要求a1、a2同规格，rrl，l较大l很大(有铁芯)，rlra现象在开关s闭合的瞬间，a2灯立即亮起来，a1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关s断开时，灯a突然闪亮一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关s时，会看到灯a几乎马上熄灭)原因开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，所以流过a1灯的电流比流过a2灯的电流增加得慢断开开关s时，流过线圈l的电流减小，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；在s断开后，通过l的电流反向通过灯a，且由于rlra，使得流过a灯的电流在开关断开的瞬间突然增大，从而使a灯的发光功率突然变大能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能命题研究一、法拉第电磁感应定律的应用【题例1】 如图甲所示，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(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。思路点拨：解题要点：规律总结法拉第电磁感应定律的规范应用1一般解题步骤(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应注意的问题(1)用公式ens求感应电动势时，s为线圈在磁场范围内的有效面积，在bt图象中为图线的斜率。(2)通过回路的电荷量q仅与n、和回路电阻r有关，与变化过程所用的时间长短无关，推导过程：qtt。命题研究二、导体棒切割磁感线类问题【题例2】 (2012四川理综)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竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为b。杆在圆环上以速度v平行于直径cd向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心o开始，杆的位置由确定，如图所示。则( )a0时，杆产生的电动势为2bavb时，杆产生的电动势为bavc0时，杆受的安培力大小为d时，杆受的安培力大小为思路点拨：不同时，导体棒切割长度不同，求出不同时刻的电动势，再求出杆中的电流，进一步可求出杆受的安培力。解题要点：规律总结导体棒切割磁感线类问题的注意事项(1)确定切割磁感线的导体棒是平动切割还是转动切割，若是平动切割，注意切割的有效长度；若是转动切割，导体各部分切割速度不同，应用eblvsin 计算电动势时，v应是导体棒切割的平均速度。(2)导体棒切割磁感线相当于电源，要注意感应电动势的方向及电路的结构。1汽车在两个南极科学考察站之间行驶，汽车后轮轮轴左右两端的电势高低情况是( )a左端电势较高 b右端电势较高c左右两端电势相同 d不知汽车行驶方向，无法判定2如图所示，匀强磁场的方向垂直于电路所在平面，导体棒ab与电路接触良好。当导体棒ab在外力f作用下从左向右做匀加速直线运动时，若不计摩擦和导线的电阻，整个过程中，灯泡l未被烧毁，电容器c未被击穿，则该过程中( )a感应电动势将变大b灯泡l的亮度变大c电容器c的上极板带负电d电容器两极板间的电场强度将减小3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( )ag1表指针向左摆，g2表指针向右摆bg1表指针向右摆，g2表指针向左摆cg1、g2表的指针都向左摆dg1、g2表的指针都向右摆4如图所示，矩形裸导线框abcd的长边的长度为2l，短边的长度为l，在两短边上均接有电阻r，其余部分电阻不计。导线框一长边与x轴重合，左边的横坐标x0，线框内有一垂直于线框平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为b。一质量为m、电阻也为r的光滑导体棒mn与短边平行且与长边接触良好。开始时导体棒静止于x0处，从t0时刻起，导体棒mn在沿x轴正方向的一拉力作用下，从x0处匀加速运动到x2l处。则导体棒mn从x0处运动到x2l处的过程中通过导体棒的电荷量为( )a. b. c. d.5如图所示，在与匀强磁场垂直的平面内放置一个折成锐角的裸导线mon，mon，在它上面搁置另一根与on垂直的裸导线pq，pq紧贴mo、on并以平行于on的速度v从顶角o开始向右匀速滑动，设裸导线单位长度的电阻为r0，磁感应强度为b，求回路中的感应电流。参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.(1)磁通量的变化率(2)en2(1)blvsin blv(2)bl2二、2.(1)自感现象(2)el(3)长度匝数1031063感应电流基础自测1c解析：图甲磁通量不变，不产生感应电动势，图乙磁通量均匀变化，感应电动势不变，a、b选项均错误；图丙中0t0时间内磁通量的变化率比t02t0时间内的大，因此0t0时间内感应电动势较大，c正确；图丁中磁通量不是均匀变化的，所以感应电动势不可能恒定不变，d错误。2d3.a解析：根据法拉第电磁感应定律e v1.5102 v，故感应电动势大小为1.5102 v，a正确。3a解析：切割磁感线的导体长度l，感应电动势为eblvbv，所以通过电阻的电流是ibv，a正确。4答案：(1)错误。穿过线圈的磁通量大，磁通量的变化率不一定大，感应电动势不一定大。(2)正确。(3)错误。闭合电路的部分导体切割磁感线，磁通量不一定变化，感应电流有可能为零，如整个矩形线圈完全在磁场中垂直于磁感线平移。(4)错误。公式eblv中的l是导体切割磁感线的有效长度。(5)错误。断电自感中的灯泡只有在由于自感通过灯泡的电流大于原来流过灯泡的电流时，才会先闪亮一下再逐渐熄灭。核心理解深化【自主探究1】 c解析：根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即磁通量变化越快，感应电动势越大，选项c正确；根据楞次定律可知，当原磁场减小时，感应电流的磁场才与其方向相同，选项d错误。提示：感应电动势e的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率，而与的大小和的大小没有必然的联系，与电路的电阻r无关。感应电流的大小与e和回路总电阻r有关。【自主探究1】 b解析：由法拉第电磁感应定律：e，且bs、bs有：e1，e2，大小相等，选项b正确。提示：在穿过回路的磁通量发生变化时，必须应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势，常见的情况有面积不变而磁感应强度发生变化和磁感应强度不变而面积发生变化两种。【自主探究2】 答案：甲：eblvsin 乙：沿v1方向：e12brv1；沿v2方向：e20丙：沿v1方向：e1brv1；沿v2方向：e20丁：ebl2解析：甲：v与l成夹角，则有效切割长度为lsin ，所以eblvsin 。乙：导线是弯曲的，沿v1方向运动时，有效切割长度为2r，e12brv1；沿v2方向运动时，有效切割长度为0，故e20。丙：同理乙可得：沿v1方向运动时e1brv1；沿v2方向运动时e20。丁：导体棒旋转切割，eblv中blbl2，式中v中为导体棒中点的转动线速度，即整个杆的平均线速度。提示：1.(1)当l、v与b两两垂直，且导体上各点以相同的速度在匀强磁场中切割磁感线时，产生的感应电动势大小为eblv。(2)当bl、lv，而b与v成夹角时，导体切割磁感线产生的感应电动势为eblvsin 。(3)若导线是曲折的，则l应是导线的有效长度，即导线两端点在v、b所决定平面的垂线上的投影长度，如图所示的三种情况下感应电动势相同。2设导体棒在垂直于匀强磁场的平面内，绕一端以角速度匀速转动，如图：经时间t，导体棒转过了，则导体棒扫过的面积svatll2t，磁通量变化了bsbl2t。根据法拉第电磁感应定律得感应电动势ebl2。3感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。产生感应电动势的导体相当于电源，在电源内部电流由低电势流向高电势，常由此来确定电源的正负极及内外电路电势的高低。【自主探究4】 c解析：开关断开时延时熄灭现象的显著程度取决于电路闭合时线圈l中的电流i1和灯泡a中电流i2的大小关系。当i1比i2大时，开关断开时，灯泡会先亮一下，再熄灭。i1比i2大得越多，灯泡的延时熄灭现象越显著。电路闭合时线圈l和灯泡a并联，由并联电路特点可知，线圈电阻偏大时，i1就偏小，延时现象就不明显，选项b错误，c正确；电源内阻的大小对电流i1和i2的大小关系没有影响，选项a错误；线圈的自感系数大，产生的自感电动势也大，阻碍作用就越强，灯泡熄灭的时间应越长，故选项d错误。【自主探究3】 b解析：闭合开关s后，灯泡d直接发光，电感l的电流逐渐增大，电路中的总电流也将逐渐增大，电源内电压增大，则路端电压uab逐渐减小；断开开关s后，灯泡d中原来的电流突然消失，电感l中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小，所以灯泡d中电流将反向，并逐渐减小为零，即uab反向逐渐减小为零，所以选项b正确。提示：1.自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，“增反减同”；通电时自感电动势不能大于电源电动势，断电时自感电动势可以大于电源电动势。2通过自感线圈的电流不能突变，例如断电自感电流不会大于原来线圈中的电流，“灯泡是否会闪亮一下再熄灭”需要看通过灯泡的瞬间的电流是否大于稳定时的电流，若大于稳定时的原电流，则闪亮一下再熄灭。3(1)通电自感：通电时电流增大，阻碍电流增大，自感电动势和原来电流方向相反。(2)断电自感：断电时电流减小，阻碍电流减小，自感电动势与原来电流方向相同，i自il。自感线圈的特点可以总结为这样几句话：闭合时，像电