高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流 3 涡流 当线圈中的电流发生变化时 在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的感应电流 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 安培力的方向总是阻碍导体的相对运动 2 电磁驱动 如果磁场相对于导体转动 在导体中会产生感应电流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电磁驱动的原理工作的 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例1 2015 茂名二模 如图 a 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 在0至t1时间内 求 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 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 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 b 考点二 考点三 考点一 2 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 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 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算1 理解e blv的 五性 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 平均性 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 4 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 如图 棒的有效长度为ab间的距离 5 相对性 e blv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 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例2 2015 临沂模拟 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度b 0 2t 有一水平放置的光滑框架 宽度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 若杆cd以恒定加速度a 2m s2由静止开始做匀加速运动 则 1 在前5s内 平均感应电动势是多少 2 在第5s末 回路中的电流有多大 3 在第5s末时 作用在cd杆上的水平外力有多大 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 参考答案 1 0 4v 2 0 8a 3 0 164n 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 2 如图所示 相距l 0 4m 电阻不计的两平行光滑金属导轨水平放置 一端与阻值r 0 15 的电阻相连 导轨处于磁感应强度b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向里 质量m 0 1kg 电阻r 0 05 的金属棒置于导轨上 并与导轨垂直 t 0时起棒在水平外力f作用下以初速度v0 2m s 加速度a 1m s2沿导轨向右匀加速运动 求 1 t 1s时回路中的电流 2 t 1s时外力f大小 3 第1s内通过棒的电荷量 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点三自感现象1 自感电动势的作用自感现象遵循楞次定律 即自感电动势总是阻碍原电流变化 但不改变原电流的变化趋势 对原电流的变化起延迟作用 增反减同 2 自感现象中能量转化线圈中电流从无到有时 电能转化成磁场能 电流减小时 磁场能转化成电能 3 自感现象分析思路 1 通电自感 线圈中电流从无到有增大时 线圈中产生自感电动势阻碍电流增大 因此线圈中电流呈非线性增大 一部分电能转化为磁场能 2 断电自感 线圈中电流从有到无减小时 线圈中产生感应电动势阻碍电流减小 线圈中磁场能转化成电能 此时线圈相当于电源 给闭合电路供电 考点二 考点三 考点一 典例3 多选 如图所示的电路中 l为一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 d1 d2是两个完全相同的灯泡 e是一内阻不计的电源 t 0时刻 闭合开关s 经过一段时间后 电路达到稳定 t1时刻断开开关s i1 i2分别表示通过灯泡d1和d2的电流 规定图中箭头所示的方向为电流正方向 以下各图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是 考点二 考点三 考点一 解题思路 当s闭合时 l的自感作用会阻碍其中的电流变大 电流从d1流过 当l的阻碍作用变小时 l中的电流变大 d1中的电流变小至零 d2中的电流为电路总电流 电流流过d1时 电路总电阻较大 电流较小 当d1中电流为零时 电流流过l与d2 总电阻变小 电流变大至稳定 当s再断开时 d2马上熄灭 d1与l组成回路 由于l的自感作用 d1慢慢熄灭 电流反向且减小 综上所述知a c项正确 参考答案 ac 名师归纳 分析自感现象的两点注意 1 通过自感线圈中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强 则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭 考点二 考点三 考点一 如图所示电路中 l是一电阻可忽略不计的自感线圈 a b为l的左 右两端点 a b c为完全相同的三个灯泡 原来开关s是闭合的 三个灯泡均在发光 某时刻将开关s断开 则下列说法正确的是 b a a点电势高于b点 a灯闪亮后缓慢熄灭b b点电势高于a点 b c灯闪亮后缓慢熄灭c a点电势高于b点 b c灯闪亮后缓慢熄灭d b点电势高于a点 b c灯不会闪亮只是缓慢熄灭 解析 开关s闭合稳定时 自感线圈支路的总电阻较b c灯支路电阻小 故流过a灯的电流i1大于流过b c灯的电流i2 且电流方向由a到b a点电势高于b点 当开关s断开 由于与电源断开 自感线圈会产生自感现象 相当于电源 b点电势高于a点 阻碍流过a灯的电流减小 瞬间流过b c灯支路的电流比原来的大 故b c灯闪亮后再缓慢熄灭 故b项正确 电磁感应中的 杆 导轨 模型1 模型分类 杆 导轨 模型分为 单杆 型和 双杆 型 单杆 型为重点 导轨放置方式可分为水平 竖直和倾斜 杆的运动状态可分为匀速 匀变速 非匀变速运动等 2 单杆水平式 典例如图所示 两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 30 的斜面上 导轨电阻不计 间距l 0 4m 导轨所在空间被分成区域 和 两区域的边界与斜面的交线为mn 中的匀强磁场方向垂直斜面向下 中的匀强磁场方向垂直斜面向上 两磁场的磁感应强度大小均为b 0 5t 在区域 中 将质量m1 0 1kg 电阻r1 0 1 的金属条ab放在导轨上 ab刚好不下滑 然后 在区域 中将质量m2 0 4kg 电阻r2 0 1 的光滑导体棒cd置于导轨上 由静止开始下滑 cd在滑动过程中始终处于区域 的磁场中 ab cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 取g 10m s2 求 1 cd下滑的过程中 ab中的电流方向 2 ab刚要向上滑动时 cd的速度大小 3 从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中 cd滑动的距离x 3 8m 此过程中ab上产生的热量q 参考答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3j 名师点睛 解决电磁感应中综合问题的一般思路 1 2015 惠州模拟 多选 如图甲所示 面积s 1m2的导体圆环内通有垂直于圆平面向里的磁场 磁场的磁感应强度b随时间t变化的关系如图乙所示 b取向里为正 以下说法中正确的是 ac a 环中产生逆时针方向的感应电流b 环中产生顺时针方向的感应电流c 环中产生的感应电动势大小为1vd 环中产生的感应电动势大小为2v 2 2016 云南师范大学附属中学月考 英国物理学家麦克斯韦认为 磁场变化时会在空间激发感生电场 如图所示 一个半径为r的绝缘细圆环水平放置 环内存在竖直向上的匀强磁场b 环上套一带电荷量为 q的小球 已知磁感应强度b随时间均匀增加 其变化率为k 若小球在环上运动一周 则感生电场对小球的作用力所做功的大小是 d 3 2015 泰州模拟 如图甲所示 一个圆形线圈的匝数n 100 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 下列说法