高考物理一轮 9.2法拉第电磁感应定律、自感现象课件.ppt

第2节法拉第电磁感应定律自感现象 1 感应电动势 在中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于导体的电阻相当于 2 感应电流与感应电动势的关系 遵守定律 即 电磁感应现象 电源 电源内阻 闭合电路 欧姆 一 感应电动势 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 e 2 导体切割磁感线的情形 1 一般情况 运动速度v和磁感线方向夹角为 则e 2 常用情况 运动速度v和磁感线方向垂直 则e 磁通量的变化率 blvsin blv 二 法拉第电磁感应定律 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 电流 自感电动势 三 自感 3 自感系数l 1 相关因素 与线圈的 形状 以及是否有铁芯有关 2 单位 亨利 h 1mh h 1 h h 4 自感电动势的方向 由楞次定律可知 自感电动势总是原来导体中电流的变化 当回路中的电流增加时 自感电动势和原来电流的方向 当回路中的电流减小时 自感电动势和原来电流的方向 自感对电路中的电流变化有作用 使电流不能突变 大小 匝数 10 3 10 6 阻碍 相反 相同 阻碍 例1如图所示 匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上 大小为b 用电阻率为 横截面积为s的导线做成的边长为l的正方形线框abcd水平放置 oo 为过ad bc两边中点的直线 线框全部都位于磁场中 1 若磁感应强度随时间按b b0 kt变化 k为常量 写出磁场对线框ab边的作用力大小随时间变化的关系式 2 若磁感应强度保持b b0不变 线框以恒定角速度 绕oo 匀速转动 求线框从图示位置转过90 过程中通过导线横截面的电荷量 3 第 2 问中线框刚好转过90 时 求线框中的电流强度大小 思路点拨 正确理解法拉第电磁感应定律和正确选用计算感应电动势的两个公式是解题的关键 方法与知识感悟 1 对法拉第电磁感应定律的理解 思路点拨 线框进入磁场时 切割磁感线的有效长度在变化 答案 acd 例3在如图所示的电路中 a b为两个完全相同的灯泡 l为自感线圈 e为电源 s为开关 关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序 下列说法正确的是 a 合上开关 a先亮 b后亮 断开开关 a b同时熄灭b 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a先熄灭 b后熄灭c 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a b同时熄灭d 合上开关 a b同时亮 断开开关 b先熄灭 a后熄灭 题型三 自感现象的理解和应用 思路点拨 分析自感现象时 应先弄清电路的串 并联关系 通电时与线圈l串联的用电器电流逐渐变大 断电时 含有l的支路和与其并联的支路构成的回路电流逐渐变小 解析 合上开关后 由于a灯和线圈相连后接在电路中 当电路中电流变化时 线圈对电流有阻碍作用 所以闭合开关后 b先亮 a后亮 断开开关后 a b都要过一会儿再灭 答案 c 方法与知识感悟 1 通电自感和断电自感的比较 2 解决自感问题的关键 1 正确理解通电自感和断电自感现象中自感电动势对 原电流的变化 的阻碍作用 即延缓原电流的变化 2 弄清电路的串 并联关系 3 电感线圈在通电瞬间相当于一个阻值由很大逐渐变小的电阻 在断电瞬间相当于一个电源 在电流稳定时纯电感线圈相当于一根短路导线 非纯电感线圈相当于一定值电阻 1 穿过一个单匝线圈的磁通量 始终为每秒钟均匀地增加2wb 则 a 线圈中的感应电动势每秒钟增大2vb 线圈中的感应电动势每秒钟减小2vc 线圈中的感应电动势始终为2vd 线圈中不产生感应电动势 c 2 某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下 大小为4 5 10 5t 一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸 河宽100m 该河段涨潮和落潮时有海水 视为导体 流过 设落潮时 海水自西向东流 流速为2m s 下列说法正确的是 a 电压表记录的电压为5mvb 电压表记录的电压为9mvc 河南岸的电势较高d 河北岸的电势较高 bd 解析 由于海水自西向东流 由左手定则可判断海水中的正离子所受磁场力向北 负离子所受磁场力向南 所以河北岸电势较高 d正确 电压表的示数e b lv 4 5 10 5 100 2v 9 10 3v 9mv b正确 d 4 如图所示 l是自感系数很大电阻很小的线圈 若合上或断开开关s1和s2时 可能发生的情况是 a 断开s2 s1闭合的瞬间 l1灯逐渐亮起来b 保持s1闭合 再合上s2稳定后 l2灯是暗的c 保持s2闭合 断开s1的瞬间 l1灯立即熄灭 l2灯亮一下再熄灭d 保持s2闭合 断开s1瞬间 l2灯和l1灯过一会儿才熄灭 abc 解析 只闭合s1时 由于线圈自感作用 流过l1灯的电流将逐渐增大 l1灯逐渐亮起来 而l2灯是立即变亮 故a对 再合上s2稳定后 由于rl很小 l2灯几乎被短路 故l2灯是暗的 故b对 断开s1时 由于s2闭合 电感线圈l与l2构成回路 由于自感的作用 电流将由稳定时l中的值逐渐减小 由il il2 所以l2灯将闪亮一下再熄灭 而灯l1与电阻r并联再跟l与l2并联后的电路串联 故灯l1立即熄灭 所以c对 d错 1 关于电路中感应电动势的大小 下列说法正确的是 a 穿过电路的磁通量越大 感应电动势就越大b 电路中磁通量的改变量越大 感应电动势就越大c 电路中磁通量改变越快 感应电动势就越大d 若电路在某时刻磁通量为零 则该时刻感应电动势一定为零 c 巩固基础 解析 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势正比于磁通量的变化率 c选项中磁通量变化越快 则磁通量的变化率越大 故c选项正确 a b选项错误 某时刻的磁通量为零 但该时刻磁通量的变化率不一定为零 所以感应电动势也就不一定为零 d选项错误 故选c 2 如图所示 倾斜的两平行光滑导轨足够长 其下端用导线相连 导轨所在平面与水平面的夹角为 30 导轨间有与导轨所在平面垂直的匀强磁场 导轨和导线的电阻不计 有一电阻不可忽略的均匀棒ab恰好跨靠在两导轨上而可沿导轨无摩擦下滑 当其下滑到稳定状态时 ab棒中的电功率为p 为使稳定状态时棒中的电功率变为2p 下列哪些措施是可行的 a 使导轨的倾角增大到 45 b 使磁场的磁感应强度变为原来的一半 acd c 换一根同样材料 同样长度但截面积为原来的2倍的棒d 使两导轨间距离和棒长均变为原来的2倍 而棒的材料和截面积不变 3 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁心的线圈l 小灯泡a 开关s和电池组e 用导线将它们连接成如图所示的电路 检查电路后 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想却找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 a 电源的内阻较大b 小灯泡电阻偏大c 线圈电阻偏大d 线圈的自感系数较大 c 提升能力 4 如图所示 垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a 磁感应强度的大小为b 一边长为a 电阻为4r的正方形均匀导线框abcd从图示位置沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域 在下图中线框a b两端电压uab与线框移动距离的关系图象正确的是 d 5 图中a d所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象 关于回路中产生的感应电动势下列论述正确的是 a 图a中回路产生的感应电动势恒定不变b 图b中回路产生的感应电动势一直在变大c 图c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d中回路产生的感应电动势先变小再变大 d 解析 磁通量 随时间t变化的图象中 斜率表示感应电动势 所以图a中不产生感应电动势 图b中产生恒定的感应电动势 图c中0 t1时间内的感应电动势大于t1 t2时间内的感应电动势 图d中感应电动势先变小再变大 a 7 半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置 在圆环的缺口两端引出两根导线 分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接 两板间距为d 如图甲所示 有一变化的磁场垂直于纸面 规定向内为正 变化规律如图乙所示 在t 0时刻平板之间中心有一重力不计 电荷量为q的静止微粒 则以下说法正确的是 a 8 在水平桌面上 一个面积为s的圆形金属框置于匀强磁场中 线框平面与磁场垂直 磁感应强度b1随时间t的变化关系如图 1 所示 0 1s内磁场方向垂直线框平面向下 圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接 导轨上放置一根导体棒 导体棒的长为l 电阻为r 且与导轨接触良好 其余各处电阻不计 导轨处于另一匀强磁场中 其磁感应强度恒为b2 方向垂直导轨平面向下 如图 2 所示 若导体棒始终保持静止 则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是图 3 中的 设向右为静摩擦力的正方向 a 解析 因为导体棒不动 只需计算圆环内的磁通量变化 0 1s段磁通量变大 由楞次定律可判断电流在导体棒上从下向上流 电流大小不变 安培力大小不变方向向左 由平衡原理 摩擦力大小不变 方向向右 为正 1 2s段磁通量不变 电流突变为零 2s 3s段磁通量变小 电流反向 大小与0 1s段相同 以后周期性变化 故选a 9 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 b 10 如图所示 有界磁场的高度为h 磁感应强度大小为b 方向垂直纸面 在磁场上下边界线上各有一个光电测速仪 能测出物体经过边界线时的速度 一个质量为m 电阻为r 边长为a a h 的正方形线圈 从磁场上方某处静止释放 能竖直穿过该磁场 反复调整释放位置后 线圈的下边经过两光电测速仪时的速度恰好都为v0 已知重力加速度为g 则对线圈穿过磁场产生的焦耳热q的判断正确的是 忽略空气阻力 a q mghb mgh q 2mghc q 2mghd mgh q 2mg h a c 解析 光电测速仪测的是两个瞬时速度 故下边刚进入磁场和下边刚离开磁场时速度都为v0 设这个过程中线圈产生的热量为q1 由能量守恒 q1应等于减小的重力势能 即q1 mgh q1是在线圈减速进入磁场中产生的 而线圈离开磁场的运动情况与线圈进入磁场时的情况完全相同 故产生的热量q2 mgh 所以 线圈穿过磁场产生的焦耳热q q1 q2 2mgh 选c abd 12 如图 a 所示 一端封闭的两条平行光滑导轨相距l 距左端l处的中间一段被弯成半径为h的1 4圆弧 导轨左右两段处于高度相差h的水平面上 圆弧导轨所在区域无磁场 右段区域存在匀强磁场b0 左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场b t 如图 b 所示 两磁场方向均竖直向上 在圆弧顶端 放置一质量为m的金属棒ab 与导轨左段形成闭合回路 从金属棒下滑开始