【走向高考】高考物理总复习 第九章 第2讲 法拉第电磁感应定律及其应用课件.ppt

温故自查1 感应电动势在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 只要穿过回路的发生改变 在回路中就会产生感应电动势 2 法拉第电磁感应定律 1 内容电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的成正比 磁通量 磁通量的变化率 2 当导体做切割磁感线运动时 其感应电动势的计算公式为 适用于回路中一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时b v l两两互相垂直的情况 当b v l不满足上述情况时 应取其垂直分量进行计算 若导体是曲折的 则l是 即与b和v垂直的有效长度 线圈匝数 不一定 e blv 导体的有效切割长度 金属棒中点 的速度 4 线圈的转动轴与磁感线垂直 如图所示 矩形线圈的长 宽分别为l1 l2 所围面积为s 向右的匀强磁场的磁感应强度为b 线圈绕图示的轴以角速度 匀速转动 线圈的ab cd两边切割磁感线 产生的感应电动势相加可得e bs 如果线圈由n匝导线绕制而成 则e nbs 从图示位置开始计时 则感应电动势的瞬时值为e nbs cos t 该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关 但是轴必须与b垂直 实际上 这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势的计算公式 1 研究对象不同 前者是一个回路 不一定闭合 后者是一段直导线 或等效成直导线 2 适用范围不同 前者具有普遍性 无论什么方式引起的磁通量的变化都适用 后者只适用于一部分导体做切割磁感线运动的情况 4 意义不同 前者求得的是平均电动势 后者v若是平均速度 则e为平均电动势 若v为瞬时速度 则e为瞬时电动势 温故自查在电磁感应中 的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路相当于 与其他导体构成闭合的电路 因此 电磁感应往往又和电路问题联系在一起 切割磁感线 电源 考点精析解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 2 画出等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路的性质 电功率等公式联立求解 温故自查电磁感应中常涉及 磁通量 感应电动势e 感应电流i 安培力f安或外力f外随时间t变化的图象 即 t图 e t图 i t图 f t图 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况 还常涉及感应电动势e和感应电流i随位移x变化的图象 即e x图 i x图等 磁感应强度b b t图 考点精析电磁感应中的图象问题大体上可分为两类 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 不管是何种类型 电磁感应中的图象问题常需利用左手定则 右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决 温故自查1 自感现象 1 自感现象 由于导体本身电流发生而产生的电磁感应现象叫自感现象 2 自感电动势的方向 根据楞次定律判定 自感电动势总要阻碍导体中电流的 当导体中的电流增大时 自感电动势与原电流方向 当导体中的电流减小时 自感电动势与原电流方向 变化 变化 相反 相同 2 自感现象的应用 日光灯原理 1 日光灯的电路图 主要由灯管 和启动器组成 2 启动器的作用 启动时 通过启动器的通断 在镇流器中产生 从而激发日光灯管内的气体导电 正常工作时 镇流器的线圈产生自感电动势 阻碍电流的变化 这时镇流器就起着的作用 保证日光灯的正常工作 镇流器 瞬间高电压 降压限流 考点精析1 自感现象和自感电动势当导体中电流发生变化时 导体自身产生的电磁感应现象 叫自感现象 在自感现象中产生的电动势 叫自感电动势 自感电动势的表达式为 l叫自感系数 自感系数的单位是亨利 h 自感系数由线圈自身条件决定 线圈直径大 长度长 单位长度匝数多 自感系数大 若线圈中有铁芯 自感系数会更大 2 对自感现象应从以下几方面理解 1 根据楞次定律 电磁感应的效果总是阻碍引起电磁感应现象的某种变化 因此 自感现象总是阻碍自身电流的变化 2 自感现象的阻碍作用 只是延缓了过程的进行 但它不能阻止过程的发生 如在接有线圈的回路中 当电路接通时 电流会逐渐增大至稳定值 自感现象只是使这个增加过程缓慢了些 但最终回路的电流还是增加的 自感现象对回路中电流的变化有延缓作用 3 自感现象的一般性和特殊性一般性 自感电动势阻碍磁通量变化 特殊性 阻碍发生自感现象的导体自身电流的变化 即当它所在支路电流增大 自感电动势即与原电流方向相反 反之相同 4 在交流电路中 由于电流的大小和方向不断变化 所以自感电动势一直存在 3 日光灯主要由灯管 镇流器 启动器组成 1 灯管 管两端各有一个灯丝 管内充有微量的氩和稀薄汞蒸气 管壁涂有荧光粉 2 镇流器 是一个带铁芯的线圈 自感系数很大 3 启动器 是一个充有氖气的小玻璃泡 里面有两个电极 一个是固定不动的静触片 另一个是用双金属片制成的u型动触片 4 日光灯的工作原理 1 如图所示 当开关闭合后 电源电压加在启动器的两极之间 使氖气放电发出辉光 辉光产生的热量使u型触片膨胀伸长 与静触片接触 电路导通 于是镇流器的线圈和灯管的灯丝中就有电流通过 2 电路接通后 启动器中氖气停止放电 u型动触片冷却收缩 两个触片分离 电路断开 镇流器中产生很高的自感电动势 方向与原来电压的方向相同 两者加在一起形成瞬时高电压 加在灯管两端 使灯管中气体开始放电 日光灯管成为电流的通路开始发光 3 正常发光时 镇流器降压限流 保证日光灯正常工作 命题规律利用法拉第电磁感应定律 求平均电动势或回路中通过某导体截面的电荷量 考例1 2009 安徽理综 如图甲所示 一个电阻为r 面积为s的矩形导线框abcd 水平放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度为b 方向与ad边垂直并与线框平面成45 角 o o 分别是ab边和cd边的中点 现将线框右半边obco 绕oo 逆时针旋转90 到图乙所示位置 在这一过程中 导线中通过的电荷量是 答案 a 2010 江苏物理 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 b 1c 2d 4 答案 b 考例2 2010 山东理综 如图所示 空间存在两个磁场 磁感应强大小均为b 方向相反且垂直纸面 mn pq为其边界 oo 为其对称轴 一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd 回路在纸面内以恒定速度v0向右运动 当运动到关于oo 对称的位置时 a 穿过回路的磁通量为零b 回路中感应电动势大小为2blv0c 回路中感应电流的方向为顺时针方向d 回路中ab边与cd边所受安培力方向相同 解析 该题考查电磁感应的相关问题 由于有两个方向的磁场穿过线圈 则 1 2 0 a正确 由于电动势方向相同 故e 2blv0 b正确 由右手定则可知电流的方向为逆时针 c错 由左手定则可知 d选项正确 答案 abd 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x 0 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x 0处 从t 0时刻起 导体棒mn在沿x轴正方向的一拉力作用下 从x 0处匀加速运动到x 2l处 则导体棒mn从x 0处运动到x 2l处的过程中通过导体棒的电荷量为 答案 b 命题规律 1 根据发生的电磁感应过程画图象 2 由图象分析电磁感应过程 求解相对应的问题 考例3 2010 山东潍坊 等腰三角形内有垂直于纸面向外的匀强磁场 它的底边在x轴上且长为2l 高为l t 0时刻 边长为l的正方形导线框从图示位置沿x轴正方向匀速穿过磁场 取顺时针方向为电流的正方向 则能够正确表示导线框中电流 位移 i x 关系的是 解析 做此类题可用排除法 当x 1 5l时 如图中虚线框所示位置 左右导体棒处于磁场中的有效切割长度相等 感应电动势为零 在此之前电流方向为顺时针 正 在此之后电流方向为逆时针 负 故本题答案为a 答案 a 总结评述 考查电磁感应 感应电动势图象问题 主要考查学生分析图象能力 推理能力 用数学知识处理物理问题的能力 2010 广东汕尾期末 一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内 磁场方向垂直线圈所在的平面 纸面 向里 如图甲所示 磁感应强度b随t的变化规律如图乙所示 以i表示线圈中的感应电流 以图甲中线圈上箭头所示方向的电流为正 则以下的i t图中正确的是 答案 a 解析 0 1s 磁场在均匀增加 产生的感应电流是稳定的 由楞次定律可知 感应电流的方向是逆时针方向 电流为负 故b c错误 4 5s 磁感应强度不变 故无感应电流产生 选项d错误 本题正确选项为a 命题规律根据自感线圈的特性 分析它在电路中的作用及电路中的电流变化情况 考例4 2010 江苏物理 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 解析 考查自感现象的分析 解题的关键是明确在开关s闭合和断开瞬间 线圈对电流变化的阻碍作用 开关闭合瞬间 由于线圈的感抗越来越小 ab间的电压逐渐变小 开关断开瞬间 由于线圈的阻碍作用 会使流过线圈和灯泡的电流逐渐减小 再结合电流流过灯泡的方向可得正确选项为b 答案 b 2010 北京海淀期末 如图a是用电流传感器 相当于电流表 其电阻可以忽略不计 研究自感现象的实验电路 图中两个电阻的阻值均为r l是一个自感系数足够大的自感线圈 其直流电阻值也为r 图b是