【红对勾】高考物理 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件.ppt

课时2法拉第电磁感应定律自感涡流 知识点一感应电动势的大小 知识回顾 1 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 2 公式 e 其中n为线圈的 磁通量 的变化率 匝数 2 特殊情况 1 导体切割磁感线的情形 一般情况 运动速度v和磁感线方向夹角为 则e 常用情况 运动速度v和磁感线方向垂直 则e 2 导体棒在磁场中转动 导体棒以端点为轴 在垂直于磁感线的匀强磁场中匀速转动产生感应电动势e 平均速度取中点位置线速度l blvsin blv 基础自测 穿过闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如下图 所示 下列关于回路中产生的感应电动势的论述 正确的是 图1 a 图 中 回路产生的感应电动势恒定不变b 图 中 回路产生的感应电动势一直在变大c 图 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 中 回路产生的感应电动势先变小再变大答案 d 知识点二自感现象和涡流 知识回顾 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 其大小e l为自感系数 2 自感系数 l与线圈的 以及是否有等因素有关 其单位是 符号是 电流 自感电动势 大小 形状 圈数 铁芯 亨利 h 2 涡流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 这种电流像水的旋涡所以叫涡流 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 安培力的方向总是导体的运动 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 交流感应电动机就是利用的原理工作的 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了的推广应用 感应电流 安培力 阻碍 感应 电流 电磁驱动 楞次定律 要点深化 通电和断电自感比较如下表 基础自测 1 如下图 a b 所示的电路中 电阻r和自感线圈l的电阻值都很小 且小于灯a的电阻 接通s 使电路达到稳定 灯泡a发光 则 图2 a 在电路 a 中 断开s a将渐渐变暗b 在电路 a 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗c 在电路 b 中 断开s a将渐渐变暗d 在电路 b 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗 解析 在 a 电路中 灯a和线圈l串联 它们的电流相同 断开s时 线圈上产生自感电动势 阻碍原电流的减小 但流过灯a的电流仍逐渐减小 从而灯a只能渐渐变暗 b 电路中电阻r和灯a串联 灯a的电阻大于线圈l的电阻 电流则小于线圈l中的电流 断开s时 电源不再给灯供电 而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小 通过r a形成回路 灯a中电流突然变大 灯a变得更亮 然后渐渐变暗 故a d正确 答案 ad 2 如右图所示 一闭合金属球用绝缘细线挂于o点 将金属球拉离平衡位置并释放 金属球摆动过程中经过一匀强磁场区域 该区域的宽度比金属球的直径大 不计空气阻力 则下述说法中正确的是 图3 a 金属球向右穿过磁场后 还能摆至原高度b 在进入和离开磁场时 金属球中均有涡流产生c 金属球进入磁场后离平衡位置越近速度越大 感应电流也越大d 金属球最终将静止在平衡位置答案 b 题型一感应电动势的分析与计算 例1 如图4所示 水平放置的平行金属导轨 相距l 0 50m 左端接一电阻r 0 20 磁感应强度b 0 40t的匀强磁场方向垂直于导轨平面 导体棒ab垂直放在导轨上 并能无摩擦地沿导轨滑动 导轨和导体棒的电阻均可忽略不计 当ab以v 4 0m s的速度水平向右匀速滑动时 求 图4 1 ab棒中感应电动势的大小 并指出a b哪端电势高 2 回路中感应电流的大小 3 维持ab棒做匀速运动的水平外力f的大小 答案 1 0 80v a b 2 4 0a 3 0 8n 2 电势高低的判断方法 1 要明确磁场的方向及导体运动的方向 2 据右手定则判断出感应电流的方向即感应电动势的方向 3 把切割磁感线导体作为电源 在电源内部电流从低电势点 负极 流向高电势点 正极 变式1 1 2009 山东高考 如图5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 图5 回路以速度v向右匀速进入磁场 直径cd始终与mn垂直 从d点到达边界开始到c点进入磁场为止 下列结论正确的是 答案 acd 题型二计算通过导体的电荷量 例2 如图6 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻r的直角形金属导轨aob 在纸面内 磁场方向垂直纸面朝里 另有两根金属导轨c d分别平行于oa ob放置 保持导轨之间接触良好 金属导轨的电阻不计 现经历以下四个过程 以速率v移动d 使它与ob的距离增大一倍 再以速率v移动c 使它与oa的距离减小一半 然后 再以速率2v移动c 使它回到原处 最后以速率2v移动d 使它也回到原处 设上述四个过程中通过电阻r的电荷量的大小依次为q1 q2 q3和q4 则 图6a q1 q2 q3 q4b q1 q2 2q3 2q4c 2q1 2q2 q3 q4d q1 q2 q3 q4 答案 a 变式2 1 2009 安徽高考 如图7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7乙所示位置 在这一过程中 导线中通过的电荷量是 图7 答案 a 题型三自感问题 例3 如图8所示的电路 开关原先闭合 电路处于稳定状态 在某一时刻突然断开开关s 则通过电阻r1中的电流i1随时间变化的图线可能是下图中的 图8 解析 开关s原先闭合时 电路处于稳定状态 流过r1的电流方向向左 大小为i1 与r1并联的r2和线圈l支路 电流i2的方向也向左 当某一时刻开关s突然断开时 l中向左的电流i2要减小 因自感现象 线圈l产生自感电动势 在回路 l r1 a r2 中形成感应电流 电流通过r1的方向与原来反向 变为向右 并从i2开始逐渐减小到零 故d选项正确 答案 d 题后反思解决自感现象问题的关键在于认真分析电路 把握电路中线圈的电流发生变化时 自感线圈会产生自感电动势阻碍原电流的变化 应用楞次定律再进行判断分析 变式3 1 2010 北京高考 在如图9所示的电路中 两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r 闭合开关s后 调整r 使l1和l2发光的亮度一样 此时流过两个灯泡的电流均为i 然后 断开s 若t 时刻再闭合s 则在t 前后的一小段时间内 正确反映流过l1的电流i1 流过l2的电流i2随时间t变化的图象是 图9 解析 闭合s通电后 由于电感线圈的自感作用 i1逐渐增大 最终达到稳定值 而i2直接增大至稳定值后保持不变 所以选项b正确 答案 b 1 一航天飞机下有一细金属杆 杆指向地心 若仅考虑地磁场的影响 则当航天飞机位于赤道上空 a 由东向西水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由上向下b 由西向东水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由上向下c 沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由下向上d 沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时 金属杆中一定没有感应电动势 解析 在赤道上空由东向西水平飞行时 切割地磁线 由右手定则可判得a正确 b错误 在沿南北水平方向飞行时 不切割地磁线 不会产生感应电动势 所以c错误 d正确 答案 ad 2 2010 江苏高考 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 答案 b 3 2010 江苏高考 如图10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 图10 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 答案 b 4 如图11所示 半径为r 单位长度电阻为 的均匀导体圆环固定在水平面上 圆环中心为o 匀强磁场垂直水平面方向向下 磁感应强度为b 平行直径mon的导体杆ab 沿垂直于杆的方向向右运动 杆的电阻可以忽略不计 杆与