高考物理 电磁感应复习课件2.ppt

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 只要穿过回路的磁通量发生改变 即使回路不闭合 在回路中仍产生感应电动势 如图13 2 1和图13 2 2所示 1 感应电动势 2 感应电动势与感应电流感应电流的大小是由感应电动势和闭合回路的共同决定 三者大小关系遵守闭合电路欧姆定律 即 总电阻 1 内容电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的成正比 2 公式 n为线圈匝数 变化率 2 法拉第电磁感应定律 平均值 瞬时值 1 公式 e blv 2 公式的几点说明 上式仅适用于导体各点以相同速度在匀强磁场中切割磁感线的情况 且l v与b两两垂直 当l b l v 而v与b成 夹角时 如右图13 2 3所示 导体切割磁感线产生的感应电动势大小为 3 导体切割磁感线产生的感应电动势 e blvsin 若导线是曲折的 则l应是导线的切割长度 即导线两端点在v b所决定平面的垂线上的 如图13 2 4所示的三种情况下感应电动势相同 有效 投影长度 公式e blv中 若v为一段时间内的平均速度 则e为平均感应电动势 若v为速度 则e为瞬时感应电动势 瞬时 1 自感现象 由于的电流发生变化而产生的电磁感应现象 2 自感电动势 自感电动势的方向 自感电动势总阻碍导体中原来电流的变化 即当电流增大时 自感电动势阻碍电流增大 这时i感与i原反向 当电流减小时 自感电动势阻碍电流减小 这时i感与i原同向 自感电动势总是起着电流变化的作用 自感电动势的大小 e自 n t l i t 4 自感现象及其应用 导体本身 推迟 3 自感系数l 大小 线圈的长度越长 线圈的面积越大 单位长度的匝数越多 线圈的自感系数越大 线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多 单位 亨利 符号h 1h 103mh 106 h 物理意义 描述线圈产生自感电动势本领大小的物理量 数值上等于通过线圈的电流在1s内改变了1a时产生的自感电动势的大小 4 自感现象的应用 日光灯 日光灯主要由组成 日光灯的工作原理 镇流器的作用 启动时产生高压 达500 600v 正常发光时 降压 100 120v 保证日光灯正常工作 灯管 镇流器 起动器 瞬间 限流 1 涡流现象 在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象 2 影响涡流大小的因素 导体的越长 交变磁场的越高 涡流就越大 3 涡流现象的应用 电磁炉 灶 涡流加热 涡流制动 涡流探测等 4 在生产和生活中 有时要避免涡流效应 减少能耗 5 涡流现象及其应用 外周长 频率 如图13 2 5所示 固定在水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦地滑动 此时abed构成一个边长为l的正方形 棒的电阻为r 其余部分电阻不计 开始时磁感应强度为b0 1 法拉第电磁感应定律的应用 2 在上述 1 的情况中 棒始终保持静止 当t t1时 垂直于棒的水平拉力为多少 3 若从t 0时刻起 磁感应强度逐渐减小 当棒以恒定速度v向右做匀速运动时 可使棒中不产生感应电流 则磁感应强度怎样随时间变化 写出b与t的关系式 答案 见解析 如图13 2 7所示 长为l的金属导轨弯成一圆环 导线的两端接在电容为c的平行板电容器上 p q为电容器的两个极板 磁场垂直于环面向里 磁感应强度以b b0 kt k 0 随时间变化 t 0时 p q两板电势相等 两板间的距离远小于环的半径 经时间t后 电容器的p板 答案 d 如图13 2 8所示 长度为l的金属杆ab a端为固定转轴 在磁感应强度为b的匀强磁场中 在垂直于b的平面内按顺时针方向以角速度 做匀速转动 试求金属杆中产生的感应电动势大小 2 电磁感应中的转动切割问题 解析 解法1 金属杆ab做切割磁感线运动时 杆上各点的线速度大小不相同 因此以杆上各点速度的平均值进行计算 当ab匀速转动时 a端速度为零 b端速度为 l 杆上从a到b各点的速度大小与各点的回转半径成正比 所以ab杆的平均切割速度为 如图13 2 10所示 在磁感应强度b 2t的匀强磁场中 有一个半径r 0 5m的金属圆环 圆环所在平面与磁感线垂直 oa是一个金属棒 它沿着顺时针方向以20rad s的角速度绕圆心o匀速转动 且a端始终与圆环相接触 oa棒的电阻r 0 1 图中定值电阻r1 100 r2 4 9 电容器的电容c 100pf 圆环和连接导线的电阻忽略不计 则 1 电容器的带电荷量是多少 哪个极板带正电 2 电路中消耗的电功率是多少 根据右手定则 感应电流的方向由o a 但导体棒切割磁感线相当于电源 在电源内部电流从电势低处流向电势高处 故a点电势高于o点电势 又由于电容器极板上与a点相接即为正极 电容器上极板带正电 2 电路中消耗的电功率p消 i2 r r2 5w 答案 1 4 9 10 10c上极板 2 5w 如图13 2 12所示 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一个半径为a的圆环 水平固定在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 一长度为2a 电阻等于r 粗细均匀的金属棒mn放在圆环上 与圆环始终保持良好的接触 当金属棒以恒定速度v向右移动 且经过圆心时 求 3 电磁感应与电路的简单综合 1 棒上电流的大小和方向及棒两端的电压umn 2 在圆环和金属棒上消耗的总功率 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 解决电磁感应中的电路问题的基本方法是 首先明确其等效电路 其次根据电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 然后根据电路有关规律进行综合分析 半径为a的圆形区域内有均匀磁场 磁感应强度为b 0 2t 磁场方向垂直纸面向里 半径为b的金属圆环与磁场同心地放置 磁场与环面垂直 其中a 0 4m b 0 6m 金属环上分别接有l1 l2 两灯的电阻均为r0 2 一金属棒mn与金属环接触良好 棒与环的电阻均忽略不计 解析 1 棒滑过圆环直径时切割磁感线的有效长度l 2a 棒中产生的感应电动势为e blv 0 2 2 0 4 5v 0 8v当不计棒与环的电阻时 直径oo 两端的电压u e 0 8v 所以通过灯l1的电流为 答案 1 0 8v 0 4a 2 1 28 10 2w 如图13 2 14所示 在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为r的固定电阻 两导轨所决定的平面与水平面成30 角 今将一质量为m 长为l的导体棒ab垂直放于导轨上 并使其由静止开始下滑 已知导体棒电阻为r 整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中 磁感应强度为b 求导体棒最终下滑的速度及电阻r最终生热功率分别为多少 4 有关导体棒切割磁感线的动态分析及能量转化 1 解决此类 最终速度 问题 一般有两种方法 平衡法和能量转化法 前一种方法 易于理解 后一种方法解法简捷迅速 2 一个导体棒切割磁感线产生感应电流时 产生的电能总等于克服安培力所做的功 某一时刻 克服安培力做功的功率等于整个电路的总电功率 2008 泰安模拟 如图13 2 16所示 两根足够长固定平行金属导轨位于倾角 30 的斜面上 导轨上 下端各接有阻值r 20 的电阻 导轨电阻忽略不计 导轨宽度l 2m 在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场 磁感应强度b 1t 质量m 0 1kg 连入电路的电阻r 10 的金属棒ab在较高处由静止释放 当金属棒ab下滑高度h 3m时 速度恰好达到最大值v 2m s 金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触 g取10m s2 求 1 金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量 2 金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻r中产生的热量 图13 2 16 解析 1 金属棒ab的机械能的减少量 e mgh mv2 2 8j 2 速度最大时金属棒ab产生的电动势e blv 产生的电流i e r r 2 此时的安培力f bil 由题意可知 受摩擦力ff mgsin30 f 由能量守恒得 损失的机械能等于金属棒ab克服摩擦力做功和产生的电热之和 电热q e ffh sin30 上端电阻r中产生的热量qr q 4 联立 式得 qr 0 55j 答案 1 2 8j 2 0 55j 如图13 2 17甲所示 一矩形线圈位于随时间t变化的匀强磁场中 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为电流正方向 以垂直纸面向里的磁场方向为正 则以下的i t图象中正确的是 5 电磁感应现象中的图象 解析 在有磁场时都是线性变化 说明感应电流都是恒定的 磁场增强时 电流是逆时针方向 磁场减弱时 电流方向是顺时针方向 2 3s没有电流 4 5s磁场不变化 无电流 答案 a 电磁感应的过程大体上可分为两类 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 或由给定的有关图象分析电磁感应过程 求出相应的物理量 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 2009 开封模拟 如图13 2 18所示 一边长为a 电阻为r的等边三角形线框的外力作用下以速度v0匀速穿过宽度均为a的两个匀强磁场区域 两磁场磁感应强度的大小均为b 方向相反 线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直 以逆时针方向为电流正方向 从图示位置开始线框中感应电流i与沿运动方向的位移s的关系图象为 解析 线框的运动可分为三个阶段 进入 磁场 离开 磁场进入 磁场和离开 磁场 然后又均匀减小 直到完全进入 区 离开 区时 电流大的变化情况同进入 区时一样 由于 区磁场与 区磁场反向 所以进入 区与离开 区时的电流同方向 由上述分析可知 b项正确 答案 b 图13 2 19中电感线圈l的直流电阻为rl 小灯泡的电阻为r 小量程电流表g1 g2的内阻不计 当开关s闭合且稳定后 电流表g1 g2的指针均偏向右侧 电流表的零刻度在表盘的中央 则当开关s断开时 下列说法中正确的是 6 自感问题分析 a g1 g2的指针都立即回到零点b g1缓慢回到零点 g2立即左偏 然后缓慢回到零点c g1立即回到零点 g2缓慢回到零点d g2立即回到零点 g1缓慢回到零点 解析 s闭合且稳定时 通过含电流表g1 g2的两条支路的电流均由左向右 断开s l中产生自感电势 由 增反减同 可知 自感电动势e自的方向一定与原电流方向相同 等效电路如图13 2 20所示 显然 断开s后 在e自的作用下 图13 2 20回路中将继续形成沿顺时针方向的电流 这时流经含有电流表g2支路的电流方向已变为由右向左了 由于这段时间内e自是逐渐减小的 故电流也是逐渐减小的 答案 b 自感现象是电磁感应的特例 在分析这一现象时 必须抓住其电路的三大特点 1 自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化 可概括为 增反减同 2 通过自感线圈的电流不能突变 线圈与其他电路元件能构成回路 3 电流稳定时 自感线圈就是导体 如图13 2 21所示 e为电池 l是电阻可忽略不计 自感系数足够大的线圈 d1 d2是两个规格相同的灯泡 s是控制电路的开关 对于这个电路 下列说法中正确的是 a 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小相等b 刚闭合s的瞬间 通过d1 d2的电流大小不等c 闭合s待电路达到稳定后 d1熄灭 d2比s刚闭合时亮d 闭合s待电路达到稳定后 再将s断开的瞬间 d1不立即熄灭 d2立即熄灭 解析 刚闭合s的瞬间 流过线圈的电流增大 线圈产生反向感应电动势 阻碍电流增加 由于线圈自感系数足够大 流过线圈电流为零 此时线圈相当于断路 d1 d2串联 流过它们的电流相等 选a 闭合s待电路稳定后 流过线路的电流不变 线圈电阻为零 d1短路 流过d2的电流大于闭合时电流 d2比闭合时亮 选c 断开s的瞬间 流过电路电流减小 线圈产生感应电动势 阻碍电流减小 d2立即熄灭 d1过一会儿再熄灭 选d 答案 acd 例 如图13 2 22所示 在磁感强度b 2t的匀强磁场中 有一个半径r 0 5m的金属圆环 圆环所在的平面与磁感线垂直 oa是一个金属棒 它沿着顺时针方向以12rad s的角速度绕圆心o匀速转动 a端始终与圆环相接触 oa棒的电阻r 1 0 图中定值电阻r1 5 r2 20 电压表为理想电压表 圆环和连接导线的电阻忽略不计 求 理想电压表的读数 错解 导体棒做切割磁感线运动产生的感应电动势为e br2 3v r2和r1并联的电阻r并 r1r2 r1 r2 4 根据闭合电路欧姆定律 电路的总电流为 i e r r并 0 6a所以 理想电压表的读数为uv ir并 2 4v 分析纠错 甲同学没有掌握本电压表只能测出电源的路端电压 而乙同学没有掌握好与理想电压表串联的电阻相当于导线看待 电路分析出错 正确的解法是 由于理想电压表电阻远远大于r2的阻值 故r2当作导线看 画出等效电路图如图13 2 23所示 导体棒oa产生感应电动势为 导体棒做切割磁感线运动产生的感应电动势为e br2 3v根据闭合电路欧姆定律 电路的总电流为 i e r r1 0 5a所以 理想电压表的读数为uv ir1 2 5v 答案 2 5v