高二物理选修3-2电磁感应复习课件.ppt

1 选修3 2电磁感应复习 f y 2 f y 一 正确认识电磁感应现象及其产生条件 电磁感应现象 导体中产生感应电动势的现象 产生条件 磁通量 发生变化 0 3 f y 例1 U形磁铁两个磁极间区域通常可认为是匀强磁场 如图所示是一矩形线圈在U形磁铁上 或附近 的四个位置 当矩形线圈发生下列运动时 能产生感应电流的是 A 将线圈由位置1移至2的过程中B 将线圈按如图放置在位置3 并以较小的振幅左右平动C 将线圈按图示放置在位置3 并以恒定的角速度绕轴OO 转动D 将线圈按图示由位置3平移到位置4的过程中 AC 4 f y 矩形线圈按图示放置在3位置 并以恒定角速度绕轴OO 转动 试分析当它由图示位置转过90 和180 的瞬间 线圈中是否有感应电流 转过90 时 没有感应电流 转过180 时 有感应电流 领会产生条件 熟悉典型磁场磁感线分布 弄清线圈位置及变化 5 f y 二 正确理解法拉第电磁感应定律及推论 法拉第电磁感应定律 推论 适用于简单切割 区分 与 无关 决定 有无 决定 大小 转动切割 6 f y 一直升飞机停在南半球的地磁极上空 该处地磁场的方向竖直向上 磁感应强度为B 直升飞机螺旋桨叶片的长度为l 螺旋桨转动的频率为f 顺着地磁场的方向看螺旋桨 螺旋桨按顺时针方向转动 螺旋桨叶片的近轴端为a 远轴端为b 如图所示 如果忽略a到转轴中心线的距离 用 表示每个叶片中的感应电动势 则 A fl2B 且a点电势低于b点电势B 2 fl2B 且a点电势低于b点电势C fl2B 且a点电势高于b点电势D 2 fl2B 且a点电势高于b点电势 例2 A 7 f y 平均值 瞬时值 用于求电量Q 8 f y 例3 将一条形磁铁插入一个线圈 第一次插入历时0 2s 第二次插入历时1 0s 则 A 第一次插入与第二次插入通过线圈的电量之比是1 5B 第一次插入与第二次插入线圈中产生的平均电动势之比是5 1C 第一次插入与第二次插入产生的热量之比是1 1D 第一次插入与第二次插入线圈中时的平均感应电流之比为5 1 BD 9 f y 三 正确理解并灵活应用楞次定律 判断感应电流方向的方法 右手定则 楞次定律 阻碍原磁场的变化 10 f y 例4 如图所示 导线框abcd与通电直导线在同一平面内 直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点 当线框向右运动的瞬间 则 A 线框中有感应电流 且按顺时针方向B 线框中有感应电流 且按逆时针方向C 线框中有感应电流 但方向难以判断D 穿过线框的磁通量为零 线框中没有感应电流 B 11 f y 例5 如图 a 所示 在直导线MN上通有如图 b 所示的交流电 设由M到N为电流的正方向 从t 0开始的一个周期的时间内 线圈中感应电流的方向变化情况是 A 先顺时针 后逆时针B 先逆时针 后顺时针C 顺时针 逆时针 顺时针 逆时针D 逆时针 顺时针 逆时针 顺时针 A 12 f y 例6 沿o o看 abcd顺时针旋转 ABCD怎么动 磁铁突然向铜环运动 铜环怎么动 条磁自由下落到O点 两根导线将怎么动 螺线管中电流突然增大 圆环会受到什么方向的力 13 f y 四 分析和计算含电磁感应的电路 切割磁感线的导体或磁通量变化的线圈 相当于电源 若它们有电阻 相当于内阻 它们两端电压 相当于路端电压 会判断电势高低 其余部分 相当于外电路 画出等效电路 按电路题处理 14 f y 例8 如图所示 两个线圈套在同一个铁芯上 线圈的绕向在图中已经表示 左线圈连着平行导轨M和N 导轨电阻不计 在导轨垂直方向上放着金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中 下列说法中正确的是 A 当金属棒向右匀速运动时 a点电势高于b点 c点电势高于d点B 当金属棒向右匀速运动时 b点电势高于a点 c点与d点等电势C 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点 c点电势高于d点D 当金属棒向右加速运动时 b点电势高于a点 d点电势高于c点 BD 例1 如图 电阻R和线圈自感系数L的值都较大 电感线圈的电阻不计 A B是两只完全相同的灯泡 当开关S闭合时 电路可能出现的情况是A A B一起亮 然后B熄灭B A比B先亮 然后A熄灭C A B一起亮 然后A熄灭D B比A先亮 然后B熄灭 图3 C 例2 灯泡A1 A2的规格完全相同 线圈L的电阻不计 连接如图所示 下列说法中正确的是 A 当接通电路时 A1和A2始终一样亮 B 当接通电路时 A2先达到最大亮度 A1后达到最大亮度 最后两灯一样亮 C 当断开电路时 A2立即熄灭 A1过一会儿才熄灭 D 当断开电路时 两灯都要过一会儿才熄灭 BD 例2 弹簧上端固定 下端挂一只条形磁铁 使磁铁上下振动 磁铁的振动幅度不变 若在振动过程中把线圈靠近磁铁 观察磁铁的振幅将会发现 A S闭合时振幅逐渐减小 S断开时振幅不变 B S闭合时振幅逐渐增大 S断开时振幅不变 C S闭合或断开 振幅变化相同 D S闭合或断开 振幅都不发生变化 A 电磁感应 产生感应电流的条件 感应电动势的大小 感应电流的方向 现象 综合应用 楞次定律 右手定则 自感 日光灯 涡流 用牛顿第二定律解决导体切割磁感线的运动问题 应用能的转化合守恒定律解决电磁感应问题 知识体系 法拉第电磁感应定律综合运用习题 1 与闭合电路欧姆定律相结合 2 与牛顿运动定律 运动学相结合 3 与做功 能量转化相结合 4 与图像问题相结合 第一类问题 与闭合电路欧姆定律相结合 例题1 如图 边长为L均匀的正方形金属框架abcd总电阻为R 框架以速度v向右匀速平动 经过磁感强度为B的匀强磁场 求下列三种情况ab之间的电势差 1 只有ab进入磁场 2 线框全部进入磁场 3 只有ab边离开磁场 1 Uab 3BLv 4 2 Uab BLv 3 Uab BLv 4 解决问题的方法 步骤 1 找到 等效电源 分清内外电路 2 必要时画出等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律进行相关计算 练习1 在移出过程中线框的一边a b两点间电势差绝对值最大的是 B 例题2 100匝的线圈 为了表示线圈的绕向 图中只画了2匝 两端AB与一个电压表相连 线圈内有指向纸内方向的磁场 线圈中的磁通量在按图乙所示规律变化 1 按图乙所示的规律 电压表的读数应该等于多少 2 请在线圈位置上标出感应电场的方向 3 AB两端 哪端应该与电压表标 号的接线柱连接 A端 练习2 如图 棒ab长为2L 轨道间距为L 匀强磁场为B 电阻为R 求ab棒转过90 时通过R的电量 注 平均电流I与相应时间 t的乘积为通过R的电量 第二类问题 与牛顿运动定律相结合 例题 如图所示导线框abcd固定在竖直平面内 bc段的电阻为R 其他电阻不计 ef是一个不计电阻的水平放置的导体杆 杆长为l 质量为m 杆的两端与导线框良好接触 又能无摩擦地滑动 整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中 磁场方向与框面垂直 现在用一个恒力F竖直向上拉ef使其开始上升 分析ef的运动过程并求ef的最大速度 模型1 单杆受恒力作用的模型 总结 F外恒定 F安变大 a变小的变加速运动到匀速为止 匀速时F外 F安V达到最大值 练习1 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上 有一根导体棒ab 用恒力F作用在ab上 由静止开始运动 回路总电阻为R 分析ab的运动情况 并求ab的最大速度 分析 ab在F作用下向右加速运动 切割磁感应线 产生感应电流 感应电流又受到磁场的作用力f 画出受力图 a F f mvE BLvI E Rf BIL 最后 当f F时 a 0 速度达到最大 F f BIL B2L2vm R vm FR B2L2 vm称为收尾速度 又解 匀速运动时 拉力所做的功使机械能转化为电阻R上的内能 Fvm I2R B2L2v2m Rvm FR B2L2 练习2 如图光滑的金属框架与水平面成 30o角 匀强磁场的B 0 5T 方向与框架平面垂直向上 金属导体ab长为l 0 1m 质量m 0 01kg 具有的电阻为R 0 1 其余电阻不计 则稳定后 ab导线的最大速度是多少 v 2m s 思考 如果磁场竖直向上呢 例 固定于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 t 0时磁感应强度为B0 1 若从t 0时刻起 磁感应强度均匀增加 每秒增量为k 同时保持静止 求棒中感应电流大小和方向 2 在上述情况中 始终保持棒静止 当t t1末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大 模型2 B变而导体不运动模型 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向右匀速运动时 可使棒中不产生感应电流 则感应强度应怎样随时间t变化 写出B与t的关系式 3 要使棒不产生感应电流 即要回路中abed中磁通量不变即 t秒时磁感强度 例题 如图所示 有一边长为L的正方形线框 质量为m 由高h处自由下落 当ab边进入磁场时和ab边刚穿出磁场时速度大小相同 此匀强磁场的宽度为H H L 则从开始进入到ab边刚穿出磁场的整个过程中 线框产生的热量 最小速度v 最小加速度 1 2 线框cd边刚进入磁场时 速度最小 3 线框cd边刚进入磁场时 加速度最小 例题1 匀强磁场磁感应强度B 0 1T 宽度D 0 6m 由粗细均匀的电阻丝制成的正方形线框abcd边长L 0 20m 电阻R 2 以速度v 0 2m s匀速通过该区域 以线框ab边刚好与磁场左边界重合时为t 0 1 以逆时针电流为正 作I t图象 2 以x轴正向为正 作安培力F t图象 第四类问题 与图像问题相结合 练习1 如图 甲 所示 一闭合金属圆环处在垂直圆环平面的匀强磁场中 若磁感强度B随时间t按如图 乙 所示的规律变化 设图中磁感强度垂直纸面向里为正方向 环中感生电流沿顺时针方向为正方向 则环中电流随时间变化的图象可能是下图中的 C 练习 06上海 如图所示 将边长为a 质量为m 电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出 穿过宽度为b 磁感应强度为B的匀强磁场 磁场的方向垂直纸面向里 线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半 线框离开磁场后继续上升一段高度 然后落下并匀速进入磁场 整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f 且线框不发生转动 求 1 线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v2 2 线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v1 3 线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q 2 由动能定理知 离开磁场的上升阶段 下落阶段 3 分析线框在穿越磁场的过程 设刚进入磁场时速度为v0 由功能关系有 解 1 下落阶段匀速进入 则有 由以上两式及第 1 问结果得 由题设知v0 2v1解得 例4 线圈在长直导线电流的磁场中 做如图的运动 A向右平动 B向下平动 C绕轴转动 边bc向外 D从纸面向纸外做平动 E向上平动 边bc上有个缺口 则线圈中有感应电流的是 答案 BCD 典型题型二 感应电流产生条件判断 答案 A 例5 如图所示 线圈abcd垂直于有界匀强磁场 且其有一半在磁场中 另一半在磁场外 则下列哪种情况可产生感应电流 A 以ab边为轴转过60 B 以cd边为轴转过60 C 以ab边为轴转过180 的过程中 一直有感应电流D 以cd边为轴转过180 的过程中 一直有感应电流 三 感应电流 电动势 的方向楞次定律 a相当于电源正极b相当于电源负极 2 闭合电路磁通量变化而引起的感应电流方向判断方法 楞次定律 1 闭合电路部分导体切割磁感线而引起的感应电流方向判断方法 右手定则 四指指向电源 极 正 楞次定律1 内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化2 适用范围 磁通量变化而产生感应电流方向判断3 判断步骤 明确闭合回路范围内的磁场方向 原磁场 分析穿过闭合电路的磁通量的变化 增大 减小 根据楞次定律判断感应电流的磁场的方向 新磁场 利用安培定则判定感应电流的方向 增反减同 来拒去留 增缩减扩 阻碍但不阻止 典型题型三 判断感应电流 感应电动势 方向 例6 判断感应电流方向 P向右滑动 答案 从上往下看 先顺时针后逆时针 顺时针 逆时针 顺时针 ABCD 注 右手定则是楞次定律的一种特殊运用 右手定则适用于闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时产生感应电流的方向判断 而楞次定律适用于一切电磁感应现象中感应电流方向的判断 更具有普遍性 答案 AD 例7 如图所示 线框abcd在匀强磁场中沿金属框架向右匀速运动 则 A 线框中有感应电流B 线框中无感应电流C f点电势高于e点电势D a d两点电势相同 答案 A 例8 如图所示 一水平放置的矩形线圈abcd 在细长的磁铁的N极附近竖直下落 保持bc边在纸外 ad边在纸内 由图中的位置 到位置 这三个位置都靠的很近 在这个过程中 线圈中感应电流是 A 始终沿abcd流动B 始终沿dcba流动C 由 到 是沿abcd流动 由 到III是沿dcba流动D 由 到 是沿dcba流动 由 到III是沿abcd流动 例9 如图所示 水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场 电场竖直向下 磁场垂直纸面向外 半圆形铝框从直径处于水平位置时 沿竖直平面由静止开始下落 不计阻力 a b两端落到地面的次序是 A a先于bB b先于aC a b同时落地D 无法判断 答案 A 楞次定律的内涵 内容 感应电流总是反抗产生它的那个原因 原因 1 原磁通量变化 2 物体间的相对运动 3 原电流的变化 自感 例10 1 MN固定 PQ可以自由移动 当一条形磁铁从上方下落 未达导轨平面 的过程中 试判断PQ将如何运动 磁铁的加速度大小如何 典型题型四 楞次定律的应用 讨论 如果磁体是向上提起的 则P Q的运动将如何 或者说磁体已向下穿过了回路并在向下落 则P Q的运动如何 且此时磁体的加速度大小如何 答案 将互相靠拢 加速度小于g 例10 2 如图所示 一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落 空气阻力不计 则圆环的运动过程中 下列说法正确的是 A 圆环在磁铁的上方时 加速度小于g 在下方时大于gB 圆环在磁铁的上方时 加速度小于g 在下方时也小于gC 圆环在磁铁的上方时 加速度小于g 在下方时等于gD 圆环在磁铁的上方时 加速度大于g 在下方时小于g 答案 B 例12 如图所示 ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框 当滑线变阻器R的滑动片P自左向右滑动时 线框ab将 A 保持静止不动B 逆时针转动C 顺时针转动D 发生转动 但因电源极性不明 无法判断转动方向 例11 如图所示 电池的正负极未知 在左侧软铁棒插入线圈的过程中 悬吊在线圈右侧的铝环A将如何运动 答案 向右 答案 C 例13 如图所示 两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上 当一条形磁铁向左运动靠近两环时 两环的运动情况是 A 同时向左运动 间距增大B 同时向左运动 间距减小C 同时向右运动 间距增大D 同时向右运动 间距变小 例14 如图 圆形线圈P静止在水平桌面上 其正上方悬挂一相同的线圈Q P和Q共轴 P所受的重力为G P对桌面的压力为F 求当Q中通有逐渐增大的电流时 P对桌面的压力F如何