高考物理大一轮复习第十章电磁感应（第2课时）法拉第电磁感应定律自感、涡流课件.ppt

第2课时法拉第电磁感应定律自感 涡流 回扣教材 考点扫描 真题在线 回扣教材 梳理知识夯基础 知识整合 一 法拉第电磁感应定律1 感应电动势 1 概念 在中产生的电动势 2 产生条件 穿过回路的发生改变 与电路是否闭合 3 方向判断 感应电动势的方向用或判断 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 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为线圈匝数 3 感应电流与感应电动势的关系 遵守闭合电路的定律 即I 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 欧姆 3 导体切割磁感线时的感应电动势 1 垂直切割 E 式中l为导体切割磁感线的有效长度 2 不垂直切割 E 式中 为v与B的夹角 3 匀速转动 导体棒以某一端点为轴 在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E Bl 平均速度等于中点位置的线速度l 4 下面图示情况 a b c d四段导体两端的感应电动势各为多大 Ea Eb Ec Ed 导体b向垂直于导体棒的方向运动时 感应电动势最大 最大是 Blv Blvsin Blv Blv Blv Blv 二 自感 涡流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 2 自感电动势 定义 在自感现象中产生的感应电动势叫做 表达式 E 3 自感系数L 相关因素 与线圈的 形状 以及是否有铁芯有关 单位 亨利 H 1mH H 1 H H 电流 自感电动势 大小 匝数 10 3 10 6 4 如图所示 线圈的电阻不计 开关闭合时 灯泡R的亮度变化情况是 开关由闭合到断开瞬间 灯泡R的亮度变化情况是 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 先变亮 后逐渐熄灭 闪亮一下 后逐渐熄灭 感应电流 问题思考 1 应用传感器与计算机结合能即时反映电流的迅速变化 分别按图 甲 图 乙 连接电路 开关闭合时 两次测得的电流变化情况分别如 丙 丁 所示 选修3 2P23图4 6 5 1 两次测得的电流 时间图像有什么不同 这种不同是由哪个元件引起的 2 应用楞次定律分析图 甲 实验电流随时间为什么是这种变化 答案 1 图 甲 电路的电流增加得缓慢 图 乙 电路的电流立即增加 这种不同是由图 甲 电路中的线圈L引起的 2 在图 甲 的电路中 开关闭合的瞬间 电流增加 线圈L中产生感应电动势 根据楞次定律 感应电动势会阻碍电流的增加 所以电流增加是缓慢的 2 如图所示 弹簧上端固定 下端悬挂一个磁铁 将磁铁托起到某一高度后放开 磁铁能上下振动较长时间才停下来 如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈 使磁极上下振动时穿过它 磁铁就会很快停下来 选修3 2P28图4 7 12 1 没有闭合线圈时 磁铁上下振动时能量转化情况是怎样的 机械能损失的主要原因是什么 2 有闭合线圈时 磁铁上下振动时能量转化情况是怎样的 机械能损失的主要原因是什么 答案 1 没有闭合线圈时 磁铁的动能 重力势能与弹簧的弹性势能相互转化 若只有重力和弹簧弹力做功 机械能守恒 磁铁的上下振动不会停止 由于空气阻力的原因 机械能会缓慢地损失 2 有闭合线圈时 磁铁的动能 重力势能 弹簧的弹性势能相互转化 同时机械能又转化为线圈中的电能 由于电磁阻尼的存在 机械能转化为电能是机械能损失的主要原因 3 如图所示 A B两个闭合线圈用同样的导线制成 匝数均为10匝 半径rA 2rB 图示区域内有匀强磁场 且磁感应强度随时间均匀变化 选修3 2P18图4 4 7 1 A B线圈的电阻之比RA RB是多少 2 A B线圈的面积之比SA SB是多少 答案 1 2 1 2 4 1 3 A B线圈中产生的感应电流之比IA IB是多少 答案 3 2 1 考点扫描 重点透析通热点 考点一法拉第电磁感应定律的理解与应用 要点透析 1 几种典型的求解感应电动势的情况 2 应用注意点 典例突破 解析 1 由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向 例1 轻质细线吊着一质量为m 0 42kg 边长为L 1m 匝数n 10的正方形线圈 其总电阻为r 1 在线圈的中间位置以下区域分布着磁场 如图 甲 所示 磁场方向垂直纸面向里 磁感应强度大小随时间变化关系如图 乙 所示 1 判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针 答案 1 逆时针 2 求在t 4s时轻质细线的拉力大小 3 求在0 6s内通过导线横截面的电荷量 3 由q It 得q 0 5 6C 3C 答案 2 1 2N 3 3C 题后反思法拉第电磁感应定律解题技巧 1 法拉第电磁感应定律的理解 2016 天津调研 多选 如图所示 闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度的大小随时间变化而变化 下列说法中正确的是 即时巩固 AD A 当磁感应强度增大时 线框中的感应电流可能减小B 当磁感应强度增大时 线框中的感应电流一定增大C 当磁感应强度减小时 线框中的感应电流一定增大D 当磁感应强度减小时 线框中的感应电流可能不变 2 导学号00622666 法拉第电磁感应定律的应用 如图所示 虚线MN表示正方形金属框的一条对称轴 A B C是三个磁感线均匀分布的有界磁场区 区内磁感应强度随时间变化的规律都满足B kt 金属框按照图示方式处在磁场中 测得金属框在A区中的感应电流为I0 在B区和C区内感应电流分别为IB IC 以下判断中正确的是 B A IB 2I0 IC 2I0B IB 2I0 IC 0C IB 0 IC 0D IB I0 IC 0 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算 要点透析 1 公式E Blv的使用条件 1 匀强磁场 2 B l v三者相互垂直 2 E Blv的 四性 1 正交性 本公式是在一定条件下得出的 除磁场为匀强磁场外 还需B l v三者互相垂直 2 瞬时性 若v为瞬时速度 则E为相应的瞬时感应电动势 3 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 如图 棒的有效长度为ab间的距离 4 相对性 E Blv中的速度v是导体相对磁场的速度 若磁场也在运动 应注意速度间的相对关系 典例突破 例2 如图所示 两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置 相对的端面之间有一缝隙 铁芯上绕导线并与电源连接 在缝隙中形成一匀强磁场 一铜质细直棒ab水平置于缝隙中 且与圆柱轴线等高 垂直 让铜棒从静止开始自由下落 铜棒下落距离为0 2R时铜棒中电动势大小为E1 下落距离为0 8R时电动势大小为E2 忽略涡流损耗和边缘效应 解析 1 由安培定则知棒处的磁场方向向左 再用右手定则判定出b端电势高 1 判断铜棒离开磁场前两端的电势高低 答案 1 b端电势高 2 E1与E2的大小之比是多少 答案 2 题后反思有效长度的理解及电势高低的判断 1 有效长度的理解 E Blvsin 中的l为有效切割长度 即导体在与v垂直方向上的投影长度 若导体本身不是直线而是弯曲的 则l是此导体两端的距离 2 电势高低的判断 把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路 那部分导体相当于电源 若电路是不闭合的 则先假设有电流通过 然后应用楞次定律或右手定则判断出电流的方向 电源内部电流的方向是由负极 低电势 流向正极 高电势 外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低 1 导学号00622667 平动切割 2016 上海模拟 多选 如图所示 一导线弯成闭合线圈 以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场 磁场方向垂直平面向外 线圈总电阻为R 从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止 下列结论正确的是 即时巩固 AB A 感应电流一直沿顺时针方向B 线圈受到的安培力先增大 后减小C 感应电动势的最大值E BrvD 穿过线圈某个横截面的电荷量为 2 转动切割 2016 全国 卷 20 多选 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片P Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中 圆盘旋转时 关于流过电阻R的电流 下列说法正确的是 AB A 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定B 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动C 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化D 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 3 实际自然现象中感应电动势的分析计算 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5mV 河南岸的电势较高B 电压表记录的电压为9mV 河北岸的电势较高C 电压表记录的电压为9mV 河南岸的电势较高D 电压表记录的电压为5mV 河北岸的电势较高 B 解析 由E BLv 4 5 10 5 100 2V 9 10 3V 9mV 再由右手定则可判断河北岸电势高 故选项B正确 考点三自感和涡流 要点透析 1 自感现象的四大特点 1 自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化 2 通过线圈中的电流不能发生突变 只能缓慢变化 3 电流稳定时 自感线圈就相当于普通导体 4 线圈的自感系数越大 自感现象越明显 自感电动势只是延缓了过程的进行 但它不能使过程停止 更不能使过程反向 2 自感中 闪亮 与 不闪亮 问题 典例突破 例3 如图所示 电源的电动势为E 内阻r不能忽略 A B是两个相同的小灯泡 L是一个自感系数相当大的线圈 内阻不计 关于这个电路的以下说法正确的是 A 开关闭合到电路中电流稳定的时间内 A灯立刻亮 而后逐渐变暗 最后亮度稳定B 开关闭合到电路中电流稳定的时间内 B灯立刻亮 而后逐渐变暗 最后亮度稳定C 开关由闭合到断开瞬间 A灯闪亮一下再熄灭D 开关由闭合到断开瞬间 电流自左向右通过A灯 审题指导 答案 A 解析 开关闭合到电路中电流稳定的时间内 A灯立刻亮 而后逐渐变暗 最后亮度稳定 B灯由于线圈的阻碍作用而逐渐变亮 最后亮度稳定 选项A正确 B错误 开关由闭合到断开瞬间 电流自右向左通过A灯形成放电回路 通过A灯电流没有比原来大 因此不会闪亮一下再熄灭 而是逐渐熄灭 选项C D错误 误区警示分析自感现象注意点 1 开关闭合时 线圈相当于电阻 其阻值由无穷大逐渐减小 2 电路稳定时 若线圈有电阻 则线圈相当于定值电阻 若线圈无电阻 则线圈相当于导线 3 断开开关时 线圈相当于电源 闭合电路中的电流是感应电流 电源提供的电流立即为0 感应电流在原来电流的基础上逐渐减小到零 即电流不能发生突变 线圈中电流方向与原来电流方向相同 流过和线圈串联灯泡的电流方向与原来相同 4 断电自感现象中灯泡是否 闪亮 问题的判断 在于对电流大小的分析 若断电后通过灯泡的电流比原来大 则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭 1 导学号00622668 通电自感和断电自感 2016 山东德州质检 在如图所示的电路中 线圈中的自感系数很大 且其直流电阻可以忽略不计 D1和D2是两个完全相同的小灯泡 在开关S的闭合和断开的过程中 灯丝不会断 D1和D2亮度的变化情况是 即时巩固 D A S闭合 D1很亮且亮度不变 D2逐渐变亮 最后两灯一样亮 S断开 D2立即灭 D1逐渐变亮B S闭合 D1不亮 D2很亮 S断开 D2立即灭C S闭合 D1和D2同时亮 而后D1灭 D2亮度不变 S断开 D2立即灭 D1亮一下才灭D S闭合 D1和D2同时亮 后D1逐渐熄灭 D2则逐渐变得更亮 S断开 D2立即灭 D1亮一下后才灭 解析 当S接通时 L的自感系数很大 瞬时L所在的电路视为断路 相当于D1与D2 电源串联 故D1和D2同时亮且亮度相同 随着通过L的电流逐渐增大 L的直流电阻不计 L的分流作用增大 D1的电流逐渐减小为零 由于总电阻变小 总电流变大 D2变得更亮 当S断开时 电源不再提供电流 D2处于断路而立即灭 L产生自感电动势阻碍电流减小 且与D1构成回路 则D1将亮一下后再灭 故选项D正确 2 涡流的应用 2016 湖北四市调研 关于涡流 下列说法中错误的是 B A 真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B 家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的C 阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流 解析 真空冶炼炉是利用涡流原理来工作的 选项A正确 家用电磁炉锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 选项B错误 由楞次定律知阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动 选项C正确 由于变压器的硅钢片不闭合 可以减小涡流的产生 选项D正确 真题在线 体验高考提素能 1 2015 全国 卷 19 多选 1824年 法国科学家阿拉果完成了著名的 圆盘实验 实验中将一铜圆盘水平放置 在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针 如图所示 实验中发现 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 磁针也随着一起转动起来 但略有滞后 下列说法正确的是 A 圆盘上产生了感应电动势B 圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C 在圆盘转动的过程中 磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D 圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流 此电流产生的磁场导致磁针转动 AB 解析 当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时 圆盘的半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流