2014届高考物理一轮复习考点剖析课件：专题十第2讲法拉第电磁感应定律自感

第2讲法拉第电磁感应定律自感 考点1 法拉第电磁感应定律 1 法拉第电磁感应定律 磁通量的变化率 1 内容 在电磁感应现象中 电路中感应电动势的大小 跟 成正比 2 表达式 其中n为线圈的匝数 3 公式的变形 当线圈面积S不变 垂直于线圈平面的磁场B发生变化 时 E n S B t 当磁场B不变 垂直于磁场的线圈面积S发生变化时 E n B S t 2 导体切割磁感线时产生的感应电动势 1 表达式 E BLvsin BLv 2 当B L v三者两两垂直时 E 注意 以上两式是由法拉第电磁感应定律推导出来的特殊情况 因此只适用于计算部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时的感应电动势大小 式中 为B和v的方向夹角 L为切割磁感线的有效长度 3 两个公式的区别 平均 瞬时 有当磁通量的变化率是恒定不变时 算出的才是瞬时电动势 2 E BLvsin 常用于计算 电动势 若v为平均速度 算出的就是平均电动势 跟踪训练 1 在我国的某港口使用天车吊运集装箱 若竖直吊挂集装箱的钢丝绳长为L 且正吊着货物以速度v由西向东运行 若此地地磁场的磁感应强度大小为B 其方向与水平面的夹角为 则此钢丝绳产生的感应电动势为 B A 上端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为BLvsin B 上端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为BLvcos C 下端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为BLvsin D 下端为感应电动势的正极 感应电动势的大小为BLvcos 2 如图10 2 1甲所示 A B是两个同心圆 半径之比RA RB 2 1 A B是由相同材料 粗细一样的导体做成的 小圆B外无磁场 B内磁场的变化如图乙所示 求A B中电流大小之比 不计两圆中电流形成磁场的相互作用 图10 2 1 即A B中电流大小之比为2 1 考点2 自感和涡流 电磁感应 1 自感现象 自感现象是一种特殊的电磁感应现象 它是由于导体本身的电流发生变化时而产生的 现象 自感现象遵循电磁感应的所有规律 阻碍 相反 相同 2 自感电动势的方向 由楞次定律知 自感电动势总是 原来导体中电流的变化 当回路中的电流增加时 自感电动势和原来电流的方向 当回路中的电流减小时 自感电动势和原来电流的方向 自感对电路中的电流 变化有 作用 使电流不能 突变 延迟 3 自感系数L 它由线圈 的性质决定 线圈越长 单位长度上线圈的匝数越多 横截面积越大 它的自感系数越 线圈中插入铁芯 自感系数会增大很多 自感系数的 单位是 本身 大 亨 H 启动器 4 自感现象的应用和防止 产生瞬时高压 降压限流 1 应用 如日光灯电路中的镇流器 无线电设备中和电容器一起组成的振荡电路等 日光灯电路是由启动器 镇流器和灯管组成的 在日光灯启动时起到开关作用 正常工作时断开 镇流器的作用是在灯开始点亮时起 的作用 在日光灯正常发光时起 作用 2 防止 制作精密电阻时 采用 绕法 防止自感现象的发生 减小因自感而造成的误差 5 涡流 块状金属在磁场中运动 或者处在变化的磁场中 金属块内部会产生感应电流 这种电流在整块金属内部自成闭 合回路 叫做 双线 涡流 A 合上开关S接通电路时 L2先亮L1后亮 最后一样亮B 合上开关S接通电路时 L1和L2始终一样亮C 断开开关S切断电路时 L2立即熄灭 跟踪训练 3 如图10 2 2所示的电路中 L1 L2为完全相同的灯 泡 线圈L的电阻忽略不计 下列说法中正确的是 L1过一会儿才熄灭 D 断开开关S切断电路时 L1 L2同时立即熄灭 图10 2 2 解析 接通电路时 由于线圈的自感作用 L1支路相当于断路 电流增大得慢 L1后亮 稳定后 线圈的作用消失 又相当于短路 L1 L2并联 亮度一样 断开开关 都过一会儿才熄灭 答案 A 4 双选 如图10 2 3所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端的管口无初速度释放 穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面 下面对于 两管的描述中可能正确的是 A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制 成的 D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的 图10 2 3 解析 磁性小球穿过铜管或铝管时 管中产生感应电流 又据楞次定律可知 感应电流产生的磁场阻碍小球的下落 而当小球穿过塑料管或胶木管时 管中不产生感应电流 小球做自由落体运动 故选项A D正确 答案 AD 热点1 法拉第电磁感应定律的应用 例1 2010年江苏卷 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 12 B 1 C 2 D 4 答案 B 利用感应电动势公式E BLv计算时 L应是等效长度 即垂直切割磁感线的长度 解析 本题考查电磁感应定律的应用 小相等 选B D 感应电动势平均值E Bav 触类旁通 1 双选 如图10 2 4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 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 A 感应电流方向不变B CD段直线始终不受安培力C 感应电动势最大值E 2Bav 14 图10 2 4 解析 在闭合电路进入磁场的过程中 通过闭合电路的磁通量逐渐增大 根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变 A正确 根据左手定则可以判断 CD段受安培力向下 B错误 当半圆闭合回路进入磁场一半时 等效长度最大为a 答案 AD 热点2 与感应电动势相关的问题 例2 2011年广雅中学模拟 两根相距为L的足够长的平行金属直角导轨MNP与M N P 如图10 2 5所示那样放置 MN与M N 在同一水平面内 NP与N P 沿竖直方向 水平金属细杆ab cd分别与导轨垂直接触形成闭合回路 cd杆质量为m 与导轨之间的动摩擦因数为 导轨电阻不计 回路总电阻为R 整个装置处于磁感应强度大小为B 方向竖直向下的匀强磁场中 当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下以某一速度沿导轨匀速向左运动时 cd杆恰好竖直向下匀速运动 重力加速度为g 求 1 通过cd杆的电流大小和方向 2 ab杆向左匀速运动的速度v多大 图10 2 5 答题规范 解 1 cd杆向下匀速运动时 设cd杆与导轨 的摩擦力为fcd 安培力为Fcd 有 mg fcd fcd Fcd Fcd BIL 由 式得通过cd杆的电流 备考策略 本类题的最大的特点是电磁学与力学知识相结 合 注意 1 受力分析 如重力 支持力 摩擦力 安培力等 找出关键信息 如 静止 匀速 匀加速 等 建立方程 2 运动过程分析 找出每个过程的物理关系式 3 功能关系的熟练运用 如重力 安培力 摩擦力等做功 情况 以及与之对应的能量变化关系 触类旁通 2 双选 2011年珠海模拟 如图10 2 6所示 间距为L的平行金属导轨上有一电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 导轨一端连接电阻R 其他电阻不计 磁感应强度为B 金属 AC 棒ab以速度v向右做匀速运动 则 A 回路中电流为逆时针方向B 电阻R两端的电压为BLvC ab棒受到的安培力的方向向左 D ab棒中电流大小为 BLvr 图10 2 6 易错点 忽略公式E BLv应用的条件 例题 如图10 2 7所示 长为6m的导体MN在磁感应强度B 0 1T的匀强磁场中 以MN上的一点O为轴 沿着顺时针方向旋转 角速度 5rad s O点距M端为2m 求MN的电势差 图10 2 7 错解分析 有的同学根据法拉第电磁感应定律E BLv和 v L得出E BL2 断路时导体端电压等于电动势得UNO ENO B NO2 8VUMO EMO B MO2 2V所以UMN UM UN UM UO UN UO UMO UNO 6V 出错的原因是因为不清楚法拉第电磁感应定律的导出公式 E BLv是有条件的 它适用于导体平动且速度方向垂直于磁感 线方向的特殊情况 不符合本题的转动情况 本题用错了公式 正确解析 因导体绕O点旋转 则NO段产生的感应电动 势为 指点迷津 由于法拉第电磁感应定律E BLv适用于导体 平动且速度方向垂直于磁感线方向的特殊情况 故可将转动问 题转化为平动问题作等效处理 因为v L 可