2020版高考物理一轮复习第9章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流课件

第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流 知识排查 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 磁通量的变化率 3 导体切割磁感线的情形 1 导体棒的运动速度v和磁感应强度b的方向平行时 e 2 导体棒的运动速度v和磁感应强度b的方向垂直时 e 0 blv 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 2 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 自感和涡流 10 3 10 6 电流 自感电动势 大小 匝数 2 涡流 1 定义 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 这种电流像水的漩涡所以叫涡流 2 应用 涡流热效应的应用 如 涡流磁效应的应用 如 感应电流 真空冶炼炉 探雷器 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 导体的相对运动 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 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了 的推广应用 电磁阻尼和电磁驱动 安培力 阻碍 感应电流 楞次定律 小题速练 1 思考判断 1 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势越大 2 线圈中磁通量变化越大 产生的感应电动势越大 3 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势越大 4 线圈中的电流越大 自感系数也越大 5 磁场相对于导体棒运动时 导体棒中也可能产生感应电动势 6 对于同一线圈 当电流变化越快时 线圈中的自感电动势越大 答案 1 2 3 4 5 6 2 人教版选修3 2 p17 t1改编 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流 下列表述正确的是 a 感应电动势的大小与线圈的匝数无关b 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大c 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大d 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案c 3 多选 磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 a 防止涡流而设计的b 利用涡流而设计的c 起电磁阻尼的作用d 起电磁驱动的作用解析线圈通电后 在安培力作用下 发生转动 铝框随之转动 并切割磁感线产生感应电流 就是涡流 涡流阻碍线圈的转动 使线圈偏转后尽快停下来 所以 这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用 选项b c正确 答案bc 法拉第电磁感应定律的理解及应用 1 法拉第电磁感应定律的理解 2 应用法拉第电磁感应定律的三种情况 典例 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1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的关系如图乙所示 取g 10m s2 图1 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 2 求线圈的电功率 3 求在t 4s时轻质细线的拉力大小 解析 1 由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向 2 由法拉第电磁感应定律得 f安 f线 mg联立解得f线 1 2n 答案 1 逆时针 2 0 25w 3 1 2n 拓展延伸 1 在 典例 中磁感应强度为多少时 细线的拉力刚好为0 2 在 典例 中求在t 6s内通过导线横截面的电荷量 解析 1 细线的拉力刚好为0时满足 f安 mg f安 nbil联立解得b 0 84t 2 由q it得q 0 5 6c 3c 答案 1 0 84t 2 3c 应用电磁感应定律需注意的三个问题 1 2016 北京理综 16 如图2所示 匀强磁场中有两个导体圆环a b 磁场方向与圆环所在平面垂直 磁感应强度b随时间均匀增大 两圆环半径之比为2 1 圆环中产生的感应电动势分别为ea和eb 不考虑两圆环间的相互影响 下列说法正确的是 图2 a ea eb 4 1 感应电流均沿逆时针方向b ea eb 4 1 感应电流均沿顺时针方向c ea eb 2 1 感应电流均沿逆时针方向d ea eb 2 1 感应电流均沿顺时针方向 答案b 2 人教版选修3 2 p21 t4改编 如图3所示 纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ab边长大于bc边长 置于垂直纸面向里 边界为mn的匀强磁场外 线框两次匀速地完全进入磁场 两次速度大小相同 方向均垂直于mn 第一次ab边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q1 通过线框导体横截面的电荷量为q1 第二次bc边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q2 通过线框导体横截面的电荷量为q2 则 a q1 q2 q1 q2b q1 q2 q1 q2c q1 q2 q1 q2d q1 q2 q1 q2 图3 答案a 3 如图4甲所示 一个圆形线圈的匝数n 1000 线圈面积s 200cm2 线圈的电阻r 1 线圈外接一个阻值r 4 的电阻 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中 磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 求 图4 1 前4s内的感应电动势的大小 以及通过r的电流方向 2 前5s内的感应电动势 解析 1 前4s内磁通量的变化 2 1 s b2 b1 200 10 4 0 4 0 2 wb 4 10 3wb由法拉第电磁感应定律得 2 前5s内磁通量的变化 2 1 s b2 b1 200 10 4 0 2 0 2 wb 0 答案 1 1v电流方向自下而上 2 0 1 平动切割 1 常用公式 若运动速度v和磁感线方向垂直 则感应电动势e blv 其中b l v三者两两垂直 2 有效长度 公式中的l为有效切割长度 即导体在与v垂直的方向上的投影长度 3 相对性 e blv中的速度v是相对于磁场的速度 若磁场也运动时 应注意速度间的相对关系 切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源 常见的情景有以下两种 导体切割磁感线产生的感应电动势 2 转动切割 图5 1 ab边两端的电势差uab 2 在整个过程中通过导体截面的电荷量q 3 拉力f的大小 解析 1 线框在拉出过程中 cd边切割磁感线 相当于电源 e bl0v 2 通过导体截面的电荷量为 3 由于线框匀速运动 所以f f安 1 2018 上海闵行区模拟 如图6所示 在外力的作用下 导体杆oc可绕o轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度 匀速转动 磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里 a o间接有电阻r 杆和框架电阻不计 则所施外力的功率为 图6 答案c 2 2017 全国卷 20 多选 两条平行虚线间存在一匀强磁场 磁感应强度方向与纸面垂直 边长为0 1m 总电阻为0 005 的正方形导线框abcd位于纸面内 cd边与磁场边界平行 如图7 a 所示 已知导线框一直向右做匀速直线运动 cd边于t 0时刻进入磁场 线框中感应电动势随时间变化的图线如图 b 所示 感应电流的方向为顺时针时 感应电动势取正 下列说法正确的是 图7 a 磁感应强度的大小为0 5tb 导线框运动的速度的大小为0 5m sc 磁感应强度的方向垂直于纸面向外d 在t 0 4s至t 0 6s这段时间内 导线框所受的安培力大小为0 1n 答案bc 图8 答案b 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 互感和自感 2 自感中 闪亮 与 不闪亮 问题 典例 在如图9所示的电路中 线圈的自感系数很大 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闭合和断开时 灯丝不会断 d1和d2的亮度的变化情况是 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亮一下后才逐渐熄灭 图9 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的分流作用增大 因l的直流电阻不计 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 原电源不再提供电流 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将亮一下后再逐渐熄灭 故选项d正确 答案d 1 如图10所示是研究自感实验的实物电路 l1 l2是两个规格相同的小灯泡 l为自感线圈 闭合开关s 调节滑动变阻器r 使两个灯泡的亮度相同 然后断开开关s 则 图10 a 闭合开关s l1 l2都逐渐变亮b 闭合开关s l2立刻变亮 l1逐渐变亮c 闭合开关s稳定后 l仍有自感电动势d 闭合开关s稳定后 断开s l没有自感电动势解析l1与线圈相连 闭合开关后线圈发生自感 l1逐渐变亮 l2与滑动变阻器相连 闭合开关后 l2立刻变亮 选项a错误 b正确 自感现象在开关闭合和断开的时候发生 电路稳定后 线圈没有自感电动势 选项c d错误 答案b 2 如图11所示的电路中 电源的电动势为e 内阻为r 电感线圈l的直流电阻不计 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11 答案b 1 涡流 涡流电磁阻尼和电磁驱动 2 电磁阻尼与电磁驱动的比较 1 多选 如图12所示是高频焊接原理示意图 线圈中通以高频变化的电流时 待焊接的金属工件中就产生感应电流 感应电流通过焊缝产生大量热量 将金属熔化 把工件焊接在一起 而工件其他部分发热很少 以下说法正确的是 图12 a 电流变化的频率越高 焊缝处的温度升高得越快b 电流变化的频率越低 焊缝处的温度升高得越快c 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小d 工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 答案ad 2 如图13所示 蹄形磁铁的两极间 放置一个线圈