高考物理一轮复习 第九章 电磁感应 第2讲法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件 教科版选修32.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流 2013届高考一轮物理复习课件选修3 2第九章电磁感应 教科版 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 法拉第电磁感应定律 考纲要求 1 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 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 闭合电路欧姆 2 导体切割磁感线时的感应电动势 1 导体垂直切割磁感线时 感应电动势可用e 求出 式中l为导体切割磁感线的有效长度 2 导体棒在磁场中转动时 导体棒以端点为轴 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 3 blv 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 电流 1 自感电动势 大小 匝数 10 3 10 6 自感 涡流 考纲要求 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 这种电流像水的漩涡所以叫涡流 电磁感应的重要应用 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 交流感应电动机就是利用 的原理工作的 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了 的推广应用 2 感应电流 阻碍 感应电流 电磁驱动 楞次定律 安培力 如图9 2 2所示 半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场b中 绕o轴以角速度 沿逆时针方向匀速转动 则通过电阻r的电流的方向和大小是 金属圆盘的电阻不计 图9 2 2答案d 1 在匀强磁场中 有一个接有电容器的单匝导线回路 如图9 2 3所示 已知c 30 f l1 5cm l2 8cm 磁场以5 10 2t s的速率增加 则 a 电容器上极板带正电 带电荷量为6 10 5cb 电容器上极板带负电 带电荷量为6 10 5cc 电容器上极板带正电 带电荷量为6 10 9cd 电容器上极板带负电 带电荷量为6 10 9c 1 图9 2 3 解析电容器两极板间的电势差u等于感应电动势e 由法拉第电磁感应定律 可得e l1l2 2 10 4v 电容器的带电荷量q cu ce 6 10 9c 再由楞次定律可知上极板的电势高 带正电 c项正确 答案c 如图9 2 4所示为一光滑轨道 其中mn部分为一段对称的圆弧 两侧的直导轨与圆弧相切 在mn部分有如图所示的匀强磁场 有一较小的金属环如图放置在p点 金属环由静止自由释放 经很多次来回运动后 下列判断正确的有 a 金属环仍能上升到与p等高处b 金属环最终将静止在最低点c 金属环上升的最大高度与mn等高d 金属环上升的最大高度一直在变小 3 图9 2 4 解析金属环在进入磁场以及穿出磁场的过程中 都将产生涡流 机械能转化为内能 金属环的动能变小 当金属环只在磁场中运动时 不再产生涡流 最后将在mn之间来回运动 所以最后上升的最大高度与mn等高 答案c 闭合回路由电阻r与导线组成 其内部磁场大小按b t图变化 方向如图9 2 5所示 则回路中 a 电流方向为顺时针方向b 电流强度越来越大c 磁通量的变化率恒定不变d 产生的感应电动势越来越大 4 图9 2 5 答案ac 考点一法拉第电磁感应定律e n的应用 如图9 2 6甲所示 一个电阻值为r 匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2r的电阻r1连接成闭合回路 线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系图线如图9 2 6乙所示 图线与横 纵轴的截距分别为t0和b0 导线的电阻不计 求0至t1时间内 典例1 图9 2 6 1 通过电阻r1上的电流大小和方向 2 通过电阻r1上的电荷量q及电阻r1上产生的热量 答案见解析 1 计算通过导线横截面的电荷量一定要用平均电流乘以时间 2011 广西二模 如图9 2 7所示 边长为a 电阻为r的正方形闭合线框abcd在匀强磁场中绕ab边匀速转动 磁感应强度为b 初始时刻线框所在平面与磁感线垂直 经过t时间后转过120 角 求 1 线框内感应电流在t时间内的平均值 2 转过120 角时感应电动势的瞬时值 3 设线框电阻为r 则这一过程通过线框导线截面的电荷量 变式1 图9 2 7 对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式e blv 应从以下几个方面理解和掌握 1 公式使用条件 本公式是在一定条件下得出的 除了磁场是匀强磁场外 还需b l v三者相互垂直 实际问题中当它们不相互垂直时 应取垂直的分量进行计算 公式可为e blvsin 为b与v方向间的夹角 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算 3 有效性 公式中的l为有效切割长度 即导体与v垂直的方向上的投影长度 图中有效长度分别为 甲图 l cdsin 乙图 沿v1方向运动时 l mn 沿v2方向运动时 l 0 图9 2 8 4 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 应注意速度间的相对关系 如图9 2 9所示 水平放置的三条光滑平行金属导轨abc 相距均为d 1m 导轨ac间横跨一质量为m 1kg的金属棒mn 棒与导轨始终良好接触 棒的电阻r 2 导轨的电阻忽略不计 在导轨bc间接一电阻为r 2 的灯泡 导轨ac间接一理想电压表 整个装置放在磁感应强度b 2t的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨平面向下 现对棒mn施加一水平向右的拉力f 使棒从静止开始运动 试求 典例2 图9 2 9 1 若施加的水平恒力f 8n 则金属棒达到稳定时速度为多少 2 若施加的水平外力功率恒定 棒达到稳定时速度为1 5m s 则此时电压表的读数为多少 3 若施加的水平外力功率恒为p 20w 经历t 1s时间 棒的速度达到2m s 则此过程中灯泡产生的热量是多少 解析 1 当f与安培力平衡时 金属棒速度达到稳定 设稳定时速度大小为v1 f安 bdl 解得v1 6m s 2 设电压表的读数为u 则u bdv2 ul 解得u 5v 3 设小灯泡和金属棒产生的热量分别为q1 q2有q1 q2 2 1 可得q1 12j答案 1 6m s 2 5v 3 12j 如图9 2 10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 变式2 图9 2 10 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 brv解析在闭合线圈进入磁场的过程中 通过闭合线圈的磁通量逐渐增大 根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向 a正确 导体切割磁感线的有效长度先变大后变小 感应电流先变大后变小 安培力也先变大后变小 b正确 导体切割磁感线的有效长度最大值为2r 感应电动势最大为e 2brv c错误 穿过线圈某个横截面答案ab 考点三自感现象 通电和断电自感的比较 如图9 2 11所示 线圈l的自感系数很大 且其电阻可以忽略不计 l1 l2是两个完全相同的小灯泡 随着开关s闭合和断开的过程中 灯l1 l2的亮度变化情况是 灯丝不会断 a s闭合 l1亮度不变 l2亮度逐渐变亮 最后两灯一样亮 s断开 l2立即不亮 l1逐渐变亮b s闭合 l1不亮 l2很亮 s断开 l1 l2立即不亮c s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2亮度不变 s断开 l2立即不亮 l1亮一下才熄灭d s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2则逐渐变得更亮 s断开 l2立即不亮 l1亮一下才熄灭 典例3 图9 2 11 解析当s闭合 l的自感系数很大 对电流的阻碍作用较大 l1和l2串接后与电源相连 l1和l2同时亮 随着l中电流的增大 l的直流电阻不计 l的分流作用增大 l1中的电流逐渐减小为零 由于总电阻变小 总电流变大 l2中的电流增大 l2灯变得更亮 当s断开 l2中无电流 立即熄灭 而线圈l将要维持本身的电流不变 l与l1组成闭合电路 l1灯要亮一下后再熄灭 综上所述 选项d正确 答案d 2010 北京理综 在如图9 2 12所示的电路中 两个相同的小灯泡l1和l2分别串联一个带铁芯的电感线圈l和一个滑动变阻器r 闭合开关s后 调整r 使l1和l2发光的亮度一样 此时流过两个灯泡的电流均为i 然后 断开s 若t 时刻再闭合s 则在t 前后的一小段时间内 正确反映流过l1的电流i1 流过l2的电流i2随时间t变化的图象是 变式3 图9 2 12 解析本题考查线圈的自感现象 电磁感应中的电流图象 由题中给出的电路可知 电路由l与l1和l2与r两个支路并联 在t 时刻 l1支路的电流因为有l的自感作用 所以i1由0逐渐增大 l2支路为纯电阻电路 i2不存在逐渐增大的过程 所以b正确 本题答案为b 答案b 1 模型概述 杆 导轨 模型是电磁感应问题高考命题的 基本道具 也是高考的热点 考查的知识点多 题目的综合性强 物理情景变化空间大 是我们复习中的难点 杆 导轨 模型又分为 单杆 型和 双杆 型 导轨放置方式可分为水平 竖直和倾斜 杆的运动状态可分为匀速运动 匀变速运动 非匀变速运动或转动等 磁场的状态可分为恒定不变 均匀变化和非均匀变化等等 情景复杂形式多变 2 模型分类 12 电磁感应中的 杆 导轨 模型 单杆水平式 例1 2010 天津理综 11 如图9 2 13所示 质量m1 0 1kg 电阻r1 0 3 长度l 0 4m的导体棒ab横放在u型金属框架上 框架质量m2 0 2kg 放在绝缘水平面上 与水平面间的动摩擦因数 0 2 相距0 4m的mm nn 相互平行 电阻不计且足够长 电阻r2 0 1 的mn垂直于mm 整个装置处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 5t 垂直于ab施加f 2n的水平恒力 ab从静止开始无摩擦地运动 始终与mm nn 保持良好接触 当ab运动到某处时 框架开始运动 设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 图9 2 13 1 求框架开始运动时ab速度v的大小 2 从ab开始运动到框架开始运动的过程中 mn上产生的热量q 0 1j 求该过程ab位移x的大小 解析 1 ab对框架的压力f1 m1g框架受水平面的支持力fn m2g f1依题意 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则框架受到最大静摩擦力f2 fnab中的感应电动势e blvmn受到的安培力f安 ilb框架开始运动时f安 f2由上述各式代入数据解得v 6m s 代入数据解得x 1 1m答案 1 6m s 2 1 1m 单杆倾斜式 2011 上海单科 32 14分 如图9 2 14所示 电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s 1 15m 两导轨间距l 0 75m 导轨倾角为30 导轨上端ab接一阻值r 1 5 的电阻 磁感应强度b 0 8t的匀强磁场垂直轨道平面向上 阻值r 0 5 质量m 0 2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好 从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端 在此过程中金属棒产生的焦耳热q1 0 1j 取g 10m s2 求 例2 图9 2 14 1 金属棒在此过程中克服安培力的功w安 2 金属棒下滑速度v 2m s时的加速度a 由此所得结果是否正确 若正确 说明理由并完