导学教程高考物理总复习 第九章 电磁感应 第二节 法拉第电磁感应定律 自感和涡流 课件 新人教版.ppt

第二节法拉第电磁感应定律自感和涡流 主干回顾 电磁感应 变化 闭合 变化率 大小 匝数 1 判断下列说法的正误 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 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 自我检测 4 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势也越大 5 线圈中的电流越大 自感系数也越大 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 7 自感电动势阻碍电流的变化 但不能阻止电流的变化 2 多选 2016 西宁检测 如图9 2 1甲所示线圈的匝数n 100匝 横截面积s 50cm2 线圈总电阻r 10 沿轴向有匀强磁场 设图示磁场方向为正 磁场的磁感应强度随时间做如图乙所示变化 则在开始的0 1s内 图9 2 1 a 磁通量的变化量为0 25wbb 磁通量的变化率为2 5 10 2wb sc a b间电压为0d 在a b间接一个理想电流表时 电流表的示数为0 25a答案bd 3 多选 如图9 2 2所示的甲 乙两个电路 电感线圈的自感系数足够大 且直流电阻非常小但不可忽略 闭合开关s 待电路达到稳定后 灯泡均能发光 现将开关s断开 这两个电路中灯泡亮度的变化情况可能是 图9 2 2 a 甲电路中灯泡将渐渐变暗b 甲电路中灯泡将先变得更亮 然后渐渐变暗c 乙电路中灯泡将渐渐变暗d 乙电路中灯泡将先变得更亮 然后渐渐变暗 解析图甲的电路中 断开开关前 灯泡中的电流与线圈l中的电流相同 断开开关后 灯泡 线圈l 电阻r构成闭合电路 自感电流将使灯泡继续亮一会儿 但自感电流只能在灯泡原有电流的基础上减小 所以灯泡中的电流不会比断开开关前大 即灯泡的亮度不会比断开前更亮 所以选项a正确 b错误 图乙电路中 断开开关前 线圈l中的电流比灯泡中的电流大 断开开关后 线圈l中的自感电流通过灯泡 该电流大于灯泡中原有的电流 故灯泡将比原来更亮 又由于自感不能阻止电流的减小 最终自感电流还是要减为零 故灯泡将逐渐变暗直至熄灭 所以选项c错误 d正确 答案ad 4 如图9 2 3所示 匀强磁场方向垂直于纸面向下 导体棒ab匀速向右切割磁感线运动时 导体棒相当于电源 a b两点的电势为 a b 则下列说法正确的是图9 2 3 a a b a为电源正极b a b b为电源正极c a b a为电源正极d a b b为电源正极答案a 图9 2 4 1 求在0 t0时间内流过导体棒ef的电流的大小与方向 2 求在t0 2t0时间内流过导体棒ef的电流的大小与方向 3 1 5t0时刻杆对导体棒ef的作用力的大小和方向 考向2有关感应电量的计算 例2 2016 泰州期末 如图9 2 5甲所示 一个圆形线圈的匝数n 100 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 下列说法中正确的是 图9 2 5 a 线圈中的感应电流方向为顺时针方向b 电阻r两端的电压随时间均匀增大c 线圈电阻r消耗的功率为4 10 4wd 前4s内通过r的电荷量为4 10 4c 解析 由楞次定律 线圈中的感应电流方向为逆时针方向 选项a错误 由法拉第电磁感应定律 产生的感应电动势恒定为e ns b t 0 1v 电阻r两端的电压不随时间变化 选项b错误 回路中电流i e r r 0 02a 线圈电阻r消耗的功率为p i2r 4 10 4w 选项c正确 前4s内通过r的电荷量为q it 0 08c 选项d错误 答案 c 规律总结1 应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤 1 分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况 2 利用楞次定律确定感应电流的方向 3 灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算1 导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式e blv 应注意以下几个方面 1 正交性 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 2 对应性 若v为平均速度 则e为平均感应电动势 即e bl 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为有效切割长度 即导体与v垂直的方向上的投影长度 图9 2 6中有效长度分别为 图9 2 6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 7 考向1平动切割类问题 例3 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 b 0 2t 有一水平放置的光滑框架 宽度为l 0 4m 如图9 2 8所示 框架上放置一质量为0 05kg 电阻为1 的金属杆cd 框架电阻不计 若杆cd以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速运动 求 图9 2 8 1 在5s内平均感应电动势是多少 2 在5s末回路中的电流多大 3 第5s末作用在杆cd上的水平外力多大 答案 1 0 4v 2 0 8a 3 0 164n 考向2转动切割类问题 例4 2015 课标 如图9 2 9所示 直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向平行于ab边向上 当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时 a b c三点的电势分别为ua ub uc 已知bc边的长度为l 下列判断正确的是 图9 2 9 答案 c 考点三自感现象的分析通电自感和断电自感的比较 考向1通电 断电自感的现象分析 例5 多选 2016 淄博模拟 如图9 2 10所示 a b是完全相同的两个小灯泡 l为自感系数很大 电阻可以忽略的带铁芯的线圈 则图9 2 10 a 开关s闭合瞬间 a b同时发光 随后a灯变暗直至熄灭 b灯变亮b 开关s闭合瞬间 b灯亮 a灯不亮c 断开开关s的瞬间 a b灯同时熄灭d 断开开关s的瞬间 b灯立即熄灭 a灯突然闪亮一下再熄灭 解析 因线圈的自感系数很大 电阻可忽略 故闭合开关瞬间 线圈对电流的阻碍作用极大 相当于断路 故a b同时发光 且亮度相同 当稳定后 线圈相当于导线 a灯短路 b灯两端电压为电源电压 亮度比闭合瞬间更亮 故选项a正确 选项b错误 断开开关瞬间 b灯立即熄灭 而线圈中的电流不会立即消失 线圈相当于一个电源使a灯中会有一短暂电流 从而使a灯会亮一下再熄灭 故选项c错误 选项d正确 答案 ad 考向2自感现象中感应电流的图象问题 例6 多选 如图9 2 11所示的电路中 l为一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 d1 d2是两个完全相同的灯泡 e是一内阻不计的电源 t 0时刻 闭合开关s 经过一段时间后 电路达到稳定 t1时刻断开开关s i1 i2分别表示通过灯泡d1和d2的电流 规定图中箭头所示的方向为电流正方向 以下各图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是 图9 2 11 解析 当s闭合时 l的自感作用会阻碍其中的电流变大 电流从d1流过 当l的阻碍作用变小时 l中的电流变大 d1中的电流变小至零 d2中的电流为电路总电流 电流流过d1时 电路总电阻较大 电流较小 当d1中电流为零时 电流流过l与d2 总电阻变小 电流变大至稳定 当s再断开时 d2马上熄灭 d1与l组成回路 由于l的自感作用 d1慢慢熄灭 电流反向且减小 综上所述知选项a c正确 答案 ac 规律总结 1 多选 2015 课标 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9 2 12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 随堂巩固 图9 2 12 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 解析如图所示 将铜圆盘等效为无数个长方形线圈的组合 则每个线圈绕oo 轴转动时 均有感应电流产生 这些感应电流产生的磁场对小磁针有作用力 从而使小磁针转动起来 可见a b均正确 由上述分析可见 感应电流的方向与圆盘的转动方向并不一致 故d错 由对称性可见 穿过整个圆盘的磁通量始终为零 故c错 答案ab 2 2015 安徽理综 如图9 2 13所示 abcd为水平放置的平行 匚 形光滑金属导轨 间距为l 导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场 磁感应强度大小为b 导轨电阻不计 已知金属杆mn倾斜放置 与导轨成 角 单位长度的电阻为r 保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动 金属杆滑动过程中与导轨接触良好 则 图9 2 13 答案b 图9 2 14 答案b 4 2016 南昌模拟 如图9 2 15所示的电路中 l是一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 l1 l2和l3是三个完全相同的灯泡 e是内阻不计的电源 在t 0时刻 闭合开关s 电路稳定后在t1时刻断开开关s 规定以电路稳定时 闭合s后