高考物理一轮复习 专题九 电磁感应 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律 自感 r r 考点1 法拉第电磁感应定律 1 感应电动势 电磁感应现象 电源 1 感应电动势 在 中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源 导体的电阻相当于 2 感应电流与感应电动势的关系 遵循 定 律 即i e 闭合电路欧姆 内阻 2 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 e n t 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 3 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 有效长度 式中 为b和v的方向夹角 l为切割磁感线的 4 两个公式的区别 平均 平均 瞬时 1 e n t 常用于计算在 t时间内的 电动势 只有 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 若v为平均速度 算出的就是 电动势 若v为瞬时速度 算出的就是 电动势 5 导体转动切割磁感线产生的感应电动势当长度为l导体在垂直于磁场的平面内 绕一端以角速度 匀速转动时 切割磁感线产生的感应电动势e 6 感应电量 平行闭合线圈的匝数为n 在 t时间内闭合电路的磁通量变化量为 回路总电阻为r 则通过电路中某 一横截面的电量q n r 2 自感电动势e l 考点2 自感和涡流 1 自感现象 是由于导体本身的电流发生变化时而产生的 现象 由于自感而产生的电动势叫做自感电动势 i t 电磁感应 3 自感系数l与线圈的 形状 以及是否有 铁芯有关 单位是 大小 圈数 亨利 h 4 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 涡流 基础自测 1 如图9 2 1所示 在竖直向下的匀强磁场中 将一水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出 设在整个过程中棒的方向不变且不计空气阻力 则金属棒在运动过程中产生的感应电 动势大小变化情况是 图9 2 1 a 越来越大 b 越来越小 c 保持不变 d 无法判断 答案 c 2 无线充电技术中使用的受电线圈示意图如图9 2 2所示 线圈匝数为n 面积为s 若在t1到t2时间内 匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈 其磁感应强度大小由b1均匀增加到 b2 则该段时间线圈两端a和b之间的电势差 a b a 恒为 ns b2 b1 t2 t1 b 从0均匀变化到 ns b2 b1 t2 t1 c 恒为 ns b2 b1 t2 t1 d 从0均匀变化到 ns b2 b1 t2 t1 图9 2 2 答案 c 3 多选 2015年新课标 卷 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 3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 图9 2 3 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 答案 ab 4 2016年北京卷 如图9 2 4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9 2 4a 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 热点1 法拉第电磁感应定律的简单应用 典题1 2017年安徽合肥高三检测 在半径为r 电阻为r的圆形导线框内 以直径为界 左右两侧分别存在着方向如图9 2 5甲所示的匀强磁场 以垂直于纸面向外的磁场为正 两部分磁场的磁感应强度b随时间t的变化规律分别如图乙所 示 则0 t0时间内 导线框中 乙 甲图9 2 5a 感应电流的方向为顺时针b 感应电流的方向为逆时针 c 感应电流的大小为 3 r2b0t0r d 感应电流的大小为 2 r2b0t0r 解析 根据楞次定律可知 左边的导线框的感应电流是顺时针 而右边的导线框的感应电流 也是顺时针 则整个导线框的感应电流方向顺时针 故a正确 b错误 由法拉第电磁感应定律知 因磁场的变化 导致导线框内产生感应电动势 结合题意可知 产生感应电动势正好是两者之和 即为e 答案 a 热点2 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 热点归纳 1 e blv的三个特性 1 正交性 本公式要求磁场为匀强磁场 而且b l v三者互相垂直 2 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 如图9 2 6中 导体棒的有效长度为ab间的距离 图9 2 6 3 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 2 导体转动切割磁感线 当导体在垂直于磁场的平面内 绕一端以角速度 匀速转动 图9 2 7 续表 考向1 公式的理解 典题2 多选 2017年新课标 卷 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9 2 8甲所示 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乙所示 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 甲 乙 图9 2 8a 磁感应强度的大小为0 5tb 导线框运动速度的大小为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 解析 由e t图象可知 线框经过0 2s全部进入磁场 则 e blv可知 b 0 2t 选项a错误 根据楞次定律可知 磁感应强度的方向垂直于纸面向外 选项c正确 在t 0 4s至t 所受的安培力大小为f bil 0 04n 选项d错误 答案 bc 时 棒两端的感应电动势大小为e 则 考向2 有效切割长度的理解 典题3 如图9 2 9所示 空间有一匀强磁场 一直金属棒与磁感应强度方向垂直 当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时 棒两端的感应电动势大小为e 将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯 置于与磁感应强度相垂直的平面内 当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动 e e 等于 图9 2 9 答案 b方法技巧 本题关键要准确理解公式e blv中l的含义 知道l是有效的切割长度 即速度垂直方向上金属棒的长度 考向3 导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的问题 典题4 多选 2016年新课标 卷 法拉第圆盘发电机的示意图如图9 2 10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 图9 2 10 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 解析 将圆盘看成由无数辐条组成 各辐条都在切割磁感线 从而产生感应电动势 出现感应电流 当圆盘顺时针转动时 从上往下看 根据右手定则可判断 圆盘上感应电流从边缘向中心 流过电阻r的电流方向从a到b b正确 由法拉 故a正确 c错误 当角速度 变为原来的2倍时 感应电动 流在r上的热功率p i2r变为原来的4倍 d错误 答案 ab 易错提醒 公式e blv的应用是有条件的 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 对于这种导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况 导体各部分的速度不同 本公式不再适用 热点3考向1 涡流 电磁阻尼 自感现象的理解及应用通电自感与断电自感现象对比 热点归纳 1 两种自感现象的比较 续表 续表 2 自感电动势的作用是阻碍电流的变化 但自感电动势只是延缓了过程的进行 不能使过程停止 更不能使过程反向 3 自感线圈中的电流增大时 自感电动势阻碍电流的增大 电流减小时 自感电动势阻碍电流的减小 发生自感现象的瞬间 线圈中电流的大小和方向不变 即电流不发生 突变 典题5 2017年北京卷 演示自感现象的两个电路图如图9 2 11甲和乙所示 l1和l2为电感线圈 实验时 断开开关s1瞬间 灯l1突然闪亮 随后逐渐变暗 闭合开关s2 灯l2逐渐变亮 而另一个相同的灯l3立即变亮 最终l2与l3的亮 度相同 下列说法正确的是 甲 乙 图9 2 11 a 图甲中 l1与l1的电阻值相同 b 图甲中 闭合开关s1 电路稳定后 l1中电流大于l1 中电流 c 图乙中 滑动变阻器r与l2的电阻值相同 d 图乙中 闭合开关s2瞬间 l2中电流与滑动变阻器r中 电