【创新设计】2011届高考物理一轮复习 第2课时法拉第电磁感应定律 自感课件 人教大纲版

第2课时法拉第电磁感应定律自感 1 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的成正比 2 公式 E 其中n为线圈的 磁通量的变化率 匝数 2 特殊情况 1 导体切割磁感线的情形 一般情况 运动速度v和磁感线方向夹角为 则E 常用情况 运动速度v和磁感线方向垂直 则E 2 导体棒在磁场中转动 导体棒以端点为轴 在垂直于磁感线的匀强磁场中匀速转动产生感应电动势E 平均速度取中点位置线速度L Blvsin Blv B L2 1 对法拉第电磁感应定律的理解 1 感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数共同决定 而与磁通量 磁通量的变化量 的大小没有必然联系 2 磁通量的变化率是 t图象上某点切线的斜率 3 若恒定 则E不变 用E n所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势 而不是回路中某部分导体的电动势 4 磁通量的变化常由B的变化或S的变化两种情况引起 当 仅由B的变化引起时 E nS 当 仅由S的变化引起时 E nB 5 由E n计算出的是 t时间内的平均感应电动势 2 公式E n与E BLv有何区别与联系 1 穿过闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如图12 2 1 所示 下列关于回路中产生的感应电动势的论述 正确的是 A 图 中 回路产生的感应电动势恒定不变B 图 中 回路产生的感应电动势一直在变大C 图 中 回路在0 t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势D 图 中 回路产生的感应电动势先变小再变大答案 D 1 自感现象 1 自感现象 由于导体本身电流发生而产生的电磁感应现象叫自感现象 2 自感电动势的方向 根据楞次定律判定 自感电动势总要阻碍导体中电流的 当导体中的电流增大时 自感电动势与原电流方向 当导体中的电流减小时 自感电动势与原电流方向 变化 变化 相反 相同 2 自感现象的应用 日光灯原理 1 日光灯的电路图 主要由灯管 和启动器组成 2 启动器的作用 自动开关的作用 3 镇流器有两个作用 启动时 通过启动器的通断 在镇流器中产生 从而激发日光灯管内的气体导电 正常工作时 镇流器的线圈产生自感电动势 阻碍电流的变化 这时镇流器就起着的作用 保证日光灯的正常工作 镇流器 瞬间高电压 降压限流 1 自感现象理解要点 1 自感现象的阻碍作用 只是延缓了过程的进行 但它不能阻止过程的发生 2 在分析自感现象时 一般分析方法是 当流过线圈L的电流突然增大瞬间 我们可以把L看成一个阻值很大的电阻 当流经L的电流突然减小的瞬间 我们可以把L看作一个电源 它提供一个跟原电流同向的电流 2 通电和断电自感比较如下表 2 如图12 2 2所示为日光灯电路 关于该电路 以下说法中正确的是 A 启动过程中 启动器断开瞬间镇流器L产生瞬时高电压B 日光灯正常发光后 镇流器L使灯管两端电压低于电源电压C 日光灯正常发光后启动器是导通的D 图中的电源可以是交流电源 也可以是直流电源 解析 启动过程中 启动器断开瞬间 流过镇流器的电流迅速减小 由于自感 镇流器产生自感电动势 形成瞬时高压 A项对 正常发光时 由于自感作用 镇流器起到降压限流作用 使灯管两端电压低于电源电压 B项对 当日光灯正常工作时 启动器已断开 C项错 只有交流电才能通过镇流器起作用 D项错 答案 AB 例1 2009 广东卷 18 如图12 2 3 a 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12 2 3 b 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 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 解析 1 设k 由题图 b 可知 磁感应强度B与时间t的函数关系为B B0 t B0 kt 磁场的面积及线圈内的磁通量分别为S BS B0 kt 在0和t1时刻 单匝数圈中的磁通量分别为 0 B0 1 B0 kt1 即 kt1 在0至t1时间内 线圈中的电动势大小及电流分别为E I 根据楞次定律判断 电阻R1上的电流方向应由b向a 2 0至t1时间内 通过电阻R1上的电荷量q It1 电阻R1上产生的热量Q 2I2Rt1 1 1如图12 2 4所示 固定在水平桌面上的金属架cdef 处在一竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度的大小为B0 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦地滑动 此时adeb构成一个边长为l的正方形 金属棒的电阻为r 其余部分的电阻不计 从t 0时刻起 磁场开始均匀增加 磁感应强度变化率的大小为k k 求 用垂直于金属棒的水平拉力F使金属棒保持静止 写出F的大小随时间t变化的关系式 解析 闭合回路adeb产生的感应电动势为E S kl2回路中的电流为I 因为金属棒始终静止 在t时刻磁场的磁感应强度为B B0 kt 所以F F安 BIl 答案 F 例2 如图12 2 5所示 一直导体棒质量为m 长为l 电阻为r 其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上 并与之密接 棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻 图中未画出 导轨置于匀强磁场中 磁场的磁感应强度为B 方向垂直于导轨所在平面 开始时 给导体棒一个平行于导轨的初速度v0 在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中 通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I保持恒定 导体棒一直在磁场中运动 若不计导轨电阻 求 1 此过程中导体棒所受安培力 2 此过程中导体棒上感应电动势的平均值 3 此过程中负载电阻上消耗的平均功率 解析 1 导体棒所受的安培力为F IBl 2 该力大小不变 棒做匀减速运动 因此在棒的速度从v0减小至v1的过程中 平均速度为当棒的速度为v时 感应电动势的大小为E Blv棒中的平均感应电动势为E 解得 3 导体棒中消耗的热功率为P1 I2r负载电阻上消耗的平均功率为P2 解得 在此过程中导体棒及负载电阻上产生的总热量是多少 解析 由能量转化守恒定律得 Q 答案 2 1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12 2 6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cd杆以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速运动 则 1 在5s内平均感应电动势是多少 2 第5s末 回路中的电流多大 3 第5s末 作用在cd杆上的水平外力多大 解析 1 5s内的位移x at2 25m5s内的平均速度 5m s 也可用求解 故平均感应电动势 0 4V 2 第5s末 v at 10m s此时感应电动势 E BLv则回路电流为 I A 0 8A 3 杆匀加速运动 则F F安 ma即F BIL ma 0 164N 答案 1 0 4V 2 0 8A 3 0 164N 例3 如图12 2 7 a b 所示的电路中 电阻R和自感线圈L的电阻值都很小 且小于灯A的电阻 接通S 使电路达到稳定 灯泡A发光 则 A 在电路 a 中 断开S A将渐渐变暗B 在电路 a 中 断开S A将先变得更亮 然后渐渐变暗C 在电路 b 中 断开S A将渐渐变暗D 在电路 b 中 断开S A将先变得更亮 然后渐渐变暗 解析 在 a 电路中 灯A和线圈L串联 它们的电流相同 断开S时 线圈上产生自感电动势 阻碍原电流的减小 但流过灯A的电流仍逐渐减小 从而灯A只能渐渐变暗 b 电路中电阻R和灯A串联 灯A的电阻大于线圈L的电阻 电流则小于线圈L中的电流 断开S时 电源不再给灯供电 而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小 通过R A形成回路 灯A中电流突然变大 灯A变得更亮 然后渐渐变暗 故A D正确 解决此类问题的关键 1 正确理解通电自感和断电自感现象中自感电动势对 原电流的变化 的阻碍作用 即延缓原电流的变化 2 纯电感线圈在电流稳定时相当于一根短路导线 非纯电感线圈在电流稳定时相当于一定值电阻 3 1 2010 北京东城区第一次模拟 如图12 2 8所示的电路 电源电动势为E 线圈L的电阻不计 以下判断正确的是 A 闭合S 稳定后 电容器两端电压为EB 闭合S 稳定后 电容器的a极板带正电C 断开S的瞬间 电容器的a极板将带正电D 断开S的瞬间 电容器的a极板将带负电 解析 由题意及自感现象规律可知 当开关S闭合且电路稳定后 电容器与线圈L并联 由于线圈的直流电阻不计 所以两端电压为零 故A B两项错误 断开S的瞬间 由自感规律可知 线圈中要产生感应电动势 感应电动势引起的感应电流的方向与原电流的方向一致 因而电容器的a极板将带正电 故C项正确 答案 C 匀强磁场的磁感应强度为B 方向竖直向上 在磁场中有一个总电阻为R 每边长为L的正方形金属框abcd 其中ab cd边的质量为m 其他两边质量不计 cd边装有固定的水平轴 现将金属框从水平位置无初速度释放 如12 2 9所示 若不计一切摩擦 金属框经时间t刚好到达竖直面位置a b cd 若在时间t内金属框产生的焦耳热为Q 求 ab边在最低位置时受到的磁场力为多大 有三位学生对此题分别解答如下 请分析这三位同学的解答是否正确 并指出错误的原因或出错的知识点 如果都不正确 请给出正确解答 甲同学解法 mgL mv2 所以v 在最低位置ab边垂直切割磁场 产生电动势E BLv 所以F安 BIL 乙同学解法 因焦耳热为Q I2Rt 所以I 所以F安 BIL BL 丙同学解法 根据法拉第电磁感应定律有E 所以q 所以I 那么F安 BIL 甲同学解法错误的原因是没有考虑到金属框下摆过程中磁场力 安培力 做功 乙同学解法错误的原因是把金属框下摆过程中的感应电流的有效值与框在最低位置的电流瞬时值混为一谈 丙同学解法错误原因是把交流电的平均值与瞬时值混为一谈 错因 正解 解析 设金