高考物理大一轮复习浙江专用人教课件第九章电磁感应92

1、第二节法拉第电磁感应定律,-2-,-3-,知识点一,知识点二,基础夯实 1.内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。,-4-,知识点一,知识点二,3.导体切割磁感线时的感应电动势 (1)当B、L、v三者相互垂直时,部分导体切割磁感线产生的感应电动势的公式:E=BLv。式中L为导体切割磁感线的有效长度。如图所示,棒的有效长度为ab间的距离。 (2)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,E=Blv= Bl2(速度等于中点位置的线速度 l)。,-5-,知识点一,知识点二,4.感应电动势的本质 (1)感生电动势:变化的磁场产生感生电场,感

2、生电场使自由电荷发生定向移动而产生的感应电动势。 (2)动生电动势:导体运动切割磁感线,自由电荷在洛伦兹力的作用下发生定向移动而产生的感应电动势。,-6-,知识点一,知识点二,自我诊断 1.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且有一半处在磁场中。在t时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为( ),答案,解析,-7-,知识点一,知识点二,2.(201510浙江选考)如图甲所示,质量m=3.010-3 kg的“ ”形金属细框竖直放置在两水银槽中,“ ”形框的水平细杆CD长l=0.20 m,处于磁感应强度B1=1.0

3、 T、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数n=300、面积S=0.01 m2的线圈通过开关K与两水银槽相连。线圈处于与线圈平面垂直的、沿竖直方向的匀强磁场中,其磁感应强度B2的大小随时间t变化的关系如图乙所示。 甲乙,-8-,知识点一,知识点二,(1)求00.10 s线圈中的感应电动势大小; (2)t=0.22 s时闭合开关K,若细杆CD所受安培力方向竖直向上,判断CD中的电流方向及磁感应强度B2的方向; (3)t=0.22 s时闭合开关K,若安培力远大于重力,细框跳起的最大高度h=0.20 m,求通过细杆CD的电荷量。,-9-,知识点一,知识点二,答案:(1)30 V(2)电流方向CD,B2方

4、向向上(3)0.03 C,-10-,知识点一,知识点二,3.小明同学设计了一个“电磁天平”,如图甲所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡。线圈的水平边长L=0.1 m,竖直边长H=0.3 m,匝数为N1。线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0 T,方向垂直线圈平面向里。线圈中通有可在02.0 A范围内调节的电流I。挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的质量。(重力加速度g取10 m/s2),-11-,知识点一,知识点二,(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg,线圈的匝数N1至少为多少? (2)进一步探究电磁感应现象,另选N2=100匝、

5、形状相同的线圈,总电阻R=10 。不接外电流,两臂平衡。如图乙所示,保持B0不变,在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1 m。当挂盘中放质量为0.01 kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率,-12-,知识点一,知识点二,答案:(1)25匝(2)0.1 T/s,-13-,知识点一,知识点二,基础夯实 1.自感现象:由于通过导体的电流发生变化而引起的电磁感应现象。 2.自感电动势:自感现象中产生的电动势叫作自感电动势。 3.自感系数:由导体本身的特性决定,线圈越长,单位长度上的匝数越多,横截面积越大,它的自感系数就越大;线圈中加入铁芯

6、,自感系数也会增大。自感系数单位:亨利(H)。 4.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像水的旋涡状的感应电流。,-14-,知识点一,知识点二,5.涡流的应用:真空冶炼炉、电磁炉、金属探测器等。 6.互感现象:两个相互靠近的线圈,一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感生电动势的现象。互感典型应用:电流、电压互感器和变压器。,-15-,知识点一,知识点二,自我诊断 4.(多选题)如图甲、乙所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光。则( ) A.在电路甲中,断开S后,A将逐渐变暗 B.

7、在电路甲中,断开S后,A将先变得更亮,然后才逐渐变暗 C.在电路乙中,断开S后,A将逐渐变暗 D.在电路乙中,断开S后,A将先变得更亮,然后才逐渐变暗,答案,解析,-16-,知识点一,知识点二,5.(多选题)如图为新一代炊具电磁炉,具有无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等优势。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场,当磁场的磁感线通过铁质锅底部时,即会产生涡流,使锅体本身自行发热,加热锅内食物。下列相关说法中正确的是( ) A.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的 B.恒定磁场越强,电磁炉的加热效果越好 C.锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 D.提高磁场变化的频率,可提高电磁炉的

8、加热效果,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,-18-,考点一,考点二,考点三,-19-,考点一,考点二,考点三,题组突破 1.A、B两闭合圆形导线环用相同规格的导线制成,它们的半径之比rArB=21,在两导线环包围的空间内存在一正方形边界的匀强磁场区域,磁场方向垂直于两导线环的平面,如图所示。当磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中,流过两导线环的感应电流大小之比为( ),答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,2. 如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m,bc=0.5 m,电阻r=2 。磁感应强度B在

9、01 s内从零均匀变化到0.2 T,在15 s内从0.2 T均匀变化到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场的正方向。求: (1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E1和感应电流的方向; (2)在15 s内通过线圈的电荷量q; (3)在05 s内线圈产生的焦耳热Q。,-21-,考点一,考点二,考点三,-22-,考点一,考点二,考点三,答案:(1)10 V,感应电流的方向为adcba(2)10 C(3)100 J,-23-,考点一,考点二,考点三,1.计算感应电动势两个公式的比较,-24-,考点一,考点二,考点三,2.对公式E=Blv的理解 (1)正交性:该公式适用于匀强磁场,且B、l、v三者两两垂

10、直。若三者中任意二者平行,则导体都不切割磁感线,E=0。 (2)平均性:导体平动切割磁感线时,若v为平均速度,则E为平均感应电动势,即 (3)瞬时性:若v为瞬时速度,则E为相应的瞬时感应电动势。,-25-,考点一,考点二,考点三,(4)有效性: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。下表为常见切割情景中的有效长度。,-26-,考点一,考点二,考点三,-27-,考点一,考点二,考点三,(5)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。,-28-,考点一,考点二,考点三,例1如图( a )所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.

11、4 m。导轨右端接有阻值R=1 的电阻,导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好。导体棒及导轨的电阻均不计,导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场,bd连线与导轨垂直,长度也为L。从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化,规律如图( b )所示;同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1 s后刚好进入磁场。若使棒在导轨上始终以速度v=1 m/s做直线运动,求:,(1)棒进入磁场前,回路中的电动势E; (2)棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。,-29-,考点一,考点二,考点三,-30-,考点一,考点二,考点三,(2)棒运动到bd位置时

12、,所受安培力最大。设此时的电动势为Em,回路电流为Im,磁感应强度为Bm,根据电磁感应定律,可得 Em=BmLv 棒受到的安培力F为F=BmImL 联立式并代入数据,得F=0.04 N 棒从进入磁场到运动至bd的时间内,设时间为t(t1.0 s),棒切割磁感线的长度为l,根据几何关系,可得l=2v(t-1)(m),-31-,考点一,考点二,考点三,答案:(1)0.04 V(2)0.04 Ni=t-1(A)(1.0 st1.2 s),-32-,考点一,考点二,考点三,类题过关 1 (20163浙江模拟)如图所示,光滑导轨固定在水平面上,间距为L,其左端接一电阻为R、额定电压为U的灯泡(其阻值可视

13、作恒定)。在虚线MN的右侧存在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场。现在MN左侧的适当位置垂直导轨放置一根电阻为r的导体棒,棒在恒定的外力F的作用下,向右做加速运动,在进入磁场时,恰使灯泡正常发光,随后灯泡逐渐变暗,最终稳定在一个不到正常发光的亮度。则: (1)导体棒进入磁场的速度多大? (2)灯泡亮度稳定时的导体棒速度是多少?,-33-,考点一,考点二,考点三,-34-,考点一,考点二,考点三,例2(20159浙江学考)如图所示,半径R=0.2 m的圆形金属导轨固定在水平面上,一根长也为R的金属棒一端与导轨接触良好,另一端固定在圆心处的导电转轴上。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向下的匀强磁

14、场,磁感应强度B=2 T。一对长L=0.2 m的金属板A、B水平放置,两板间距d=0.1 m。从导轨引出导线与上板连接,通过电刷从转轴引出导线与下板连接。有一质量m=1.010-5 kg、电荷量q=-5.010-6 C的微粒,以v0=2 m/s的速度从两板正中水平射入。求: (1)金属棒转动角速度为多大时,微粒能做匀速直线运动; (2)金属棒转动角速度至少为多大时,微粒会碰到上极板A。,-35-,考点一,考点二,考点三,-36-,考点一,考点二,考点三,答案:(1)50 rad/s(2)100 rad/s,-37-,考点一,考点二,考点三,类题过关 2(多选题)(2016全国理综甲卷)法拉第圆

15、盘发电机的示意图如图所示。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( ),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,答案,解析,-38-,考点一,考点二,考点三,1.通电自感和断电自感比较,-39-,考点一,考点二,考点三,-40-,考点一,考点二,考点三,-41-,考点一,考点二,考点三,2.自感现象中自感线圈的作用 (1)通电自感:通电时电流增大,为阻碍电流增大,自感电动势和原来电流方向相反。 (2)断电自感:断电时电流减小,为阻碍电流减小,自感电动势与原来电流方向相同。 理想自感线圈的特点可以总结为这样几句话:闭合瞬间,像断路;稳定时,像导线;断开时,像电源。对直流电阻不能忽略的线圈,稳定时像一个电阻。,-42-,考点一,考点二,考点三,例题如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间在