[原创]2015年物理一轮复习课件专题十 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感

1、第2讲 法拉第电磁感应定律自感一、法拉第电磁感应定律1磁通量变化率：表示磁通量变化的快慢，大小为2法拉第电磁感应定律：(1)内容：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小，跟_成正比磁通量的变化率(2)表达式：_，其中 n 为线圈的匝数(3)公式的变形：当线圈面积不变，垂直于线圈平面的磁场发生变化时，EnSB.t当磁场不变，垂直于磁场的线圈面积发生变化时，Ent 3导体切割磁感线时产生的感应电动势：(1)表达式：EBLvsin. 为B和v的方向夹角，L为切割磁感线的有效长度(2)当 B、L、v 三者两两垂直时：E_.BLv注意：以上两式是法拉第电磁感应定律的特殊情况，只适用于部分导体在匀强磁场

2、中做切割磁感线运动时产生的感应电动势大小【自我检测】1(双选，惠州2013 届调研)一环形线圈放在匀强磁场中，设第 1 s 内磁感线垂直线圈平面向里，如图 10-2-1 甲所示若磁感强度 B 随时间 t 变化的关系如图乙所示，那么下列选项正确的是()图10-2-1A. 第 1 s 内线圈中感应电流的大小逐渐增加B. 第 2 s 内线圈中感应电流的大小恒定C. 第 3 s 内线圈中感应电流的方向为顺时针方向D. 第 4 s 内线圈中感应电流的方向为逆时针方向答案：BD二、自感和涡流电磁感应1 自感现象：由导体本身的电流发生变化时而产生的_现象自感现象遵循电磁感应的所有规律2自感电动势的方向：由楞

3、次定律知，自感电动势总是_原来导体中电流的变化当回路中的电流增加时，自感电动势和原来电流的方向_；当回路中的电流减小时，自感电动势和原来电流的方向_自感对电路中的电流变化有_作用，使电流不能_阻碍相反相同延迟突变3自感系数：单位是_，由线圈_的性质决定线圈越长，单位长度上线圈的匝数越多，横截面积越大，它的自感系数越_线圈中插入铁芯，自感系数会增大很多4自感现象的应用和防止：亨(H)本身大(1)应用：如日光灯电路中的镇流器，振荡电路等日光灯电路是由启动器、镇流器和灯管组成的_在日光灯启动时起到开关作用，正常工作时断开；镇流器的作用是在灯开始点亮时起_的作用，在日光灯正常发光时起_作用启动器产生瞬

4、时高压降压限流(2)防止：制作精密电阻时，采用_绕法，防止自感现象的发生，减小因自感而造成的误差双线涡流5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_考点1对法拉第电磁感应定律的理解重点归纳1磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率：可能很大，（续表）注意：三者的大小无必然关系，当0 时，tt是t 图象上某可能很小，也可能为零磁通量的变化率点切线的斜率3.感应电荷量：(1)原理：在电磁感应现象中有电流通过电路，那么也就有电荷量通过，由电流的定义可知，在很短时间内的qIt，根(2)感应电荷量由磁通量变化大小及电路的电阻 R

5、决定，与变化时间无关(3)qIt 也适用一段时间内流过该电路的平均电荷量(若一直变大或变小，则q 等于总电荷量) 典例剖析例1：如图 10-2-2 所示，导线全部为裸导线，半径为 r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为 B，一根长度大于 2r 的导线 MN 以速率 v 在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端电路的固定电阻为 R，其余电阻不计，求 MN 从圆环的左端滑到右端的过程中电阻 R 上的电流的平均值和通过电阻R 的电荷量图 10-2-2思维点拨：(1)求电荷量要从电流的平均值来考虑；答题规范：MN 做切割磁感线运动，有效切割长度在不断变化，用EBlv 难以求得平均感应电动势，从另一角

6、度看，回路中的磁通量在不断变化，可利用法拉第电磁感应定律求平均感应电动势从左端到右端磁通量的变化量BSBr2从左到右的时间t2rv根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势【触类旁通】1(2013年广东潮州期末)如图 10-2-3 所示，“U”形金属框架固定在水平面上，处于竖直向下的匀强磁场中现使 ab 棒突然获得一初速度 v 向右运动，下列说法正确的是()Aab 做匀减速运动图 10-2-3B回路中电流均匀减小Ca 点电势比 b 点电势低D安培力对 ab 棒做负功答案：D考点2自感现象的分析重点归纳1通电自感：(1)电路图如图 10-2-4 所示为了方便比较，使 L1、L2 同规格，RRL，自感

7、系数 L 较大(2)现象：在 S 闭合瞬间，灯 L2 立即亮起来，灯 L1 逐渐变亮，最终一样亮(3)由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，线圈产生自感电动势，图 10-2-4阻碍了电流的增大，使流过灯 L1 的电流比流过灯 L2 的电流增加得慢这个过程电能转化为磁场能2断电自感：(1)电路图如图 10-2-5 所示为使现象明显，L 应很大，即有铁芯(2)现象：S 断开时，灯 L 渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭图 10-2-5(3)原因：S 断开时，线圈 L 产生自感电动势，阻碍电流减小，使电流继续存在一段时间，灯 L 中电流反向，不会立即熄灭；若 RLIL，则 L 灯熄灭前要闪亮一下若RLR

8、L，S断开前电流ILIL，则灯 L 逐渐熄灭，不再闪亮一下这个过程磁场能转化为电能典例剖析例2：如图 10-2-6 所示，L 为自感系数较大的线圈，电)路稳定后灯泡 L 正常发光，当断开开关 S 的瞬间会有(A灯 L 立即熄灭B灯 L 慢慢熄灭图 10-2-6C灯 L 突然闪亮一下再慢慢熄灭D灯 L 突然闪亮一下再突然熄灭解析：本题中，当开关S 断开时，由于通过自感线圈的电流从有到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L 与灯L 在S 断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯L 的电流为零，灯立即熄灭答案：A备考策略：(1)通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加，感应电流与原电流方向相反

9、，此时含线圈L 的支路相当于断开(2)断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减少，感应电流与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL 逐渐变小(3)线圈的自感系数越大，现象越明显自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向【触类旁通】2如图 10-2-7 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 L 的阻值，在 t0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在 tt1 时刻断开 S，下列表示 A、B两点间电压 UAB 随时间 t 变化的图象中，)正确的是(答案：B图 10-2-7方法

10、 导体切割磁感线产生的感应电动势感应电动势是电磁学、力学综合考查的关键基础，考查最多的是磁场不变，导体因为切割磁场而产生感应电动势所引申出去的各种问题这里主要介绍切割磁感线产生的感应电动势的计算和判断方法1平动类型感应电动势的计算：用 EBlv 计算，重点是找到有效长度和有效速度(1)该类型中导体平动切割磁感线，磁感应强度 B 恒定不变，l 为有效切割长度(2)正交性：B、l、v 相互垂直时公式成立不垂直时 EBlvsin ，为 B 与 v 的夹角(3)有效性：式中的 l 为有效切割长度，即导体在垂直于 v方向上的投影长度2转动类型感应电动势的计算：用 EBSt，主要是找到面积变化率(1)该类

11、型主要是导体或杆在与磁场平面成一定角度的平面上转动时产生的电动势(2)当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度匀速图 10-2-8转动时，产生的感应电动势 EBSt Bll2t12Bl2，如图 10-2-8 所示 3产生感应电动势的导体电势高低的判断：(1)导体切割磁感线：任意一小段导体切割磁感线时，让磁感线穿过右手掌心，大姆指指向导线的运动方向，则其余四指指向这一侧的导体端电势高注意：切割磁感线的导体相当于电源，感应电流流向高电势那端；外导体中的电流流向低电势处(2)磁场变化产生的电动势的判断其电动势大小为 EnSBt.判断时先由楞次定律和安培定则确定感应电流方向(若电路断路，则假设构建它

12、通路)，然后根据变化磁场之内的电路电流流向高电势、变化磁场之外的电路电流流向低电势来判断电势的高低例3：(江苏2013 届一模)如图10-2-9所示，固定的光滑金属导轨间距为 L，导轨电阻不计，上端 a、b 间接有阻值为 R的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处在磁感应强度大小为 B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中质量为 m、电阻为 r 的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度 v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触已知弹簧的劲度系数为 k，弹簧的中心轴线与导轨平行(1)求初始时刻通过电阻 R 的电流 I 的大小和方向(2

13、)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为 v，求此时导体棒的加速度大小 a.(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为 Ep，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q.图 10-2-9审题突破：此题的关键是感应电流电流通过R 产生焦耳热，电流通过导体棒使导体受到磁场力的作用感应电动势属于平动类型，磁场、有效切割长度不变，但速度不断改变，因此感应电动势不断改变，感应电流也不断改变电路中产生的焦耳热 Q 需要利用能量守恒求解图10-2-10题外拓展：本类题的最大的特点是电磁学与力学知识相结合，应注意：1.受力分析，如重力、支持力、摩擦力、安培力等；找出关键信息，如“静止”、“匀速”、“匀加速”等，建立方程.2.运动过程分析，找出每个过程的物理关系式.3.功能关系的熟练运用，如重力、安培力、摩擦力等做功情况，以及与之对应的能量变化关系.,本题中，若改变磁场的大小，导体棒最终静止时，电阻R 产生的焦耳热会如何变化？【触类旁通】3(201