版高三物理一轮复习法拉第电磁感应定律自感现象大纲版省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

第二课时法拉第电磁感应定律自感现象1共59页1/59第一关:基础关展望高考2共59页2/59基础知识一､ 感应电动势知识讲解(1)在电磁感应现象中产生电动势叫感应电动势.产生感应电动势那部分导体相当于电源.(2)当电路闭合时,回路中有感应电流;当电路断开时,没有感应电流,但感应电动势依然存在.3共59页3/59二､ 法拉第电磁感应定律知识讲解(1)内容:电路中感应电动势大小,跟穿过这一电路磁通量改变率成正比,即4共59页4/59(2)说明①E=ΔΦ/Δt适合用于线圈为单匝情况,假如线圈共有n匝话,因为这n匝线圈是一个串联关系,则电路中总电动势E=nΔΦ/Δt,这是在相关计算时一定要加以注意.②这个公式适合用于任何原因引发回路中磁通量改变而产生电动势计算.5共59页5/59③在应用E=nΔΦ/Δt时,一定要了解和区分Φ､ΔΦ､ΔΦ/Δt不一样含义,且E只与ΔΦ/Δt相关.④若是因为B改变而产生电动势,公式可写为E=nSΔB/Δt.若是因为S改变而产生电动势,则公式可写为E=nBΔS/Δt. ⑤利用此公式计算得到感应电动势是Δt时间内平均值.

6共59页6/59活学活用1.一矩形线圈位于一随时间t改变匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在平面(纸面)向里,如图1所表示.磁感应强度B随t改变规律如图2所表示.以I表示线圈中感应电流,以图1中线圈上箭头所表示电流方向为正,则图3中I-t图象正确是()7共59页7/59答案:A8共59页8/59三､ 导体切割磁感线时感应电动势知识讲解(1)公式:E=BLv.(2)导线切割磁感线感应电动势公式几点说明:①公式仅适合用于导体上各点以相同速度切割匀强磁场磁感线情况.②公式中B､v､L要求相互两两垂直.当L⊥B,L⊥v,而v与B成θ夹角时导线切割磁感线感应电动势大小为E=BLvsinθ.9共59页9/59③适合用于计算导体切割磁感线产生感应电动势,当v为瞬时速度时,计算瞬时感应电动势,当v为平均速度时计算平均电动势.④若导体棒不是直,E=BLvsinθ中L为切割磁感线导体棒有效长度.如图中,棒有效长度为ab弦长.10共59页10/59(3)导线切割磁感线感应电动势两个特例:

①长为L导体棒在磁感应强度为B匀强磁场中以ω匀速转动,导体棒产生感应电动势:

以中点为轴时,E=0(不一样两段代数和)

以端点为轴时,E=BωL2(平均速度取中点位置线速度ωL)

以任意点为轴时,E=Bω(不一样两段代数和)11共59页11/59②面积为S矩形线圈在匀强磁场B中以角速度ω绕线圈平面内任意轴匀速转动,产生感应电动势:线圈平面与磁感线平行时,E=BSω线圈平面与磁感线垂直时,E=0线圈平面与磁感线夹角为θ时,E=BSωsinθ12共59页12/59活学活用2.如图所表示,长度为l金属杆ab,a端为固定转动轴,在磁感应强度为B匀强磁场中,在垂直于B平面内按顺时针方向以角速度ω做匀速转动,试求金属杆中产生感应电动势大小.13共59页13/5914共59页14/59第二关:技法关解读高考15共59页15/59解题技法一､ 电磁感应与电路相联络综合问题技法讲解1.基本方法电磁感应问题往往与电路问题联络在一起,处理与电路相联络电磁感应问题基本方法是:(1)使用方法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势大小和方向.(2)画等效电路.(3)利用闭合电路欧姆定律,串､并联电路特点,电功率等公式联立求解.16共59页16/592.注意问题(1)画等效电路时,要注意:切割磁感线导体或磁通量改变回路将产生感应电动势,该导体或回路相当于电源,与其它导体组成闭合回路.(2)在利用闭合电路欧姆定律时,一定要注意产生感应电动势相当于电源那部分电路是否含有电阻(内电阻).17共59页17/59典例剖析【例1】如图所表示,两个互连金属圆环,粗金属环电阻为细金属环电阻二分之一.磁场垂直穿过粗金属环所在区域,当磁感应强度随时间均匀改变时,在粗环内产生感应电动势为E,则a､b两点间电势差为()18共59页18/59[答案]C19共59页19/59二､ 无源滑轨中能量问题技法讲解电磁感应现象是能量一个转化过程,所以从能量守恒角度了解电磁感应,或用能量观点处理电磁感应问题是惯用方法和伎俩,也是处理电磁感应和力学问题相结合题目标基本思绪,更是处理无源滑轨问题基本方法.20共59页20/591.分析思绪(1)电磁感应过程实质上是不一样形式能量转化过程,电磁感应过程中产生感应电流在磁场中必定受到安培力作用,所以,要维持安培力存在,必须有“外力”克服安培力做功.此过程中,其它形式能转化为电能,当感应电流经过用电器时,电能又转化为其它形式能.21共59页21/59(2)功是能量转化量度,电磁感应是能量转化过程.这一过程中,磁场对感应电流安培力对运动导体所做功,即磁场对感应电流所做功等于回路中产生电能,这一结论在解题时,能够依情况灵活利用.另外感应电流受到安培力对导体所做功是负功,所以对于切割磁感线导体而言,“外力”克服安培力做多少功,就有多少其它形式能转化为电能.同理,安培力做正功过程,是电能转化为其它形式能过程,安培力做多少功,就有多少电能转化为其它形式能.(3)分清物体运动过程和受力情况,判断不一样过程特点和满足规律,利用恰当规律各个击破.

22共59页22/592.解题过程(1)切割磁感线并产生感应电流导体作为电源,然后使用方法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电源电动势大小和方向.(2)分析导轨中各部分间连接方式,并画出等效电路.(3)分析导体机械能改变,导体机械能与回路中电能转化关系列能量守恒方程;也可用能量守恒关系得到机械功率改变与回路中电功率改变所满足方程.普通情况下,外力克服安培力做功功率等于整个回路总电功率.23共59页23/59典例剖析【例2】如图所表示,金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑,导轨平行水平部分有竖直向上匀强磁场B,水平部分导轨上原来放有一金属杆b,已知a杆质量为ma,且与b杆质量比为ma:mb=3:4,水平导轨足够长,不计摩擦,求:24共59页24/59

(1)a和b最终速度分别是多大?(2)整个过程中回路释放电能是多少?(3)若已知a､b杆电阻之比Ra:Rb=3:4,其余电阻不计,整个过程中a､b上产生热量分别是多少?25共59页25/59[解析](1)a下滑h高度过程中机械能守恒

①

a进入磁场后,回路中产生感应电流,a､b都受安培力作用,a做减速运动,b做加速运动,经一段时间a､b速度到达相同,之后回路磁通量不发生改变,感应电流为零,安培力为零,二者匀速运动,匀速运动速度即为a､b最终速度,设为v.由过程中a､b系统所受合外力为零,依据动量守恒得

mava=(ma+mb)v ②

由①②解得最终速度26共59页26/5927共59页27/59三､ 动态分析与极值问题技法讲解导轨和能沿导轨运动导体棒组成闭合电路放置在磁场中,若导体棒受到外力或冲量而作切割磁感线运动,电路中产生感应电动势和感应电流,导体棒也所以受到安培力作用,这就引发导体棒所受合外力改变和运动改变,这种改变又影响感应电动势和电流大小……如此这般相互影响､相互制约结果,会使导体棒运动到达一个稳定状态.运动过程中一些物理量会出现极大值或极小值.28共59页28/591.处理动态问题基本方法受力分析→运动分析(确定运动过程和最终稳定状态)→由牛顿第二定律列方程求解.运动动态结构:29共59页29/59 导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力改变→加速度改变→速度改变→感应电动势改变……,周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零,导体到达稳定运动状态.要抓住a=0时速度v达最大值特点.30共59页30/592.求极值方法物理量最大或最小值通常是出现在稳定状态时,所以求极值方法通常是先依据动态分析法分析出稳定状态特点,依据稳定状态时受力特点和能量转化特点列式求解,所以说依据列式特点分类,普通有两种方法——平衡法和能量转化法,前一个方法,易于了解;后一个方法解法简捷快速.31共59页31/59典例剖析【例3】如图所表示,在一对平行光滑导轨上端连接一阻值为R固定电阻,两导轨所决定平面与水平面成30°角.今将一质量为m､长为L导体棒ab垂直放于导轨上,并使其由静止开始下滑.已知导体棒电阻为r,整个装置处于垂直于导轨平面匀强磁场中,磁感应强度为B.32共59页32/59求导体棒下滑最终速度及电阻R发烧最终功率分别为多少?33共59页33/5934共59页34/5935共59页35/59四､ 断电自感中灯泡亮度改变叙述方法技法讲解对自感要搞清楚通电自感和断电自感两个基本问题,大家感觉比较困难是断电自感,尤其含糊是断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”问题.如图所表示,原来电路闭合处于稳定状态,L与A并联,其电流分别为IL和IA,方向都是从左向右.在断开S瞬时,灯A中原来从左向右电流IA马上消失.

36共59页36/59不过灯A与线圈L组成一闭合电路,因为L自感作用,其中电流IL不会马上消失,而是在回路中逐步减弱维持短暂时间,这个时间内灯A中有从右向左电流经过,这时经过A电流从IL开始减弱.假如RL(线圈L直流电阻)<RA,原来电流IL>IA,则在灯A熄灭之前要闪亮一下;假如RL≥RA,原来电流IL≤IA,则灯A是逐步熄灭不再闪亮一下.37共59页37/59典例剖析【例4】在如图所表示电路中,A､B是相同两个灯泡.L是一个带铁芯线圈,直流电阻可不计.调整R,电路稳定时两灯都正常发光,则在开关合上和断开时()38共59页38/59A.两灯同时点亮､同时熄灭B.合上S时,B比A先到达正常发光状态C.断开S时,A､B两灯都不会马上熄灭,经过A､B两灯电流方向都与原来电流方向相同D.断开S时,A灯会突然闪亮一下后再熄灭39共59页39/59

[解析]合上S时,B灯马上正常发光.A灯支路中,因为L产生自感电动势妨碍电流增大,A灯将推迟一些时间才能到达正常发光状态.选项A错误,B正确.断开S,L中产生与原来电流方向相同自感电动势,由它作为电源对A､B两灯回路供电,所以两灯都不会马上熄灭.此时流过A灯电流与原来电流同向,流过B灯电流与原来电流反向(如图).选项C错误.40共59页40/59因为断开S后,由L作为电源供电电流是从原来稳定时经过L中电流逐步减小,所以A､B两灯只是延缓一些时间熄灭,并不会比原来更亮.选项D错误.[答案]B41共59页41/59五､ 电磁感应中图象问题技法讲解电磁感应中常包括磁感应强度B､磁通量Φ､感应电动势E和感应电流I随时间t改变图像,即B-t图像､Φ-t图像､E-t图像和I-t图像.对于切割产生感应电动势和感应电流情况,还常包括感应电动势E和感应电流I随线圈位移x改变图像,即E-x图像和I-x图像.

42共59页42/59这些图像问题大致上可分为两类:由给定电磁感应过程选出或画出正确图像,或由给定相关图像分析电磁感应过程,求解对应物理量.不论是何种类型,回路中感应电动势E､感应电流I､磁感应强度B方向,在E-t图､I-t图､B-t图中是经过正负值来反应.分析图像时要明确图像意义,如图线斜率表示什么量等,另外电磁感应中图像问题还需利用右手定则､楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律灵活分析,有些图像问题还要画出等效电路来辅助分析.43共59页43/59典例剖析【例5】如图1所表示,一个由导体做成矩形线圈,以恒定速率v运动,从无场区进入匀强磁场区,然后出来,若取逆时针方向为电流正方向,那么图2中所表示哪一个图像能正确地表示回路中电流对时间函数关系()44共59页44/5945共59页45/59[解析]当线圈开始运动,还未进入磁场区时,没有感应电流产生,当bc边进入磁场,bc边切割磁感线产生感应电动势E=BLv为定值,所以感应电流也为定值,方向为逆时针(正).当ad边进入磁场时,bc和ad边产生感应电动势相互抵消,没有感应电流.当线圈继续运动,在磁场中只有ad边时,又开始有感应电流,大小不变,方向为顺时针(负),ad边离开磁场后线圈无感应电流,所以C图像才是正确.[答案]C46共59页46/59第三关:训练关笑对高考47共59页47/59随堂·训练1.如图所表示,线圈由A位置开始下落,在磁场中受到磁场力假如总小于它重力,则它在A､B､C､D四个位置(B､D位置恰好线圈有二分之一在磁场中)时,加速度关系为()48共59页48/59A.aA>aB>aC>aD

B.aA=aC>aB>aDC.aA=aC>aD>aB

D.aA=aC>aB=aD答案:B49共59页49/592.如图所表示,水平导轨电阻忽略不计,金属棒ab和cd电阻分别为Rab和Rcd,且Rab>Rcd,处于匀强磁场中,金属棒cd在力F作用下向右匀速运动,ab在外力作用下处于静止状态,下面说法正确是()A.Uab>UcdB.Uab=UcdC.Uab<UcdD.无法判断50共59页50/59解析:金属棒cd在力F作用下向右做切割磁感线运动,应视为电源,而c、d端分别等效为这个电源正､负极,Ucd是电源两极路端电压,不是内电压,又因为导轨电阻忽略不计,所以金属棒ab两端电压Uab也等于路端电压,即Uab=Ucd.答案:B51共59页51/593.如图所表示,匀强磁场方向垂直于线圈平面,先后两次将线框从同一位置匀速地拉出有界磁场,第一次速度v1=v,第二次速度v2=2v,在先､后两次过程中,错误是()A.线框中感应电流之比为1:2B.线框中产生热量之比为1:2C.沿运动方向作用在线框上外力功率之比为1:2D.流过任一截面积电荷量之比为1:152共59