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第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流,知识排查,法拉第电磁感应定律,1.内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的_成正比。,磁通量的变化率,3.导体切割磁感线的情形,(1)导体棒的运动速度v和磁感应强度B的方向平行时，E_。 (2)导体棒的运动速度v和磁感应强度B的方向垂直时，E_。,0,Blv,1.自感现象 (1)概念：由于导体本身的_变化而产生的电磁感应现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫做_ 。 (2)表达式：E _。 (3)自感系数L 相关因素：与线圈的_ 、形状、 _以及是否有铁芯有关。 单位：亨利(H)，1 mH_ H，1 H_ H。,自感和涡流,103,106,电流,自感电动势,大小,匝数,2.涡流,(1)定义：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_，这种电流像水的漩涡所以叫涡流。 (2)应用 涡流热效应的应用，如_。 涡流磁效应的应用，如_。,感应电流,真空冶炼炉,探雷器,1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到_，安培力的方向总是_导体的相对运动。 2.电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生_使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来。 3.电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了_的推广应用。,电磁阻尼和电磁驱动,安培力,阻碍,感应电流,楞次定律,小题速练,1.思考判断 (1)线圈中磁通量越大，产生的感应电动势越大() (2)线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势越大() (3)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势越大() (4)线圈中的电流越大，自感系数也越大() (5)磁场相对于导体棒运动时，导体棒中也可能产生感应电动势() (6)对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势越大() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),2.人教版选修32P17T1改编将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是() A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案C,3.(多选)磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是() A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的 C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用 解析线圈通电后，在安培力作用下，发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流。涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来，所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用，选项B、C正确。 答案BC,法拉第电磁感应定律的理解及应用,1.法拉第电磁感应定律的理解,2.应用法拉第电磁感应定律的三种情况,【典例】轻质细线吊着一质量为m0.42 kg、边长为L1 m、匝数n10的正方形线圈，其总电阻为r1 。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图1甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示。(取g10 m/s2),图1 (1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针； (2)求线圈的电功率； (3)求在t4 s时轻质细线的拉力大小。,解析(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向。 (2)由法拉第电磁感应定律得,F安F线mg 联立解得F线1.2 N。 答案(1)逆时针(2)0.25 W(3)1.2 N,【拓展延伸】(1)在【典例】中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0? (2)在【典例】中求在t6 s内通过导线横截面的电荷量？ 解析(1)细线的拉力刚好为0时满足： F安mg，F安nBIL 联立解得B0.84 T (2)由qIt得q0.56 C3 C。 答案(1)0.84 T(2)3 C,应用电磁感应定律需注意的三个问题,1.(2016北京理综，16)如图2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21，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2,A.EaEb41，感应电流均沿逆时针方向 B.EaEb41，感应电流均沿顺时针方向 C.EaEb21，感应电流均沿逆时针方向 D.EaEb21，感应电流均沿顺时针方向,答案B,2.人教版选修32P21T4改编如图3所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则(),A.Q1Q2，q1q2 B.Q1Q2，q1q2 C.Q1Q2，q1q2 D.Q1Q2，q1q2,图3,答案A,3.如图4甲所示，一个圆形线圈的匝数n1 000，线圈面积S200 cm2，线圈的电阻r1 ，线圈外接一个阻值R4 的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，求：,图4 (1)前4 s内的感应电动势的大小，以及通过R的电流方向； (2)前5 s内的感应电动势。,解析(1)前4 s内磁通量的变化21S(B2B1)200104(0.40.2) Wb4103 Wb 由法拉第电磁感应定律得,(2)前5 s内磁通量的变化21S(B2B1)200104(0.20.2) Wb0。,答案(1)1 V电流方向自下而上(2)0,1.平动切割 (1)常用公式：若运动速度v和磁感线方向垂直，则感应电动势EBlv。 其中B、l、v三者两两垂直。 (2)有效长度：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 (3)相对性：EBlv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。,切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源。常见的情景有以下两种：,导体切割磁感线产生的感应电动势,2.转动切割,图5 (1)AB边两端的电势差UAB； (2)在整个过程中通过导体截面的电荷量q； (3)拉力F的大小。,解析(1)线框在拉出过程中，CD边切割磁感线，相当于电源，EBL0v，,(2)通过导体截面的电荷量为,(3)由于线框匀速运动，所以FF安，,1.(2018上海闵行区模拟)如图6所示，在外力的作用下，导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度匀速转动，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，A、O间接有电阻R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为(),图6,答案C,2.(2017全国卷，20)(多选)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0.1 m、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7(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)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(),图7,A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动的速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t0.4 s至t0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N,答案BC,图8,答案B,1.自感现象的四大特点,(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。 (2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化。 (3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体。 (4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，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。,互感和自感,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,【典例】在如图9所示的电路中，线圈的自感系数很大，且其直流电阻可以忽略不计。D1和D2是两个完全相同的小灯泡，在开关S闭合和断开时(灯丝不会断)，D1和D2的亮度的变化情况是(),A.S闭合，D1很亮且亮度不变，D2逐渐变亮，最后两灯一样亮；S断开，D2立即灭，D1逐渐变亮 B.S闭合，D1不亮，D2很亮；S断开，D2立即灭 C.S闭合，D1和D2同时亮，而后D1灭，D2亮度不变；S断开，D2立即灭，D1亮一下才灭 D.S闭合，D1和D2同时亮，后D1逐渐熄灭，D2则逐渐变得更亮；S断开，D2立即灭，D1亮一下后才逐渐熄灭,图9,解析当S接通时，L的自感系数很大，瞬时L所在的电路视为断路，相当于D1与D2串联，故D1和D2同时亮且亮度相同。随着通过L的电流逐渐增大，L的分流作用增大，因L的直流电阻不计，D1的电流逐渐减小为零。由于总电阻变小，总电流变大，D2变得更亮。当S断开时，原电源不再提供电流，D2处于断路而立即灭。L产生自感电动势阻碍电流减小，且与D1构成回路，则D1将亮一下后再逐渐熄灭。故选项D正确。 答案D,1.如图10所示是研究自感实验的实物电路，L1、L2是两个规格相同的小灯泡，L为自感线圈，闭合开关S，调节滑动变阻器R，使两个灯泡的亮度相同，然后断开开关S，则(),图10,A.闭合开关S，L1、L2都逐渐变亮 B.闭合开关S，L2立刻变亮，L1逐渐变亮 C.闭合开关S稳定后，L仍有自感电动势 D.闭合开关S稳定后，断开S，L没有自感电动势 解析L1与线圈相连，闭合开关后线圈发生自感，L1逐渐变亮，L2与滑动变阻器相连，闭合开关后，L2立刻变亮，选项A错误，B正确；自感现象在开关闭合和断开的时候发生，电路稳定后，线圈没有自感电动势，选项C、D错误。 答案B,2.如图11所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感线圈L的直流电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D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(),图11,答案B,1.涡流,涡流电磁阻尼和电磁驱动,2.电磁阻尼与电磁驱动的比较,1.(多选)如图12所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少。以下说法正确的是(),图12,A.电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B.电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D.工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大,答案AD,2.如图13所示，蹄形磁铁的两极间，放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO转动，磁铁按如图示方向转动时，线圈的运动情况是(),图13 A.俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B.俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C.线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速 D.线圈静止不动,解析本题“原因”是磁铁有相对线圈的运动，“效果”便是线圈要阻碍两者的相对运动，但线圈阻止不了磁铁的运动，线圈只好跟着磁铁同向转动，但转速小于磁铁转速，如果二者转速相同，就没有相对运动，线圈就不会转动，故选项C正确。 答案C,
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