高考物理一轮复习 第9章 法拉第电磁感应定律（第2课时）课件

第 九 章 电 磁 感 应第二课时法拉第电磁感应定律,自感涡流 考纲考情：5年19考法拉第电磁感应定律( )自感，涡流( ) 基 础 梳 理 知识点一法拉第电磁感应定律 1感应电动势 (1)定 义 ： 在 _中 产 生 的 电 动势 (2)产 生 条 件 ： 穿 过 回 路 的 _发 生 改 变 ，与 电 路 是 否 闭 合 _ (3)方 向 判 断 ： 感 应 电 动 势 的 方 向 用 _或_判 断 电 磁 感 应 现 象 磁 通 量无 关 楞 次 定 律右 手 定 则 磁 通 量 的 变 化 线 圈 匝 数 知识点二导体切割磁感线产生感应电动势Blv Blvsin 电 流 发 生 变 化 自 感 现 象 圈 数 铁 芯 10 3 2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_，这种电流像水的漩涡，所以叫涡流 (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交流感应电动机就是利用_的原理工作的 感 应 电 流 阻 碍安 培 力感 应 电 流 电 磁 驱 动 2 如 图 所 示 ， 在 竖 直 向 下 的 匀 强 磁 场 中 ， 将 一 水平 放 置 的 金 属 棒 ab以 水 平 速 度 v0抛 出 设 在 整 个 过程 中 ， 棒 的 取 向 不 变 且 不 计 空 气 阻 力 ， 则 在 金 属 棒运 动 过 程 中 产 生 的 感 应 电 动 势 大 小 变 化 情 况 是 ( ) A 越 来 越 大 B 越 来 越 小 C 保 持 不 变 D 无 法 判 断 解析金属棒水平抛出后，在垂直于磁场方向上的速度不变，由EBLv可知，感应电动势也不变C项正确 答案C 3 如 图 所 示 ， 在 磁 感 应 强 度 为 B、 方 向 垂 直 纸 面 向里 的 匀 强 磁 场 中 ， 金 属 杆 MN在 平 行 金 属 导 轨 上 以速 度 v向 右 匀 速 滑 动 ， MN中 产 生 的 感 应 电 动 势 为 E1；若 磁 感 应 强 度 增 为 2B， 其 他 条 件 不 变 ， MN中 产 生的 感 应 电 动 势 变 为 E2.则 通 过 电 阻 R的 电 流 方 向 及 E1与 E2之 比 E1 E2分 别 为 ( ) A ca,2 1 B ac,2 1 C ac,1 2 D ca,1 2 解析金属杆垂直平动切割磁感线产生的感应电动势EBlv，判断金属杆切割磁感线产生的感应电流方向可用右手定则由右手定则判断可得，电阻R上的电流方向为a c，由EBlv知，E1Blv，E22Blv，则E1 E21 2，故选项C正确 答案C 4 (2016漳州高三质检)在 如 图 所 示 的 电 路中 ， a、 b为 两 个 完 全 相 同 的 灯 泡 ， L为 电 阻可 忽 略 不 计 的 自 感 线 圈 ， E为 电 源 ， S为 开关 关 于 两 灯 泡 点 亮 和 熄 灭 的 先 后 次 序 ， 下列 说 法 正 确 的 是 ( ) A 合 上 开 关 ， a先 亮 ， b后 亮 ； 断 开 开 关 ， a、b同 时 熄 灭 B 合 上 开 关 ， b先 亮 ， a后 亮 ； 断 开 开 关 ， a先 熄 灭 ， b后 熄 灭 C 合 上 开 关 ， b先 亮 ， a后 亮 ； 断 开 开 关 ， a，b同 时 熄 灭 D 合 上 开 关 ， a、 b同 时 亮 ； 断 开 开 关 ， b先熄 灭 ， a后 熄 灭 解析由于L是自感线圈，当合上S时，自感线圈L将产生自感电动势，阻碍电流的增加，故有b灯先亮，而a灯后亮当S断开时，L、a、b组成回路，L产生自感电动势阻碍电流的减弱，由此可知，a、b同时熄灭，故选项C正确 答案C 典例1(2013江苏卷，13)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N100，边长ab1.0 m、bc0.5 m，电阻r2 .磁感应强度B在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 E和 感 应电 流 的 方 向 ； (2)在 1 5 s内 通 过 线 圈 的 电 荷 量 q； (3)在 0 5 s内 线 圈 产 生 的 焦 耳 热 Q. (1)应 用 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 解 题 的 一 般 步 骤 分 析 穿 过 闭 合 电 路 的 磁 场 方 向 及 磁 通 量 的 变 化 情 况 ； 利 用 楞 次 定 律 确 定 感 应 电 流 的 方 向 ； 灵 活 选 择 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 不 同 表 达 形 式 列 方 程 求 解 . (2)应 注 意 的 问 题 ,通 过 回 路 的 电 荷 量 q仅 与 n、 和 回 路 电 阻R有 关 ， 与 变 化 过 程 所 用 的 时 间 长 短 无 关 ， 推 导 过 程 ： qxto(I)t f(nf(,t),R)t f(n,R) 针 对 训 练 1 如 图 甲 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 乙 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 ： 考 向 二 导 体 切 割 磁 感 线 产 生 感 应 电 动 势 的计 算 1公式EBlv的“四性” (1)正 交 性 ： 本 公 式 是 在 一 定 条 件 下 得 出 的 ，除 磁 场 为 匀 强 磁 场 外 ， 还 需 B、 l、 v三 者 互 相垂 直 (2)瞬 时 性 ： 若 v为 瞬 时 速 度 ， 则 E为 相 应 的 瞬时 感 应 电 动 势 (3)有 效 性 ： 公 式 中 的 l为 导 体 切 割 磁 感 线 的有 效 长 度 如 图 中 ， 棒 的 有 效 长 度 为 a、 b间 的 距 离 (4)相 对 性 ： E Blv中 的 速 度 v是 导 体 相 对 磁场 的 速 度 ， 若 磁 场 也 在 运 动 ， 应 注 意 速 度间 的 相 对 关 系 典例2(2015广东理综，35)如图(a)所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L0.4 m，导轨右端接有阻值R1 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v1 m/s做直线运动，求： 解题引路1.棒进入磁场之前，电路中的电动势产生是由磁通量的变化引起.2.棒进入磁场后，回路中的电动势产生是由于棒切割磁感线而引起，要注此过程有效长度的变化规律 3 (2016泰安高三质检)如 图 所 示 是 圆 盘 发 电 机的 示 意 图 ； 铜 盘 安 装 在 水 平 的 铜 轴 上 ， 它 的 边 缘正 好 在 两 磁 极 之 间 ， 两 块 铜 片 C、 D分 别 与 转 动 轴和 铜 盘 的 边 缘 接 触 若 铜 盘 半 径 为 L， 匀 强 磁 场 的磁 感 应 强 度 为 B， 回 路 的 总 电 阻 为 R， 从 左 往 右 看 ，铜 盘 以 角 速 度 沿 顺 时 针 方 向 匀 速 转 动 则 ( ) 答案BC 考 向 三 通 电 自 感 和 断 电 自 感 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 2三点注意、三个技巧 典例3如图所示，L1、L2、L3是完全相同的灯泡，L为直流电阻可忽略的自感线圈，电源内阻不计，开关S原来接通现将开关S断开，则() AL1变亮，L2变暗，最终两灯一样亮 BL2闪亮一下后恢复到原来的亮度 CL3变暗一下后恢复到原来的亮度 DL3闪亮一下后恢复到原来的亮度 解题引路1.S处于接通状态时通过各灯泡的电流I1，I2和I3各为多少？ 2S处于断开状态时通过各灯泡的电流I1，I2和I3又各为多少？ 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 针 对 训 练 4 (2016江苏常州检测)如 图 所 示 ， 电 路中 A、 B是 两 个 完 全 相 同 的 灯 泡 ， L是 一 个 自感 系 数 很 大 、 电 阻 可 忽 略 的 自 感 线 圈 ， C是电 容 很 大 的 电 容 器 当 S闭 合 与 断 开 时 ， A、B灯 泡 的 发 光 情 况 是 ( ) 解析S刚闭合后，A、B都变亮，且A比B亮，之后A逐渐熄灭，B逐渐变亮，选项A正确、B错误S闭合足够长时间后，A熄灭，B一直都是亮的，选项C、D错误 答案A 特色专题系列之(二十九)电磁感应解题新技巧范例1如图，两根相距L1 m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，导轨足够长，其一端接有一阻值为R2 的电阻，导轨处在磁感应强度为B0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向里一根质量m0.2 kg、电阻r0.5 的金属棒置于导轨左端，并与导轨垂直放置有两种情况可以让棒在导轨上做匀变速直线运动： (1)给 棒 施 加 一 个 水 平 向 右 的 随 时 间 变 化 的 力 F， 可 以 让 棒 从静 止 开 始 向 右 以 加 速 度 a1 1 m/s2做 匀 加 速 运 动 ； (2)将 轨道 左 端 的 定 值 电 阻 换 成 一 个 随 时 间 变 化 的 电 阻 R0， 再 给 棒一 个 水 平 向 右 的 初 速 度 v0 6 m/s， 可 以 使 棒 向 右 以 加 速度 a2 1 m/s2匀 减 速 运 动 一 段 时 间 则 上 述 两 种 情 况 所 描述 的 变 力 F和 变 化 的 电 阻 R0满 足 的 方 程 是 ( ) A F 0.1t 0.2(N)， R0 7 1.25t() B F 0.1t 0.2(N)， R0 7 1.25t() C F 0.125t 0.2(N)， R0 7.5 1.25t() D F 0.125t 0.2(N)， R 0 7.5 1.25t() 技巧点拨审题时首先抓住“让棒在导轨上做匀变速直线运动”的力学条件，由牛顿第二定律列方程，从方程中确定和区分两种情况下的变化因素，在第一种情况下，力F随安培力的变化而变化；第二种情况中则要保证安培力不变，电阻R0随时间变化极据变量关系整理方程，即可求得变化规律 本 题 为 常 见 的 导 体 棒 切 割 磁 感 线 类 试 题 ， 但命 题 者 提 出 了 不 同 的 角 度 ， 将 匀 变 速 运 动 的受 力 特 点 与 电 磁 感 应 相 结 合 ， 以 拓 展 解 题 思路 范例2相距为l的光滑导轨平面与水平面成角，匀强磁场垂直于导轨平面向上如图甲所示，质量为m、阻值为r、长度为l的两金属棒ab、cd水平放置在导轨上并与导轨保持良好接触，ab、cd间用长为L的绝缘轻质细线ef连接，ab用轻绳与固定的力传感器P相连，导轨电阻不计当匀强磁场的磁感应强度按图乙规律变化时，下列说法正确的是() A 0 t1时 间 内 传 感 器 示 数 减 小 B 0 t1时 间 内 绝 缘 线 ef弹 力 减 小 ， t1 t2时间 内 绝 缘 线 ef弹 力 增 大 C 若 t 0时 刻 绝 缘 线 ef弹 力 为 2mgsin ， 则t2时 刻 绝 缘 线 ef弹 力 为 0 D 在 绝 缘 线 ef弹 力 为 0之 后 ， 传 感 器 示 数 大于 2mgsin 技巧点拨回路磁通量变化率不变，则感应电流方向不变，所以磁感应强度反向，则安培力反向；回路磁通量变化率不变，则安培力大小以t1时刻对时间对称 试 题 为 双 棒 平 衡 、 磁 场 磁 感 应 强 度 变 化 相 结合 的 综 合 性 试 题 ， 力 、 电 综 合 性 强 ， 在 力 学方 向 涉 及 整 体 法 和 隔 离 体 的 选 择 ， 在 电 磁 感应 方 面 涉 及 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 应 用 、 安培 力 的 求 解 及 楞 次 定 律 的 应 用 频 考 一 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 理 解 1 如 图 甲 所 示 ， 电 路 的 左 侧 是 一 个 电 容 为 C的 电 容 器 ， 电 路 的 右 侧 是 一 个 环 形 导 体 ， 环形 导 体 所 围 的 面 积 为 S.在 环 形 导 体 中 有 一 垂直 纸 面 向 里 的 匀 强 磁 场 ， 磁 感 应 强 度 的 大 小随 时 间 变 化 的 规 律 如 图 乙 所 示 则 在 0 t0时间 内 电 容 器 ( ) 2 一 个 由 电 阻 均 匀 的 导 线 绕 的 制 成 的 闭 合 线圈 放 在 磁 场 中 ， 如 图 所 示 ， 线 圈 平 面 与 磁 场方 向 成 60 角 ， 磁 感 应 强 度 随 时 间 均 匀 变 化 ，下 列 方 法 可 使 感 应 电 流 增 加 一 倍 的 是 ( ) A 把 线 圈 匝 数 增 加 一 倍 B 把 线 圈 面 积 增 加 一 倍 C 把 线 圈 半 径 增 加 一 倍 D 改 变 线 圈 与 磁 场 方 向 的 夹 角 为 另 一 定 值 答案C 频 考 二 导 体 切 割 磁 感 线 产 生 应 电 动 势 的 计 算 3 (2016锦州高三模拟)如 图 所 示 ， 平 行 导轨 间 距 为 d， 一 端 跨 接 一 个 电 阻 R， 匀 强 磁 场的 磁 感 应 强 度 为 B， 方 向 垂 直 于 平 行 金 属 导轨 所 在 平 面 一 根 金 属 棒 与 导 轨 成 角 放 置 ，金 属 棒 与 导 轨 的 电 阻 均 不 计 当 金 属 棒 垂 直于 棒 的 方 向 以 恒 定 的 速 度 v在 金 属 导 轨 上 滑 行时 ， 通 过 电 阻 R的 电 流 是 ( ) 4 (2016武汉摸底)如 图 所 示 ， 正 方 形 线 框的 左 半 侧 处 在 磁 感 应 强 度 为 B的 匀 强 磁 场 中 ，磁 场 方 向 与 线 框 平 面 垂 直 ， 线 框 的 对 称 轴 MN恰 与 磁 场 边 缘 平 齐 若 第 一 次 将 线 框 从 磁 场中 以 恒 定 速 度 v1向 右 匀 速 拉 出 ， 第 二 次 以 线速 度 v2让 线 框 绕 轴 MN匀 速 转 过 90 ， 为 使 两次 操 作 过 程 中 ， 线 框 产 生 的 平 均 感 应 电 动 势相 等 ， 则 ( ) 频 考 三 自 感 现 象 5 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 后 ， 在 t t1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 ( )