高考物理总复习 第9章 电磁感应（第2课时）法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件1

第 2 课 时 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 自 感 涡 流 基 础 过 关 1.感应电动势(1)概 念 ： 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 。考点一法拉第电磁感应定律(/d)电 磁 感 应 现 象 磁 通 量无 关 楞 次 定 律 右 手 定 则 2.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 。(2)公 式 ： E ， 其 中 n为 线 圈 匝 数 。(3)感 应 电 流 与 感 应 电 动 势 的 关 系 ： 遵 守 闭 合 电 路 的 _定 律 ，即 I 。_ 磁 通 量 的 变 化 率欧 姆 Blv 【过关演练】1.(2015浙江1月学考)如 图 所 示 ， 某 实 验 小组 在 操 场 上 做 摇 绳 发 电 实 验 。 长 导 线 两端 分 别 连 在 灵 敏 电 流 表 的 两 个 接 线 柱 上 ，形 成 闭 合 电 路 。 两 位 同 学 以 每 2秒 约 3圈的 转 速 匀 速 摇 动 AB段 导 线 。 假 定 被 摇 动的 导 线 由 水 平 位 置 1按 图 示 方 向 第 一 次 运 动 到 竖 直 位 置 2的 过 程中 ， 磁 通 量 的 变 化 量 约 为 10 4 Wb， 则 该 过 程 回 路 中 产 生 的 感应 电 动 势 约 为 ( )A.2 10 4 V B.2.7 10 4 V C.3 10 4 V D.6 10 4 V 答案D 2.(2014浙江1月学考)如 图 所 示 ， 一 对 光 滑 的 平 行 金 属 导 轨 固 定在 同 一 水 平 面 内 ， 导 轨 间 距 0.4 m， 左 端 接 有 阻 值 为 0.2 的 电 阻 。一 质 量 为 0.2 kg、 电 阻 为 0.1 的 金 属 棒 MN放 置 在 导 轨 上 ， 导 轨之 间 有 竖 直 向 上 的 匀 强 磁 场 ， 磁 感 应 强 度 大 小 为 0.5 T。 棒 在 水平 向 右 的 外 力 作 用 下 以 0.3 m/s的 速 度 匀 速 运 动 ， 运 动 过 程 中 始终 与 导 轨 垂 直 且 两 端 与 导 轨 保 持 良 好 接 触 。 已 知 导 轨 足 够 长 且电 阻 不 计 ， 则 ( )A.MN棒 运 动 过 程 中 两 端 的 电 压 为 0.02 VB.MN棒 运 动 过 程 中 两 端 的 电 压 为 0.06 VC.棒 匀 速 运 动 1 s过 程 中 电 阻 R发 热 0.008 JD.棒 匀 速 运 动 1 s过 程 中 电 阻 R发 热 0.012 J 答案C 要 点 突 破 要点一法拉第电磁感应定律应用1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分 析 穿 过 闭 合 电 路 的 磁 场 方 向 及 磁 通 量 的 变 化 情 况 ；(2)利 用 楞 次 定 律 确 定 感 应 电 流 的 方 向 ；(3)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 。 【例1】 如 图 甲 所 示 ， 一 个 圆 形 线 圈 的 匝 数 n 1 000， 线 圈 面 积 S 200 cm2， 线 圈 的 电 阻 r 1 ， 线 圈 外 接 一 个 阻 值 R 4 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 ：(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 。 答案(1)1 V 电 流 方 向 自 下 而 上 (2)0 要点二导体切到磁感线产生感应电动势的计算1.公式EBlv的使用条件(1)匀 强 磁 场 。(2)B、 l、 v三 者 相 互 垂 直 。2.EBlv的“三性”(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 。 o 如 图 中 ， 棒 的 有 效 长 度 为 ab间 的 距 离 。 答案A 答案D 精 练 题 组 1.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.c a， 2 1 B.a c， 2 1C.a c， 1 2 D.c a， 1 2 答案 C 答案B 3.如 图 所 示 ， A、 B两 闭 合 线 圈 用 同 样 导 线 绕成 ， A有 10匝 ， B有 20匝 ， 两 圆 线 圈 半 径 之比 为 2 1， 均 匀 磁 场 只 分 布 在 B线 圈 内 ， 当磁 场 随 时 间 均 匀 减 弱 时 ( )A.A中 无 感 应 电 流B.A、 B中 均 有 恒 定 的 感 应 电 流C.A、 B中 感 应 电 动 势 之 比 为 1 1D.A、 B中 感 应 电 流 之 比 为 1 1 答案B 5.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 0 2.0 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 取 g 10 m/s2) 答案(1)25匝 (2)0.1 T/s 基 础 过 关 1.互感现象(1)定 义 ： 两 个 相 互 靠 近 的 线 圈 ， 当 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 应 电 动 势 ， 这种 现 象 叫 互 感 。(2)作 用 ： 利 用 互 感 现 象 可 以 把 _由 一 个 线 圈 传 递 到 另 一 个 线圈 ， 如 变 压 器 、 收 音 机 的 磁 性 天 线 。考点二互感和自感涡流、电磁阻尼和电磁驱动(/b)能 量 2.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 。(2)自 感 电 动 势 定 义 ： 在 自 感 现 象 中 产 生 的 感 应 电 动 势 叫 做 _。 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 。电 流 自 感 电 动 势_ 大 小 匝 数10 3 10 6 3.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 4.电磁阻尼(1)定 义 ： 当 导 体 在 磁 场 中 运 动 时 ， _电 流 会 使 导 体 受 到 安培 力 ， 安 培 力 的 方 向 总 是 _。(2)应 用 ： 磁 电 式 仪 表 中 利 用 电 磁 阻 尼 使 指 针 迅 速 停 止 ， 便 于读 数 。5.电磁驱动(1)定 义 ： 磁 场 相 对 于 导 体 转 动 时 ， 导 体 中 产 生 感 应 电 流 ， 感应 电 流 使 导 体 受 到 _的 作 用 ， 使 导 体 运 动 起 来 。(2)应 用 ： 交 流 感 应 电 动 机 。 感 应阻 碍 导 体 的 运 动安 培 力 【过关演练】1.(多 选 )如 图 所 示 ， 在 线 圈 上 端 放 置 一 盛 有 冷 水 的 金 属 杯 ， 现 接 通交 流 电 源 ， 过 了 几 分 钟 ， 杯 内 的 水 沸 腾 起 来 。 若 要 缩 短 上 述 加热 时 间 ， 下 列 措 施 可 行 的 有 ( )A.增 加 线 圈 的 匝 数B.提 高 交 流 电 源 的 频 率C.将 金 属 杯 换 为 瓷 杯D.取 走 线 圈 中 的 铁 芯 解析该装置的工作原理是，线圈内变化的电流产生变化的磁场，从而使金属杯内产生涡流把电能转化为内能，使杯内的水升温。交流电源的频率一定时，线圈产生的磁场的磁感应强度最大值Bm越大，杯内磁通量变化就越快，产生的涡流就越大，增加线圈的匝数会使线圈产生的磁场Bm增大，而取走线圈中的铁芯会使线圈产生的磁场Bm减小，故A对、D错；交流电源的频率增大，杯内磁通量变化加快，产生的涡流增大，故B正确；瓷为绝缘材料，不能产生涡流，故C错。答案AB 2.(2016杭州五校联考)如 图 所 示 电 路 中 ， P、Q两 灯 相 同 ， 带 铁 芯 的 线 圈 L与 Q灯 串 联 ，则 ( )A.S接 通 瞬 间 ， P立 即 发 光 ， Q逐 渐 亮 起 来B.S接 通 瞬 间 ， P、 Q同 时 发 光C.S接 通 瞬 间 ， Q立 即 发 光 ， P逐 渐 亮 起 来D.S接 通 瞬 间 ， P、 Q均 逐 渐 亮 起 来解析S接通瞬间，由于L的自感作用，P立即发光。 Q逐渐亮起来，稳定后两灯亮度相同，A正确、B、C、D错误。答案A 要 点 突 破 要点一自感现象理解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.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与 线 圈 串 联 的 灯 泡 与 线 圈 并 联 的 灯 泡电 路 图通 电 时 电 流 逐 渐 增 大 ， 灯 泡 逐渐 变 亮 电 流 突 然 增 大 ， 然 后 逐 渐 减 小 达 到 稳 定断 电 时 电 流 逐 渐 减 小 ， 灯 泡 逐 渐 变 暗 ， 电 流 方 向 不 变 电 路 中 稳 态 电 流 为 I1、 I2： 若 I2 I1，灯 泡 逐 渐 变 暗 ； 若 I2I1， 灯 泡 闪 亮 后逐 渐 变 暗 。 两 种 情 况 灯 泡 中 电 流 方 向 均改 变 【例1】 如 图 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 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 ( ) 答案B 【例2】 (多 选 )如 图 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 ( )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 要点三电磁阻尼和电磁驱动电 磁 阻 尼 与 电 磁 驱 动 的 比 较 电 磁 阻 尼 电 磁 驱 动不同点 成 因 由 于 导 体 在 磁 场 中 运 动 而产 生 感 应 电 流 ， 从 而 使 导体 受 到 安 培 力 由 于 磁 场 运 动 引 起 磁 通 量 的 变 化 而产 生 感 应 电 流 ， 从 而 使 导 体 受 到 安培 力效 果 安 培 力 的 方 向 与 导 体 运 动方 向 相 反 ， 阻 碍 导 体 运 动 导 体 受 安 培 力 的 方 向 与 导 体 运 动 方向 相 同 ， 推 动 导 体 运 动能 量 转 化 导 体 克 服 安 培 力 做 功 ， 其他 形 式 的 能 转 化 为 电 能 ，最 终 转 化 为 内 能 由 于 电 磁 感 应 ， 磁 场 能 转 化 为 电 能 ，通 过 安 培 力 做 功 ， 电 能 转 化 为 导 体的 机 械 能 ， 而 对 外 做 功相 同 点 两 者 都 是 电 磁 感 应 现 象 ， 都 遵 循 楞 次 定 律 ， 都 是 安 培 力 阻 碍 引起 感 应 电 流 的 导 体 与 磁 场 间 的 相 对 运 动 。 【例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，B、C选项正确。答案BC 精 练 题 组 1.(2016浙江宁波选考模拟)如 图 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 ( ) 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 所 示 ， 在 光 滑 绝 缘 水 平 面 上 ， 有 一铝 质 圆 形 金 属 球 以 一 定 的 初 速 度 通 过 有界 匀 强 磁 场 ， 则 从 球 开 始 进 入 磁 场 到 完全 穿 出 磁 场 过 程 中 (磁 场 宽 度 大 于 金 属 球 的 直 径 )， 小 球 ( )A.整 个 过 程 匀 速B.进 入 磁 场 过 程 中 球 做 减 速 运 动 ， 穿 出 过 程 做 加 速 运 动C.整 个 过 程 都 做 匀 减 速 运 动D.穿 出 时 的 速 度 一 定 小 于 初 速 度解析小球在进入和穿出磁场时都有涡流产生，要受到阻力，即电磁阻尼作用，所以穿出时的速度一定小于初速度。答案D 3.如 图 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 铁如 图 示 方 向 转 动 时 ， 线 圈 的 运 动 情 况 是 ( )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 4.(多 选 )(2016杭二中期末)如 图 所 示 电 路 中 ， L是 自 感 系 数 足 够 大的 线 圈 ， 它 的 电 阻 可 忽 略 不 计 ， D1和 D2是 两 个 完 全 相 同 的 小 灯泡 。 则 下 列 说 法 中 正 确 的 是 ( )A.K闭 合 瞬 间 ， 两 灯 同 时 亮 ， 以 后 D 1熄 灭 ， D2变 亮B.K闭 合 瞬 间 ， D1先 亮 ， D2后 亮 ， 最 后 两 灯 亮 度 一 样C.K断 开 时 ， 两 灯 都 亮 一 下 再 慢 慢 熄 灭D.K断 开 时 ， D2立 即 熄 灭 ， D1亮 一 下 再 慢 慢 熄 灭 解析K闭合瞬间，由于通过线圈的电流变大，在线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加，此时刻电感线圈可看做断路，此时电流通过两个灯泡而同时发光；当电路稳定后，由于线圈的电阻为零，故灯泡D1被线圈短路而熄灭，而D2变的更亮，选项A正确，B错误；K断开时，D2立即熄灭，而由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，自感电动势在L和D1中形成新的回路，故使得D1亮一下再慢慢熄灭，选项D正确，C错误；故选A、D。答案AD