高考物理一轮复习 9.2法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件（选修3-2）.ppt

第2课时法拉第电磁感应定律自感涡流 知识梳理 知识点一 法拉第电磁感应定律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 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 欧姆 Blv 电流 自感电动势 大小 匝数 10 3 10 6 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 感应电流 思维深化判断正误 正确的画 错误的画 1 线圈中磁通量变化越大 产生的感应电动势越大 2 线圈中磁通量变化越快 产生的感应电动势越大 3 线圈中的电流越大 自感系数也越大 4 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 题组自测 题组一对法拉第电磁感应定律的理解及应用1 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 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 2 2014 江苏卷 1 如图1所示 一正方形线圈的匝数为n 边长为a 线圈平面与匀强磁场垂直 且一半处在磁场中 在 t时间内 磁感应强度的方向不变 大小由B均匀地增大到2B 在此过程中 线圈中产生的感应电动势为 图1 题组二公式E Blv的应用3 如图2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 1B a c 2 1C a c 1 2D c a 1 2 图2 4 有一个匀强磁场边界是EF 在EF右侧无磁场 左侧是匀强磁场区域 如图3甲所示 现有一个闭合的金属线框以恒定速度从EF右侧水平进入匀强磁场区域 线框中的电流随时间变化的i t图象如图乙所示 则可能的线框是下列四个选项中的 图3 题组三自感 涡流5 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁芯的线圈L 小灯泡A 开关S和电池组E 用导线将它们连接成如图4所示的电路 检查电路后 闭合开关S 小灯泡发光 再断开开关S 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 图4 A 电源的内阻较大B 小灯泡电阻偏大C 线圈电阻偏大D 线圈的自感系数较大解析由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流 由题图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路 与电源无关 故A错误 造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流 当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象 故B错误 C正确 自感系数越大 阻碍作用越强延迟现象越明显 故D错误 答案C 6 多选 2014 江苏卷 7 如图5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 图5 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 解析当电磁铁接通交流电源时 金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热 使水温升高 要缩短加热时间 需增大涡电流 即增大感应电动势或减小电阻 增加线圈匝数 提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势 瓷杯不能产生涡电流 取走铁芯会导致磁性减弱 所以选项A B正确 选项C D错误 答案AB 例1 多选 2014 四川卷 6 如图6所示 不计电阻的光滑U形金属框水平放置 光滑 竖直玻璃挡板H P固定在框上 H P的间距很小 质量为0 2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间 与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形 其有效电阻为0 1 此时在整个空间加方向与水平面成30 角且与金属杆垂直的匀强磁场 磁感应强度随时间变化规律是B 0 4 0 2t T 图示磁场方向为正方向 框 挡板和杆不计形变 则 图6 A t 1s时 金属杆中感应电流方向从C到DB t 3s时 金属杆中感应电流方向从D到CC t 1s时 金属杆对挡板P的压力大小为0 1ND t 3s时 金属杆对挡板H的压力大小为0 2N 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 变式训练 1 如图7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 图7 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算1 公式E Blv的使用条件 1 匀强磁场 2 B l v三者相互垂直 2 E Blv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8中 棒的有效长度为ab间的距离 图8 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 例2 多选 如图9所示 在一磁感应强度B 0 5T的匀强磁场中 垂直于磁场方向水平放着两根相距为h 0 1m的平行金属导轨MN和PQ 导轨电阻忽略不计 在两根导轨的端点N Q之间连接一阻值R 0 3 的电阻 导轨上跨放着一根长为L 0 2m 每米阻值r 2 0 的金属棒ab 金属棒与导轨正交放置 交点为c d 当金属棒在水平拉力作用于以速度v 4 0m s向左做匀速运动时 则下列说法正确的是 图9 A 金属棒a b两端点间的电势差为0 2VB 水平拉金属棒的力的大小为0 02NC 金属棒a b两端点间的电势差为0 32VD 回路中的发热功率为0 06W 该回路为纯电阻电路 回路中的热功率为P热 I2 R hr 0 08W D错误 金属棒ab两点间的电势差等于Uac Ucd与Udb三者之和 由于Ucd E Ircd 所以Uab Eab Ircd BLv Ihr 0 32V A错误 C正确 答案BC 变式训练 2 多选 2014 山东卷 16 如图10 一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内 通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定 导体棒与轨道垂直且接触良好 在向右匀速通过M N两区的过程中 导体棒所受安培力分别用FM FN表示 不计轨道电阻 以下叙述正确的是 A FM向右B FN向左C FM逐渐增大D FN逐渐减小 图10 考点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 自感中 闪亮 与 不闪亮 问题 例3 多选 如图11甲 乙所示的电路中 电阻R和自感线圈L的电阻值都很小 且小于灯泡A的电阻 接通S 使电路达到稳定 灯泡A发光 则 图11 A 在电路甲中 断开S后 A将逐渐变暗B 在电路甲中 断开S后 A将先变得更亮 然后才逐渐变暗C 在电路乙中 断开S后 A将逐渐变暗D 在电路乙中 断开S后 A将先变得更亮 然后才逐渐变暗 解析题图甲所示电路中 灯A和线圈L串联 电流相同 断开S时 线圈上产生自感电动势 阻碍原电流的减小 通过R A形成回路 灯A逐渐变暗 题图乙所示电路中 电阻R和灯A串联 灯A的电阻大于线圈L的电阻 电流则小于线圈L中的电流 断开S时 电源不给灯供电 而线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小 通过R A形成回路 灯A中电流比原来大 变得更亮 然后逐渐变暗 答案AD 变式训练 3 如图12所示的电路 开关原先闭合 电路处于稳定状态 在某一时刻突然断开开关S 则通过电阻R1中的电流I1随时间变化的图线可能是下图中的 图12 解析开关S原来闭合时 电路处于稳定状态 流过R1的电流方向向左 大小为I1 与R1并联的R2和线圈L支路 电流I2的方向也是向左 当某一时刻开关S突然断开时 L中向左的电流要减小 由于自感现象 线圈L产生自感电动势 在回路 L R1 A R2 中形成感应电流 电流通过R1的方向与原来相反 变为向右 并从I2开始逐渐减小到零 故D图正确 答案D