2019年高考物理总复习 第十章 电磁感应 第2课时 法拉第电磁感应定律 自感和涡流课件 教科版.ppt

第2课时法拉第电磁感应定律自感和涡流 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 法拉第电磁感应定律1 感应电动势 1 概念 由产生的电动势 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 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这个电路的成正比 2 公式 E n 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 电磁感应 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 欧姆 3 导体切割磁感线时的感应电动势 Lv t BLv t BLv vcos vsin BLvsin 1 匀速转动 如图 导体棒以某一端点为轴 在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E BL 平均速度等于中点位置的线速度L 2 下面图示情况 a b c d四段导体两端的感应电动势各为多大 Ea Eb Ec Ed 导体b向垂直于导体棒的方向运动时 感应电动势最大 最大是 BLv BLv BLv BLv 二 自感 涡流1 自感 1 概念 由于导体线圈本身的变化而引起的电磁感应现象 叫做自感 2 自感电动势 定义 在自感现象中产生的电动势叫做 表达式 EL 3 自感系数L 相关因素 跟线圈的 体积 以及是否有铁芯有关 单位 亨利 H 1mH H 1 H H 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 这种电流像水的旋涡 所以叫涡流 电流 自感电动势 匝数 形状 感应电流 10 3 10 6 自主检测 1 思考判断 1 磁通量变化越大 产生的感应电动势也越大 2 磁通量变化越快 产生的感应电动势就越大 3 磁场相对导体棒运动时 导体棒中也能产生感应电动势 4 线圈匝数n越多 磁通量越大 产生的感应电动势越大 5 线圈中的电流越大 自感系数也越大 6 自感电动势阻碍电流的变化 但不能阻止电流的变化 答案 1 2 3 4 5 6 2 2018 惠州调研 多选 如图 甲 所示 面积S 1m2的导体圆环内通有垂直于圆平面向里的磁场 磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图 乙 所示 B取向里为正 以下说法正确的是 A 环中产生逆时针方向的感应电流B 环中产生顺时针方向的感应电流C 环中产生的感应电动势大小为1VD 环中产生的感应电动势大小为2V AC 3 2018 无锡模拟 如图所示 三个灯泡L1 L2 L3的电阻关系为R1 R2 R3 电感线圈L的电阻可忽略 D为理想二极管 开关S从闭合状态突然断开时 下列判断正确的是 A L1逐渐变暗 L2 L3均先变亮 然后逐渐变暗B L1逐渐变暗 L2立即熄灭 L3先变亮 然后逐渐变暗C L1立即熄灭 L2 L3均逐渐变暗D L1 L2 L3均先变亮 然后逐渐变暗 B 解析 开关S处于闭合状态时 由于R1I2 I3 开关S从闭合状态突然断开时 L产生自感电动势 由于二极管的反向截止作用 L2立即熄灭 电感线圈 L1 L3组成闭合回路 L1逐渐变暗 通过L3的电流由I3变为I1 再逐渐减小 故L3先变亮 然后逐渐变暗 选项B正确 核心探究分类探究 各个击破 考点一法拉第电磁感应定律的理解与应用 典例1 2018 合肥校级模拟 多选 在如图 甲 所示的电路中 螺线管匝数n 1500匝 横截面积S 20cm2 螺线管导线电阻r 1 0 R1 4 0 R2 5 0 C 30 F 在一段时间内 穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图 乙 所示的规律变化 则下列说法中正确的是 A 螺线管中产生的感应电动势为1 2VB 闭合S 电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C 电路中的电流稳定后 电阻R1的电功率为5 10 2WD S断开后 流经R2的电荷量为1 8 10 5C AD 方法技巧应用法拉第电磁感应定律注意点 多维训练 1 导学号58826210 法拉第电磁感应定律的理解 2018 山东枣庄检测 如图 甲 所示 圆形线圈垂直放在匀强磁场里 第1s内磁场方向指向纸里 如图 乙 若磁感应强度大小随时间变化的关系如图 甲 那么 下面关于线圈中感应电流的说法正确的是 A 在第1s内感应电流增大 电流方向为顺时针B 在第2s内感应电流减小 电流方向为逆时针C 在第3s内感应电流大小不变 电流方向为顺时针D 在第4s内感应电流大小不变 电流方向为顺时针 C 2 法拉第电磁感应定律的应用 2016 北京卷 16 如图所示 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2 1 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 A Ea Eb 4 1 感应电流均沿逆时针方向B Ea Eb 4 1 感应电流均沿顺时针方向C Ea Eb 2 1 感应电流均沿逆时针方向D Ea Eb 2 1 感应电流均沿顺时针方向 B 考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算 公式E BLv的 四性 1 正交性 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 即导体与v垂直方向上的投影长度 如图中有效长度分别为 4 相对性 公式中的速度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 2017 江苏卷 13 如图所示 两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内 其右端接一阻值为R的电阻 质量为m的金属杆静置在导轨上 其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B 方向竖直向下 当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后 金属杆的速度变为v 导轨和金属杆的电阻不计 导轨光滑且足够长 杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 求 1 MN刚扫过金属杆时 杆中感应电流的大小I 2 MN刚扫过金属杆时 杆的加速度大小a 3 PQ刚要离开金属杆时 感应电流的功率P 审题图示 反思总结 1 在应用公式E BLv求解电动势时 其中 v 为相对于磁场的速度大小 2 求解切割类电磁感应中电流 安培力 电功 电功率 加速度 动量 动能等物理量时 牛顿运动定律 功能关系 动能定理及直流电路规律同样适用 多维训练 1 转动切割 2016 全国 卷 20 多选 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示 铜圆盘安装在竖直的铜轴上 两铜片P Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触 圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中 圆盘旋转时 关于流过电阻R的电流 下列说法正确的是 A 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定B 若从上向下看 圆盘顺时针转动 则电流沿a到b的方向流动C 若圆盘转动方向不变 角速度大小发生变化 则电流方向可能发生变化D 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍 则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 AB 2 导学号58826211 含电容器的平动切割 2018 山东潍坊质检 如图所示 平行光滑金属导轨倾斜放置 与水平面间的夹角为 间距为L 导轨上端与一电容为C的电容器相连 匀强磁场磁感应强度为B 方向垂直于导轨平面向上 质量为m的导体棒垂直放在导轨上并由静止释放 导轨足够长 则导体棒 A 做变加速直线运动B 先做变加速直线运动 再做匀速运动C 做匀加速直线运动且加速度大小为gsin D 做匀加速直线运动且加速度大小为 D 考点三自感和涡流 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 典例3 2018 宜春模拟 如图所示 电路中的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 当开关S断开与闭合时 关于A B两灯泡发光情况的说法 其中正确的是 A S刚闭合瞬间 B灯亮一下又逐渐变暗 A灯逐渐变亮B S刚闭合瞬间 A灯亮一下又逐渐变暗 B灯逐渐变亮C S闭合足够长时间后 A灯泡和B灯泡一样亮D S闭合足够长时间后再断开 B灯立即熄灭 A灯逐渐熄灭 B 核心点拨 1 S刚闭合时 电容器充电 自感线圈阻碍电流增大 2 S闭合足够长时间后 电容器支路无电流 自感线圈相当于短路 解析 S刚闭合后 灯泡A与自感线圈并联 由于自感阻碍电流的增大 所以A灯亮一下 然后逐渐熄灭 B灯与电容器并联 由于电容器充电 所以B灯逐渐变亮 故A错误 B正确 S闭合足够长时间后 C中无电流 相当于断路 L相当于短路 所以B灯很亮 而A灯不亮 故C D错误 方法总结解决自感问题的三个技巧 针对训练 2018 太原模拟 电磁炉热效率高达90 炉面无明火 无烟无废气 火力 强劲 安全可靠 如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图 下列说法正确的是 A 当恒定电流通过线圈时 会产生恒定磁场 恒定磁场越强 电磁炉加热效果越好B 在锅和电磁炉中间放一纸板 则电磁炉不能起到加热作用C 电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅 主要原因是这些材料的导热性能较差D 电磁炉通电线圈加交变电流后 在锅底产生涡流 进而发热工作 D 解析 电磁炉是通过锅体中的涡流加热的 而锅体中的涡流是由变化的磁场产生的 所加的电流是交流 不是直流 电流不恒定 故A错误 D正确 在锅和电磁炉中间放一纸板 不会影响电磁炉的加热作用 故B错误 金属锅自身能够产生涡流而直接加热 但陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料 里面不会产生涡流 故C错误 演练提升真题体验 强化提升 高考模拟 1 法拉第电磁感应定律的应用 2017 天津卷 3 如图所示 两根平行金属导轨置于水平面内 导轨之间接有电阻R 金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 现使磁感应强度随时间均匀减小 ab始终保持静止 下列说法正确的是 A ab中的感应电流方向由b到aB ab中的感应电流逐渐减小C ab所受的安培力保持不变D ab所受的静摩擦力逐渐减小 D 解析 根据楞次定律 感应电流产生的磁场向下 再根据安培定则 可判断ab中感应电流方向从a到b A错误 磁场变化是均匀的 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势恒定不变 感应电流I恒定不变 B错误 安培力F BIL 由于I L不变 B减小 所以ab所受的安培力逐渐减小 根据力的平衡条件 静摩擦力逐渐减小 C错误 D正确 2 平动切割 2018 遵义模拟 多选 如图所示 阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1 v2的速度沿光滑水平导轨 电阻不计 匀速滑到a b 位置 若v1 v2 1 2 则在这两次过程中 A 回路电流I1 I2 1 2B 产生的热量Q1 Q2 1 4C 通过任一截面的电荷量q1 q2 1 1D 外力的功率P1 P2 1 2 AC 3 自感现象 2017 北京卷 19 图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图 L1和L2为电感线圈 实验时 断开开关S1瞬间 灯A1突然闪亮 随后逐渐变暗 闭合开关S2 灯A2逐渐变亮 而另一个相同的灯A3立即变亮 最终A2与A3的亮度相同 下列说法正确的是 A 图1中 A1与L1的电阻值相同B 图1中 闭合S1 电路稳定后 A1中电流大于L1中电流C 图2中 变阻器R与L2的电阻值相同D 图2中 闭合S2瞬间 L2中电流与变阻器R中电流相等 C 解析 图1中 开关S1断开瞬间 灯A1突然闪亮 随后逐渐变暗 说明电路稳定时IL1 IA1 故RL1 RA1 选项A B错误 图2中 电路稳定后A2与A3的亮度相同 说明两支路电流相等 故R RL2 选项C正确 闭合S2瞬间 L2对电流的变化起阻碍作用 L2所在支路的电流小于滑动变阻器所在支路的电流 选项D错误 4 电磁感应的综合应用 2016 全国 卷 24 如图 两固定的绝缘斜面倾角均为 上沿相连 两细金属棒ab 仅标出a端 和cd 仅标出c端 长度均为L 质量分别为2m和m 用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca 并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上 使两金属棒水平 右斜面上存在匀强磁场 磁感应强度大小为B 方向垂直于斜面向上 已知两根导线刚好不在磁场中 回路电阻为R 两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 重力加速度大小为g 已知金属棒ab匀速下滑 求 解析 1 设导线的张力的大小为T 右斜面对ab棒的支持力的大小为N1 作用在ab棒上的安培力的大小为F 左斜面对cd棒的支持力大小为N2 对于ab棒 由力的平衡条件得2mgsin N1 T F N1 2mgcos 对于cd棒 同理有mgsin N2 T N2 mgcos 联立 式得F mg sin 3 cos 答案 1 mg sin 3 cos 1 作用在金属棒ab上的安培力的大小 2 金属棒运动速度的大小 拓展增分 电磁感应在生活中的应用的有关问题有关现代信息和STS问题中信息题 命题背景有电磁炉 电子秤 电磁卡 电磁焊接术 卫星悬绳发电 磁悬浮列车等 是高考命题的重点之一 解题策略是认真审题 挖掘题干给定的信息 灵活运用给定的信息是解题的关键 示例 2017 湖南长沙三模 随着科技的不断发展 无线充电已经进入人们的视线 小到手表 手机 大到电脑 电动汽车的充电 都已经实现了从理论研发到实际应用的转化 下图给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图 关于无线充电 下列说法正确的是 A 无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是 电流的磁效应 B 只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C 接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D 只要有无线充电底座 所有手机都可以进行无线充电 C 解析 由于题干给定的是无线充电手机利用电磁感应方式 因此其工作原理是电磁感应现象 故A错误 当充电设备通以恒定直流 发射线圈不会产生交变磁场 那么不能够正常使用 故B错误 接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同 故C正确 被充电手机内部有一 接收线圈 与手机电池相连 当有交变磁场时 则出现感应电动势 而普通手机无此功能 不能够利用无线充电设备进行充电 故D错误