高三物理一轮复习第十章电磁感应第3讲法拉第电磁感应定律自感现象课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律自感现象 知识梳理 知识点1法拉第电磁感应定律1 感应电动势 1 概念 在 现象中产生的电动势 2 产生 只要 就能产生感应电动势 与电路是否闭合无关 电磁感应 穿过回路的磁通量发生变化 3 方向 产生感应电动势的电路 导体或线圈 相当于电源 电源的正 负极可由 或 判断 右手定则 楞次定律 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的 成正比 2 公式 E n 其中为磁通量的 n为线圈匝数 变化率 变化率 知识点2导体切割磁感线时的感应电动势 Blv Blvsin l 导体切割磁感线的有效长度 v与B的夹角 绕导体棒一端转动的角速度 如图甲 E 如图乙 l E 30 L BLv 知识点3自感 涡流1 自感现象 由于通过导体自身的 发生变化而产生的电磁感应现象 2 自感电动势 1 定义 在自感现象中产生的感应电动势 2 表达式 E 电流 3 自感系数L 相关因素 与 等因素有关 单位 亨利 H 常用单位还有毫亨 mH 微亨 H 1mH H 1 H H 3 涡流 当线圈中的电流发生变化时 在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的 线圈的大小 形状 圈数以及是否有 铁芯 10 3 10 6 感应电流 易错辨析 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 提示 1 据E 可知 E与成正比 越大 E不一定越大 2 描述的是磁通量变化的快慢 故磁通量变化越快 感应电动势越大 3 磁场运动时 若导体棒切割磁感线 则由E Blv可知 也能产生感应电动势 4 磁通量与线圈匝数无关 感应电动势的大小与磁通量的变化率有关 与磁通量的大小无关 5 自感系数由线圈自身因素决定 与电流大小无关 6 阻碍不是阻止 阻碍只是延缓了电流的变化 考点1法拉第电磁感应定律的理解和应用 核心要素精讲 1 感应电动势的决定因素 1 由E n知 感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈匝数n共同决定 磁通量 较大或磁通量的变化量 较大时 感应电动势不一定较大 2 为单匝线圈产生的感应电动势大小 2 法拉第电磁感应定律的两个特例 1 回路与磁场垂直的面积S不变 磁感应强度发生变化 则 B S E n S 2 磁感应强度B不变 回路与磁场垂直的面积发生变化 则 B S E nB 高考命题探究 典例1 2016 浙江高考 如图所示 a b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成 匝数均为10匝 边长la 3lb 图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场 且磁感应强度随时间均匀增大 不考虑线圈之间的相互影响 则 世纪金榜导学号42722223 A 两线圈内产生顺时针方向的感应电流B a b线圈中感应电动势之比为9 1C a b线圈中感应电流之比为3 4D a b线圈中电功率之比为3 1 解析 选B a b两个正方形线圈内的磁场垂直于纸面向里 磁感应强度均匀增加 由楞次定律可以判断感应电流的磁场垂直于纸面向外 再根据安培定则可知 两线圈内产生逆时针方向的感应电流 A错误 由E 可知B正确 a b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成 匝数相同 Ra Rb 3 1 由闭合电路的欧姆定律得Ia Ib 则 C项 错误 Pa Ia2Ra Pb Ib2Rb则Pa Pb 27 1 D错误 故选B 强化训练 如图所示 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 解析 选B 线圈在磁场中的面积S a2 穿过线圈的磁通量的变化量 2BS BS Ba2 根据法拉第电磁感应定律E n得E 所以B正确 规律总结 应用法拉第电磁感应定律应注意的问题 1 公式求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势 在磁通量均匀变化时 瞬时值才等于平均值 2 求感应电动势时 S应为线圈在磁场范围内的有效面积 3 应用 t图线求感应电动势时 磁通量的变化率对应 t图线上该点切线的斜率 加固训练 1 多选 2017 郑州模拟 如图所示 闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度的大小随时间变化而变化 下列说法中正确的是 A 当磁感应强度增大时 线框中的感应电流可能减小B 当磁感应强度增大时 线框中的感应电流一定增大C 当磁感应强度减小时 线框中的感应电流一定增大D 当磁感应强度减小时 线框中的感应电流可能不变 解析 选A D 线框中的感应电动势为E S 设线框的电阻为R 则线框中的电流I 因为B增大或减小时 可能减小 可能增大 也可能不变 线框中的感应电动势的大小只和磁通量的变化率有关 和磁通量的变化量无关 故选项A D正确 2 如图所示 用两根相同的导线绕成匝数分别为n1和n2的圆形闭合线圈A和B 两线圈平面与匀强磁场垂直 当磁感应强度随时间均匀变化时 两线圈中的感应电流之比IA IB为 解析 选B 导线相同 则电阻R相同 制作成匝数分别为n1 n2的圆形线圈后 设其半径分别为r1 r2 则n1 2 r1 n2 2 r2 面积之比为两线圈产生的感应电动势之比为 由于电阻R相等 故感应电流之比为B正确 考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算 核心要素精讲 1 E Blv的三个特性 1 正交性 本公式要求磁场为匀强磁场 而且B l v三者相互垂直 2 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度 3 相对性 E Blv中速度v是导体与磁场的相对速度 2 公式E n与E Blv的比较 高考命题探究 典例2 多选 2016 全国卷 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 世纪金榜导学号42722224 A 若圆盘转动的角速度恒定 则电流大小恒定B 若从上往下看 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 解析 选A B 若圆盘转动的角速度恒定 则相当于无数切割磁感线的导体的运动速度恒定 切割磁感线感应电动势为E Br2 也恒定 则电流大小恒定 A正确 由右手定则可知 从上往下看 只要圆盘顺时针转动 电流就沿a到b的方向流动 不会改变 B正确 C错误 由于电流在R上的热功率与电流的平方成正比 圆盘转动的 角速度变为原来的2倍时 圆盘切割磁感线产生的感应电动势变为原来的2倍 电流也变为原来的2倍 电流在R上的热功率变为原来的4倍 选项D错误 感悟提高 1 特点 本题属于感应电流大小 方向的分析问题 2 方法 应用 分析感应电流方向 根据 分析感应电动势大小 3 拓展 圆盘转动时圆盘边缘上P点外的其他点与铜轴之间 选填 存在 或 不存在 电势差 右手定则 存在 强化训练 1 2015 海南高考 如图 空间有一匀强磁场 一直金属棒与磁感应强度方向垂直 当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时 棒两端的感应电动势大小为 将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的 折线 置于与磁感应强度相垂直的平面内 当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时 棒两端的感应电动势大小为 则等于 解析 选B 若直金属棒的长为L 则弯成折线后 有效切割长度为L 根据 BLv可知感应电动势的大小与有效切割长度成正比 故 B正确 2 如图所示 等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场 它的底边在x轴上且长为2L 高为L 纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域 在t 0时刻恰好位于如图所示的位置 以顺时针方向为导线框中电流的正方向 下面四幅图中能够正确表示导线框中的电流 位移 i x 关系的是 解析 选B 导线框前进L之前 切割磁感线的右边逐渐变长 感应电流逐渐增大 再前进 左边进入磁场切割磁感线 感应电流减小 前进1 5L时 电流为零 再前进 电流为逆时针方向 感应电流为负值 且导线框从进磁场到出来过程中 只有前进1 5L时电流为零 故B正确 加固训练 多选 半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆 单位长度电阻均为R0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为B 杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心O开始 杆的位置由 确定 如图所示 则 A 0时 杆产生的电动势为2BavB 时 杆产生的电动势为BavC 0时 杆受的安培力大小为D 时 杆受的安培力大小为 解析 选A D 当 0时 导体杆的等效长度最大为2a 这时感应电动势最大 为E 2Bav A正确 根据F BIl I 联立可得F C错误 当 时 导体杆的等效长度为a 这时感应电动势为E Bav B错误 根据F BIl I 联立可得F D正确 所以本题选A D 考点3自感现象和涡流 核心要素精讲 1 自感电动势的特点 1 流过线圈的电流增加时 线圈中产生的自感电动势与电流方向相反 阻碍电流的增加 使其缓慢地增加 2 流过线圈的电流减小时 线圈中产生的自感电动势与电流方向相同 阻碍电流的减小 使其缓慢地减小 2 通电自感与断电自感 3 分析自感现象的方法 等效法 1 线圈中电流增大时 线圈可以等效成一阻值由较大逐渐减小的电阻 电流非线性逐渐增大 2 线圈中电流减小时 线圈可等效成一个电动势由较大逐渐减小的电源 线圈中的磁场能逐渐转化成电能 构成回路中的电流沿原方向非线性逐渐减小 高考命题探究 典例3 如图所示 L为自感系数很大 直流电阻不计的线圈 D1 D2 D3为三个完全相同的灯泡 E为内阻不计的电源 在t 0时刻闭合开关S 当电路稳定后D1 D2两灯的电流分别为I1 I2 当时刻为t1时断开开 关S 若规定电路稳定时流过D1 D2的电流方向为电流的正方向 则下图能正确定性描述电灯电流i与时间t关系的是世纪金榜导学号42722225 思考探究 1 闭合开关时 线圈可等效为什么 提示 可等效为阻值由较大逐渐减小的电阻 2 断开开关时 线圈可等效为什么 提示 可等效为一个电动势逐渐减小的电源 3 若想让D2在断开开关时出现闪亮后逐渐熄灭的现象 对D1 D2的电阻有什么要求 提示 应使D1的电阻小于D2的电阻 解析 选D 开关闭合时 电感阻碍电流I1增大 所以I1慢慢增大最后稳定 断开开关 电感阻碍电流I1减小 所以I1慢慢减小到0 电流的方向未发生改变 故A B均错误 开关闭合时 电感阻碍电流I1增大 I1慢慢增大 则I2慢慢减小 最后稳定 断开开关 原来通过D2的电流立即消失 但D1 D2 L构成一回路 通过D1的电流也通过D2 所以I2慢慢减小 但电流的方向与断开前相反 故C错误 D正确 强化训练 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 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 选C 从实物连接图中可以看出 线圈L与小灯泡并联 断开开关S时 小灯泡A中原来的电流立即消失 线圈L与小灯泡组成闭合回路 由于自感 线圈中的电流逐渐变小 使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同 小灯泡未闪亮说明断开S前 流过线圈的电流较小 原因可能是线圈电阻偏大 故选项C正确 规律总结 断电自感现象中 灯泡是否 闪亮 问题的判断 1 与线圈串联的灯泡 电流逐渐减小 灯泡逐渐变暗 电流方向不变 2 与线圈并联的灯泡 若断电前线圈中电流大于灯泡中电流 断电时 灯泡闪亮后逐渐变暗 若断电前线圈中电流小于等于灯泡中电流 断电时 灯泡逐渐变暗 加固训练 1 多选 如图所示 电路中A和B是两个完全相同的小灯泡 L是一个自感系数很大 直流电阻为零的电感线圈 C是电容很大的电容器 当S闭合与断开时 对A B的发光情况判断正确的是 A S闭合时 A立即亮 然后逐渐熄灭B S闭合时 B立即亮 然后逐渐熄灭C S闭合足够长时间后 B发光而A不发光D S闭合足够长时间后再断开 B立即熄灭而A逐渐熄灭 解析 选A C 电容器的特性是 充电和放电 在开始充电阶段 相当于阻值很小的电阻 放电阶段相当于电源 电感线圈的特性是 阻交流 通直流 即电流不会突然变化 当电流突然增大时 相当于阻值很大的电阻 当电流突然减小时 相当于电源 因此 当开关刚闭合时 电容器对电流的阻碍作用小 线圈对电流的阻碍作用大 C和B组成的电路分压作用小 A L组成的 电路分压作用大 B灯较暗 A灯较亮 当开关闭合足够长的时间后 电容器充电完成 线圈中电流为直流电 而其直流电阻很小 B灯较亮 A灯被短路 不发光 开关断开瞬间 电容器和B组成的回路中 电容器放电 B灯逐渐变暗 A灯和线圈组成的回路中 线圈充当电源 A灯先变亮再熄灭 故选项A C正确 2 2017 南阳模拟 在如图所示的电路中 L是一带铁芯的线圈 R为电阻 两条支路的直流电阻相等 那么在接通和断开开关的瞬间 两电流表的读数I1 I2的大小关系正确的是 A 接通时I1I2B 接通时I1I2 断开时I1 I2D 接通时I1 I2 断开时I1 I2 解析 选B 接通开关的瞬间 L中电流从零增大 产生自感电动势 阻碍电流增大 故I1 I2 断开开关的瞬间 L中产生自感电动势 L与R组成闭合电路 阻碍电流的减小 故有I1 I2 选项B正确