高考物理一轮总复习专题10电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流课件.ppt

第2讲法拉第电磁感应定律 自感 涡流 一 法拉第电磁感应定律1 感应电动势 1 感应电动势 在 中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于 导体的电阻相当于 2 感应电流与感应电动势的关系 遵循 定律 即I 考点O讲堂梳理自查 电磁感应现象 电源 电源内阻 闭合电路欧姆 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为线圈匝数 变化率 Blv 二 自感与涡流1 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 由于自感而产生的感应电动势叫作 2 表达式 E 3 自感系数L的影响因素 与线圈的 形状 以及是否有铁芯有关 电流 自感电动势 大小 匝数 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像 状的感应电流 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 水的旋涡 安培力 阻碍 感应电流 电磁驱动 1 对法拉第电磁感应定律的考查 下列几种说法正确的是 A 线圈中磁通量变化越大 线圈中产生的感应电动势一定越大B 线圈中磁通量越大 产生的感应电动势一定越大C 线圈放在磁场越强的位置 产生的感应电动势一定越大D 线圈中磁通量变化越快 线圈中产生的感应电动势越大 答案 D 解析 根据法拉第电磁感应定律可知 感应电动势与磁通量无关 与磁通量的变化量无关 与匝数和磁通量的变化率成正比 因此选项A B都是错误的 磁场的强弱与感应电动势无关 所以选项C错误 线圈中磁通量变化越快意味着线圈的磁通量的变化率大 依据法拉第电磁感应定律可知 感应电动势与磁通量的变化率成正比 在此条件下线圈中产生的感应电动势越大 故选项D是正确的 2 对导体切割磁感线的考查 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 1B a c 2 1C a c 1 2D c a 1 2 答案 C 3 对涡流的考查 多选 如图所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端的管口无初速度释放 穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面 下面对于两管描述可能正确的是 A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制成的D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的 答案 AD 解析 磁性小球穿过金属圆管过程中 将圆管看作由许多金属圆环组成 小球的磁场使每个圆环中产生感应电流 根据楞次定律得 该电流阻碍磁性小球的下落 小球向下运动的加速度小于重力加速度 小球在塑料 胶木等非金属材料圆管中不会产生感应电流 小球仍然做自由落体运动 穿过塑料 胶木圆管的时间比穿过金属圆管的时间少 考点1法拉第电磁感应定律的理解与应用 例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 1 通过电阻R1上的电流大小和方向 2 通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量 思路剖析 1 要判断感应电流的方向和感应电动势的大小应用什么规律 2 要求解通过R1的电荷量及R1上产生的热量应用哪些公式 练1 2017届江苏名校模拟 如图甲所示 一个圆形线圈的匝数n 100 线圈面积S 200cm2 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 下列说法中正确的是 A 电阻R两端的电压保持不变B 初始时刻穿过线圈的磁通量为0 4WbC 线圈电阻r消耗的功率为4 10 4WD 前4s内通过R的电荷量为4 10 4C 答案 AC 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 1 E Blv的特性 1 正交性 要求磁场为匀强磁场 而且B l v三者互相垂直 2 有效性 l为导体切割磁感线的有效长度 如图甲中 导体棒的有效长度为ab间距离 3 相对性 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 考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算 思路剖析 1 金属棒切割磁感线的有效长度是哪一部分 如何求电路中感应电动势 2 组成闭合回路的总电阻如何变化 如何求出 答案 B 公式E lvB中l的意义应理解为导体的有效切割长度 所谓导体的有效切割长度 指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度 对于公式E lvB中的v 首先应理解为导体与磁场间的相对速度 所以即使导体不动而磁场运动 也能使导体切割磁感线而产生感应电动势 其次 还应注意到v应该是垂直切割速度 另外 还应注意到在 旋转切割 这类问题中 导体棒上各部分的切割速度不同 此时的v则应理解为导体棒上各部分切割速度的平均值 在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度 1 自感现象 阻碍 作用的理解 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 考点3通电自感和断电自感 2 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 例3 多选 如图所示的电路中 L为一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 D1 D2是两个完全相同的电灯 E是内阻不计的电源 t 0时刻 闭合开关S 经过一段时间后 电路达到稳定 t1时刻断开开关S I1 I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流 规定图中箭头所示方向为电流正方向 以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是 思路剖析 开关S闭合时 线圈L对电流I1 I2有什么影响 断开开关S后 线圈L对电流I1 I2有什么影响 答案 AC 解析 当S闭合时 L的自感作用会阻碍其中的电流变大 电流从D1流过 当L的阻碍作用变小时 L中的电流变大 D1中的电流变小至零 D2中的电流为电路总电流 电流流过D1时 电路总电阻较大 电流较小 当D1中电流为零时 电流流过L与D2 总电阻变小 电流变大至稳定 当S再断开时 D2马上熄灭 D1与L组成回路 由于L的自感作用 D1慢慢熄灭 电流反向且减小 综上所述知选项A C正确 练3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 答案 C 解析 闭合开关S 电路稳定后小灯泡正常发光时 如果电感线圈L的电阻比小灯泡A的电阻大 则电感线圈L中的电流IL比小灯泡A中的电流IA小 当开关S断开时 则由于自感现象 电感线圈L和小灯泡A构成回路使电感线圈L和小灯泡A中的电流从IL开始减小 看不到小灯泡闪亮的现象 故C项可能 其他项都会产生闪亮的现象 分析自感现象的两点注意1 通过自感线圈中的电流不能发生突变 即通电过程 线圈中电流是逐渐变大 断电过程 线圈中电流是逐渐变小 方向不变 此时线圈可等效为 电源 该 电源 与其他电路元件形成回路 2 断电自感现象中灯泡是否 闪亮 问题的判断 在于对电流大小的分析 若断电后通过灯泡的电流比原来强 则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭 热点题组一法拉第电磁感应定律1 多选 2017年武汉调研 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 答案 AC 模拟精选 组合专练 热点题组二导体切割磁感线产生感应电动势3 2017年太原模拟 如图所示 在抗战胜利70周年阅兵盛典上 我国预警机 空警 500 在天安门上空时机翼保持水平 以4 5 102km h的速度自东向西飞行 该机的翼展 两翼尖之间的距离 为50m 北京地区地磁场的竖直分量向下 大小为4 7 10 5T 则 A 两翼尖之间的电势差为2 9VB 两翼尖之间的电势差为1 1VC 飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高D 飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低 答案 C 解析 飞机的飞行速度4 5 102km h 125m s 飞机两翼间的电势差为E BLv 4 7 10 5 50 125V 0 29V A B项错 飞机速度从东向西 磁场竖直向下 根据右手定则可知飞行员左方翼尖电势高于右方翼尖的电势 C项对 D项错 热点题组三自感和涡流4 2017年南通模拟 如图所示 A B C是3个完全相同的灯泡 L是一个自感系数较大的线圈 直流电阻可忽略不计 则 A S闭合时 A灯立即亮 然后逐渐熄灭B S闭合时 B灯立即亮 然后逐渐熄灭C 电路接通稳定后 3个灯亮度相同D 电路接通稳定后 S断开时 C灯立即熄灭 答案 A