2013高考一轮复习优秀课件：第十章电磁感应第三单元第5课时.ppt

第三单元电磁感应现象中STS问题第5课时自感现象涡流磁流体发电机 选修3 2第十章电磁感应 基础回顾 1 自感现象 由于导体本身电流发生 而产生的电磁感应现象叫自感现象 2 自感电动势总要阻碍导体中电流的 当导体中的电流在增大时 自感电动势与原电流方向 当导体中的电流在减小时 自感电动势与电流方向 3 自感电动势的大小 与线圈中的电流强度的 成正比 即 L L L是 答案 1 变化2 变化相反相同3 变化率自感系数 4 自感系数 自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量 简称自感或电感 线圈的自感系数与线圈的 等因素有关 线圈越粗 越长 匝数越密 它的自感系数就越 除此之外 线圈加入铁芯后 其自感系数就会越 自感系数的单位 简称 有1mH H 1 H H 答案 4 大小形状匝数大大亨利亨10 310 6 要点深化 1 对自感现象的理解当导体中电流发生变化时 导体本身就产生感应电动势 这个电动势总是要阻碍导体中原来电流的变化 这种由于导体电流本身发生变化而产生的电磁感应现象 就是自感现象 它的实质就是阻碍导体 中学主要研究线圈 中原电流的变化 这种变化包括原电流的大小和方向 即 当原电流变大时 自电动势产生的电流方向与原电流方向相反 当原电流变小时 自感电动势产生的电流方向与原电流方向相同 当然 阻碍不是 阻止 原电流还是要发生变化的 只是延缓了变化的速率 在分析自感现象时 一般当流过线圈L的电流突然增大瞬间 我们可以把L看成一个阻值很大的电阻 当流经L的电流突然减小的瞬间 我们可以把L看作一个电源 它提供一个跟原电流同向的电流 2 通电自感与断电自感比较 基础回顾 1 有利应用 日光灯的镇流器 电磁炉 2 有害避免 拉闸产生的电弧 双线绕法制造精密电阻 3 当线圈中的电流随时间发生变化时 线圈附近的任何导体都会产生 在导体内形成 很像水的漩涡 把它叫做涡电流 简称涡流 答案 3 感应电动势感应电流 要点深化 涡流剖析导体在磁场中运动 或者导体静止但有着随时间变化的磁场 或者两种情况同时出现 都可以造成磁感线与导体的相对切割 按照电磁感应定律 在导体中就产生感应电动势 从而产生感应电流 这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同 其路径往往有如水中的漩涡 因此称为涡流 导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时 因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗 涡流损耗的大小与磁场的变化方式 导体的运动 导体的几何形状 导体的磁导率和电导率等因素有关 置于随时间变化的磁场中的导体 也会产生涡流 如变压器的铁心 其中有随时间变化的磁通 它在铁心中产生感应电动势 从而产生涡流 这些涡流使铁心发热 消耗电能 这是不希望有的 但在感应加热装置中 利用涡流可对金属工件进行热处理 强调 涡流不是自感 只有在导线中因电流发生变化而在导线中产生的感应现象才是自感 而涡流是发生在导线缠绕的金属导体上 是由于电磁感应而发生的 基础回顾 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机 它可把气体内能直接转化为 如右图所示是磁流体发电机模型 匀强磁场的磁感应强度为B 平行金属板a b相距为d 将一束等离子体 高温下电离的气体 含有大量带正电和负电的微粒 喷射入磁场 便可在a b两极间产生 在外电路负载中获得 答案 电能电压电流 要点深化 磁流体发电机的原理等离子体射入磁场 受洛伦兹力作用而偏转 a板积累负电荷 b板积累正电荷 在两板间形成电场 当离子所受洛伦兹力和电场力平衡时就不再偏转 两板间电势差稳定 如图所示 自感线圈的自感系数很大 电阻为零 开关K原来是闭合的 在K断开瞬间 以下说法正确的是 A 若R1 R2 灯泡的亮度逐渐变暗B 若R1 R2 灯泡先闪亮一下再逐渐变暗C 若R1 R2 灯泡的亮度逐渐变暗D 若R1 R2 灯泡先闪亮一下再逐渐变暗 解析 若R1 R2 即I1 I2 所以小灯泡在K断开后先突然变到某一较暗状态 再继续变暗到最后熄灭 若R1 R2 即I1 I2 小灯泡在K断开后电流从原来的I2突变到I1 方向相反 然后再渐渐变小 最后为零 所以灯泡在K断开后先变得比原来更亮 再逐渐变暗到熄灭 答案 AD点评 对于开关断开 灯熄灭前是否要闪一下强光的问题 初学者容易产生误解 其实 自感线圈支路原来的电流与电灯支路原来的电流大小的关系是决定灯是否会闪一下的原因 因为线圈支路的自感电流的最大值是不会超过断开开关前线圈稳定电流的数值 故此可知本题的答案 题型训练 1 如图所示电路 图中电流表在正接线柱流入电流时 指针顺时针方向偏转 负接线柱流入电流时指针逆时针方向偏转 当开关S断开瞬间 表A1和A2偏转情况是 A A1顺时针 A2逆时针B A1逆时针 A2顺时针C A1 A2都顺时针D A1 A2都逆时针 解析 S断开瞬间 L产生自感电动势 方向从左向右 这样自感电流从负接线柱流经A1表 A1逆时针偏转 自感电流从正接线柱经A2表 A2顺时针偏转 答案 B 右图为磁流体发电机的示意图 设两金属板间的距离为d 两极板间匀强磁场的磁感应强度为B 等离子体垂直进入磁场的速度为v 单个离子所带的电荷量为q 离子通道 即两极板内所围成空间 的等效电阻为r 负载电阻为R 求 1 该发电机的电动势 2 发电机的总功率 解析 1 根据法拉第电磁感应定律 得E Bdv 2 根据闭合电路的欧姆定律 有 由此得发电机的总功率为 答案 点评 本题第 1 问也可采用力的观点进行解答 在洛伦兹力的作用下 正离子向上偏转 负离子向下偏转形成匀强电场 离子所受电场力等于洛伦兹力时 达到动态平衡 f洛 Bqv F电 q f洛 F电 以上三式解得E Bdv 题型训练 2 如下图甲所示 等离子气流由左方连续以v0射入磁流体发电机中 ab直导线与P1 P2相连接 线圈A与直导线cd连接 线圈A内有如图乙所示的变化磁场 且磁场B的正方向规定为向左 则下列叙述正确的是 A 0 1s内ab cd导线互相排斥B 1 2s内ab cd导线互相吸引C 2 3s内ab cd导线互相吸引D 3 4s内ab cd导线互相排斥 解析 根据右手定则可判断P1板带正电 电流总是从a流向b 线圈A磁通量的变化 在0 2s时间内产生从c流向d的电流 与ab的电流方向相同 根据安培定则的左手定则可判断 ab cd导线为引力 在2 4s时间内产生从d流向c的电流 与ab的电流方向相反 根据安培定则的左手定则可判断 ab cd导线为斥力 对照可知BD正确 答案 BD 如右图所示 A B是两个完全相同的灯泡 L是自感系数较大的线圈 其直流电阻忽略不计 当开关K闭合时 下列说法正确的是 A A比B先亮 然后A熄灭B B比A先亮 然后B逐渐变暗 A逐渐变亮 最后一样亮C A B一起亮 然后A熄灭D A B一起亮 然后A逐渐变亮 B的亮度不变 错解 当开关闭合时 A灯与线圈L串联后与B灯并联于电源两端 虽然K闭合瞬间线圈会产生自感 即阻碍通过线圈支路电流的增加 但A灯与L串联后并联接在电源上 电源两端有电压 就会有电流 所以AB都应该同时亮起来 只是闭合K的瞬间A灯不能达到应有的电流而亮度发暗 K闭合一段时间后两灯达到同样的亮度 所以A灯逐渐变亮 B灯亮度不发生变化 选D 分析纠错 选择D选项时对自感现象理解不够 在K闭合的瞬间 通过每盏灯的电流到底怎样变化不清楚 开关闭合的瞬间 线圈由于自感产生自感电动势 其作用相当于一个电源 这样对整个回路而言相当于两个电源共同作用在同一个回路中 两个电源各自独立产生电流 实际上等于两个电流的叠加 根据上述原理可在电路中标出两个电源各自独立产生的电流的方向 上图 a b 是两电源独立产生电流的流向图 上图 c 是合并在一起的电流流向图 由图可知 在A灯处原电流与感应电流反向 故A灯不能立刻亮起来 在B灯处原电流与感应电流同向 实际电流为两者之和 大于原电流 故B灯比正常发光亮 因正常发光时电流就是原电流 随着自感的减弱 感应电流减弱 A灯的实际电流增大 B灯实际电流减少 A变亮 B灯变暗 直到自感现象消失 两灯以原电流正常发光 应选B 答案 B 祝 您 学业有成