南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題九 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流課件 新人教版

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1、第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流一、法拉第電磁感應(yīng)定律2.法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量的變化率(1)內(nèi)容：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟_成正比.(2)表達(dá)式：_，其中 n 為線圈的匝數(shù).(3)公式的變形3.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)BLv(1)導(dǎo)體平行移動(dòng)：E_.其中 B、L、v 三者兩兩垂直，且 L 為導(dǎo)體的有效切割長(zhǎng)度.【基礎(chǔ)檢測(cè)】1.(2014 年江蘇卷)如圖 9-2-1 所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長(zhǎng)為 a，線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，且一半處在磁場(chǎng)中.在t 時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變，大小由 B 均勻地增大)到2B，在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(圖 9-

2、2-1答案：B二、自感和渦流1.自感現(xiàn)象電磁感應(yīng)自感(1)定義：由導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的_現(xiàn)象.自感現(xiàn)象遵循電磁感應(yīng)的所有規(guī)律.(2)自感電動(dòng)勢(shì)定義：在_現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì).表達(dá)式：E_.電流方向：總是阻礙導(dǎo)體中原來_的變化(增反減同).單位：亨利(H)，1 mH103 H,1 H106 H.(3)自感系數(shù) L長(zhǎng)短形狀匝數(shù)大有關(guān)因素：與線圈的_、_、_以及是否有鐵芯有關(guān).線圈越長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度上線圈的匝數(shù)越多，橫截面積越大，它的自感系數(shù)越_.線圈中插入鐵芯，自感系數(shù)會(huì)增大很多.(4)自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止啟動(dòng)器產(chǎn)生瞬時(shí)高壓應(yīng)用：如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器、振蕩電路等.日光燈電

3、路是由啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器和燈管組成的._在日光燈啟動(dòng)時(shí)起到開關(guān)作用，正常工作時(shí)斷開；鎮(zhèn)流器的作用是在燈開始點(diǎn)亮?xí)r起_的作用，在日光燈正常發(fā)光時(shí)起_作用.降壓限流雙線渦流防止：制作精密電阻時(shí)，采用_繞法，防止自感現(xiàn)象的發(fā)生，減小因自感而造成的誤差.2.渦流：塊狀金屬在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，或者處在變化的磁場(chǎng)中，金屬塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉合回路，叫做_.【基礎(chǔ)檢測(cè)】2.(多選，2015 年廣東深圳南山期末)如圖 9-2-2 所示，A、B 是相同的白熾燈，L 是自感系數(shù)很大、電阻可忽略的自感線圈.下面說法正確的是()A.閉合開關(guān) S 時(shí)，A、B 燈同時(shí)亮，且達(dá)到正常B.閉合開關(guān) S 時(shí)

4、，B 燈比 A 燈先亮，最后一樣亮圖 9-2-2C.閉合開關(guān) S 時(shí)，A 燈比 B 燈先亮，最后一樣亮D.斷開開關(guān) S 時(shí)，A 燈與 B 燈同時(shí)慢慢熄滅答案：BD物理量磁通量磁通量的變化量 磁通量的變化率意義某時(shí)刻穿過某個(gè)面的磁感線的條數(shù)某段時(shí)間內(nèi)穿過某個(gè)面的磁通量變化的多少穿過某個(gè)面的磁通量變化的快慢大小BScos 21BSSB單位WbWbWb/s考點(diǎn)1對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解重點(diǎn)歸納1.磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率物理量磁通量磁通量的變化量 磁通量的變化率注意若有相反方向磁場(chǎng)，磁通量可能抵消開始時(shí)和轉(zhuǎn)過 180時(shí)平面都與磁場(chǎng)垂直，穿過平面的磁通量是一正一負(fù)，2BS，而不是零既不

5、表示磁通量的大小，也不表示變化的多少.實(shí)際上，它就是單匝線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即(續(xù)表)項(xiàng)目EBlv區(qū)別研究對(duì)象閉合回路回路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的那部分導(dǎo)體研究?jī)?nèi)容求的是t 時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E 與某段時(shí)間或某個(gè)過程對(duì)應(yīng)(1)若 v 為瞬時(shí)速度，則求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)若 v 為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)適用范圍對(duì)任何電路普遍適用只適用于導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況項(xiàng)目EBlv聯(lián)系(續(xù)表)3.感應(yīng)電荷量(2)有關(guān)因素：感應(yīng)電荷量由磁通量變化大小、線圈匝數(shù)及電路的電阻 R 決定，與變化時(shí)間無關(guān).(3)qIt 也適用一段時(shí)間內(nèi)流過該電路的平均電荷量(若一直變大或變小，則q 等于總電荷量).

6、 典例剖析例1：(2015年湖北重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖 9-2-3 甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù) n100，線圈面積 S200 cm2，線圈的電阻r1 ，線圈外接一個(gè)阻值 R4 的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律)如圖乙所示.下列說法中正確的是(圖 9-2-3A.線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向B.電阻 R 兩端的電壓隨時(shí)間均勻增大C.線圈電阻r消耗的功率為4104 WD.前4 s內(nèi)通過R的電荷量為4104 C思維點(diǎn)撥：由題意可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度是均勻變化的，故產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和恒定電流.答案：C【考點(diǎn)練透】1.(2015 年新課標(biāo)卷)如圖 9-2-4 所

7、示，直角三角形金屬框abc 放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，方向平行于 ab邊向上.當(dāng)金屬框繞 ab 邊以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c 三點(diǎn)的電勢(shì)分別為 Ua、Ub、Uc.已知 bc 邊的長(zhǎng)度為 l，下列判斷正確的是()圖 9-2-4答案：C2.(2013 年新課標(biāo)卷)如圖 9-2-5 所示，在水平面(紙面)內(nèi)有 3 根相同的均勻金屬棒 ab、ac 和 MN，其中 ab、ac 在 a 點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V”字形導(dǎo)軌.空間存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng).用力使MN 向右勻速運(yùn)動(dòng)，從 a 位置開始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中 MN 始終與 bac 的角平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸.下列關(guān)于回路中)電流 i 與時(shí)

8、間 t 的關(guān)系圖象，可能正確的是(圖 9-2-5ABCD答案：A考點(diǎn)2對(duì)自感現(xiàn)象的分析重點(diǎn)歸納1.通電自感(1)電路圖如圖 9-2-6 所示.為了方便比較，使 L1、L2 同規(guī)格，RRL，自感系數(shù) L 較大.圖 9-2-6(2)現(xiàn)象：在 S 閉合瞬間，燈 L2 立即亮起來，燈 L1 逐漸變亮，最終一樣亮.(3)由于開關(guān)閉合時(shí)，流過電感線圈的電流迅速增大，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流的增大，使流過燈 L1 的電流比流過燈 L2 的電流增加得慢.這個(gè)過程電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能.2.斷電自感(1)電路圖如圖 9-2-7 所示.為使現(xiàn)象明顯，L 應(yīng)很大，即有鐵芯.圖 9-2-7(2)現(xiàn)象：S 斷開時(shí)，燈

9、L 漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅.(3)原因：S斷開時(shí)，線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間，燈L中電流反向，不會(huì)立即熄滅；若RLIL，則燈L熄滅前要閃亮一下.若RLRL，S斷開前電流ILIL，則燈L逐漸熄滅，不再閃亮一下.這個(gè)過程磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能.【考點(diǎn)練透】3.(2015 年江蘇常州檢測(cè))如圖 9-2-8 所示，電路中 A、B 是兩個(gè)完全相同的燈泡，L 是一個(gè)自感系數(shù)很大、電阻可忽略的自感線圈，C 是電容很大的電容器.當(dāng) S 閉合與斷開時(shí)，A、B 燈泡的發(fā)光情況是()A.S 剛閉合后，A 亮一下又逐漸熄滅，B 逐漸變亮圖 9-2-8B.S 剛閉合后，B 亮一下又逐漸變暗，

10、A 逐漸變亮C.S 閉合足夠長(zhǎng)時(shí)間后，A 和 B 一樣亮D.S 閉合足夠長(zhǎng)時(shí)間后，A、B 都熄滅答案：A4.如圖 9-2-9 所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為 E，內(nèi)阻為 r，電感 L 的電阻不計(jì)，電阻 R 的阻值大于燈泡 L 的阻值，在 t0 時(shí)刻閉合開關(guān) S，經(jīng)過一段時(shí)間后，在 tt1 時(shí)刻斷開 S，下列表示 A、B 兩點(diǎn)間電壓 UAB 隨時(shí)間 t 變化的圖象中，正確的是()圖 9-2-9ABCD答案：B解析：在t0時(shí)刻閉合開關(guān)S時(shí)，線圈中電流增大，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，使得線圈中電流只能逐漸增大，干路中電流I也逐漸增大，根據(jù)歐姆定律UABEIr，UAB逐漸減小直到穩(wěn)定.穩(wěn)定時(shí)，電阻R的電流小于燈泡

11、L的電流.在tt1時(shí)刻斷開S時(shí)，燈泡中原來的電流立即減小為零，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，電阻R、燈泡L和線圈組成回路，回路中電流從原來值逐漸減小到零，此時(shí)流過燈泡L的電流方向與原來的方向相反，B點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)電勢(shì)高，UAB0.由于穩(wěn)定時(shí)線圈中電流較小，根據(jù)UABIRL，則此時(shí)UAB值比穩(wěn)定時(shí)小.方法導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法1.平動(dòng)類型感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算：EBlv.(1)該類型中導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線.(2)正交性：B、l、v 相互垂直時(shí)公式成立.(3)有效性：式中的 l 為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體在垂直于 v方向上的投影長(zhǎng)度.(1)該類型主要是導(dǎo)體或桿在與磁場(chǎng)平面成一定角度的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生

12、的電動(dòng)勢(shì).(2)當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)圖 9-2-103.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體電勢(shì)高低的判斷.(1)導(dǎo)體切割磁感線：任意一小段導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，讓磁感線穿過右手掌心，大拇指指向?qū)Ь€的運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向這一側(cè)的導(dǎo)體端電勢(shì)高.注意：切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，感應(yīng)電流流向高電勢(shì)那端；外導(dǎo)體中的電流流向低電勢(shì)處.(2) 磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的判斷. 其電動(dòng)勢(shì)大小為 E .判斷時(shí)先由楞次定律和安培定則確定感應(yīng)電流方向(若電路斷路，則假設(shè)構(gòu)建它通路)，然后根據(jù)變化磁場(chǎng)之內(nèi)的電路電流流向高電勢(shì)、變化磁場(chǎng)之外的電路電流流向低電勢(shì)來判斷電勢(shì)的高低.例2：(2

13、014年天津卷)如圖9-2-11所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角30的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L0.4 m.導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域和，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0.5 T.在區(qū)域中，將質(zhì)量m10.1 kg，電阻R10.1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑.然后，在區(qū)域中將質(zhì)量m20.4 kg，電阻R20.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑.cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g10 m/s2，問：圖 9-2-11(1)c

14、d 下滑的過程中，ab 中的電流方向.(2)ab 剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd 的速度 v 多大.(3)從 cd 開始下滑到 ab 剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd 滑動(dòng)的距離 x3.8 m，此過程中 ab 上產(chǎn)生的熱量 Q 是多少.審題突破：ab 放在導(dǎo)軌上剛好不下滑，可知 ab 與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力大小等于其重力沿斜面向下的分力.ab 剛要上滑時(shí)，所受摩擦力沿斜面向下，依此可求出回路中的電流和cd的下滑速度，從而可由能量守恒定律求出熱量.解：(1)根據(jù)右手定則判斷知 cd 中電流方向由d 流向c，故ab 中電流方向由 a 流向 b.(2)開始放置ab 剛好不下滑時(shí)，ab 所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其

15、為Fmax，有Fmaxm1gsin 設(shè)ab 剛好要上滑時(shí)，cd 棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有EBLv設(shè)電路中的感應(yīng)電流為 I，由閉合電路歐姆定律有設(shè) ab 所受安培力為 F安，有F 安BIL此時(shí) ab 受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下，由平衡條件有 F 安m1gsin Fmax聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得v5 m/s.(3)設(shè)cd 棒的運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q 總，由能量守恒定律有聯(lián)立式解得 Q1.3 J.由串聯(lián)電路規(guī)律有題外拓展：本類題的最大特點(diǎn)是電磁學(xué)與力學(xué)知識(shí)相結(jié)合，應(yīng)注意：(1)受力分析，如重力、支持力、摩擦力、安培力等；找出關(guān)鍵信息，如“靜止”“勻速”“勻加速”等，建立

16、方程.(2)運(yùn)動(dòng)過程分析，找出每個(gè)過程的物理關(guān)系式.(3)功能關(guān)系的熟練運(yùn)用，如重力、安培力、摩擦力等做功情況，以及與之對(duì)應(yīng)的能量變化關(guān)系.本題中，若改變磁場(chǎng)的大小，導(dǎo)體棒最終靜止時(shí)，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)如何變化？【觸類旁通】(2014 年廣東廣州一模)如圖 9-2-12 所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直銅環(huán)所在的平面，導(dǎo)體棒 a 的一端固定在銅環(huán)的圓心 O 處，另一端緊貼銅環(huán)，可繞 O 勻速轉(zhuǎn)動(dòng).通過電刷把銅環(huán)、環(huán)心與兩豎直平行金屬板 P、Q 連接成如圖所示的電路，R1、R2 是定值電阻.帶正電的小球通過絕緣細(xì)線掛在兩板間 M 點(diǎn)，被拉起到水平位置；合上開關(guān) K，無初速度釋放小球，小球沿圓弧經(jīng)過 M 點(diǎn)正下方的 N 點(diǎn)到另一側(cè).已知：磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B；a 的角速度大小為，長(zhǎng)度為 l，電阻為 r；R1R22r，銅環(huán)電阻不計(jì)；P、Q 兩板間距為 d；帶電小球的質(zhì)量為 m、電荷量為 q；重力加速度為 g.求：(1)a 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的方向.(2)P、Q 間電場(chǎng)強(qiáng)度 E 的大小.(3)小球通過 N 點(diǎn)時(shí)對(duì)細(xì)線拉力 T 的大小.圖 9-2-12解：(1)依題意，小球從水平位置釋放后，能沿圓弧向下擺動(dòng)，故小球受到電場(chǎng)力的方向水平向右，P 板帶正電，Q 板帶負(fù)電.由右手定則可知，導(dǎo)體棒 a 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).(2)導(dǎo)體棒 a 轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，由法拉第電磁感應(yīng)定律得電動(dòng)勢(shì)大小由歐姆定律可知，PQ的電壓為UPQIR2