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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第2课时法拉第电磁感应定律自感、涡流,1/43,回扣教材,考点扫描,真题在线,2/43,回扣教材梳理知识,夯基础,知识整合,一、法拉第电磁感应定律,1.感应电动势,(1)概念:在,中产生电动势.,(2)产生条件:穿过回路,发生改变,与电路是否闭合,.,(3)方向判断:感应电动势方向用,或,判断.,2.法拉第电磁感应定律,(1)内容:感应电动势大小跟穿过这一电路,成正比.,(2)公式:E=,其中n为线圈匝数.,(3)感应电流与感应电动势关系:恪守闭合电路,定律,即I=,.,电磁感应现象,磁通量,无关,楞次定律,右手定则,磁通量改变率,欧姆,3/43,3.导体切割磁感线时感应电动势,(1)垂直切割:E=,式中l为导体切割磁感线有效长度.,(2)不垂直切割:E=,式中为v与B夹角.,(3)匀速转动: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线速度 l).,(4)下面图示情况,a,b,c,d四段导体两端感应电动势各为多大?,Ea=,;Eb=,;Ec=,;Ed=,.,导体b向垂直于导体棒方向运动时,感应电动势最大,最大是,.,Blv,Blvsin,Blv,Blv,Blv,Blv,4/43,二、自感、涡流,1.自感现象,(1)概念:因为导体本身,改变而产生电磁感应现象称为自感.,(2)自感电动势,定义:在自感现象中产生感应电动势叫做,.,表示式:E=,.,(3)自感系数L,相关原因:与线圈,、形状、,以及是否有铁芯相关.,单位:亨利(H),1 mH=,H,1 H=,H.,电流,自感电动势,大小,匝数,10,-3,10,-6,5/43,(4)如图所表示,线圈电阻不计.,开关闭合时,灯泡R亮度改变情况是,.,开关由闭合到断开瞬间,灯泡R亮度改变情况是,.,2.涡流,当线圈中电流发生改变时,在它附近任何导体中都会产生,这种电流像水旋涡,所以叫涡流.,先变亮,后逐步熄灭,闪亮一下,后逐步熄灭,感应电流,6/43,问题思索,1.应用传感器与计算机结合能即时反应电流快速改变.分别按图(甲)、图(乙)连接电路,开关闭合时,两次测得电流改变情况分别如(丙)(丁)所表示.,选修3-2P,23,图4.6-5,7/43,(1)两次测得电流-时间图像有什么不一样?这种不一样是由哪个元件引发?,(2)应用楞次定律分析图(甲)试验电流随时间为何是这种改变?,答案:,(1)图(甲)电路电流增加得迟缓,图(乙)电路电流马上增加,这种不一样是由图(甲)电路中线圈L引发.,(2)在图(甲)电路中,开关闭合瞬间,电流增加,线圈L中产生感应电动势.依据楞次定律,感应电动势会妨碍电流增加,所以电流增加是迟缓.,8/43,2.如图所表示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁.将磁铁托起到某一高度后放开,磁铁能上下振动较长时间才停下来.假如在磁铁下端放一个固定闭合线圈,使磁极上下振动时穿过它,磁铁就会很快停下来.,选修3-2P,28,图4.7-12,9/43,(1)没有闭合线圈时,磁铁上下振动时能量转化情况是怎样?机械能损失主要原因是什么?,(2)有闭合线圈时,磁铁上下振动时能量转化情况是怎样?机械能损失主要原因是什么?,答案:,(1)没有闭合线圈时,磁铁动能、重力势能与弹簧弹性势能相互转化.若只有重力和弹簧弹力做功,机械能守恒,磁铁上下振动不会停顿,因为空气阻力原因,机械能会迟缓地损失.,(2)有闭合线圈时,磁铁动能、重力势能、弹簧弹性势能相互转化,同时机械能又转化为线圈中电能.因为电磁阻尼存在,机械能转化为电能是机械能损失主要原因.,10/43,3.如图所表示,A,B两个闭合线圈用一样导线制成,匝数均为10匝,半径rA=2rB,图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀改变.,选修3-2P,18,图4.4-7,11/43,(1)A,B线圈电阻之比R,A,R,B,是多少?,(2)A,B线圈面积之比S,A,S,B,是多少?,答案:,(1)21(2)41,12/43,(3)A,B线圈中产生感应电流之比I,A,I,B,是多少?,答案:,(3)21,13/43,考点扫描重点透析,通热点,考点一法拉第电磁感应定律了解与应用,关键点透析,1.几个经典求解感应电动势情况,14/43,2.,应用注意点,15/43,典例突破,解析:,(1)由楞次定律知感应电流方向为逆时针方向.,【例1】,轻质细线吊着一质量为m=0.42 kg、边长为L=1 m、匝数n=10正方形线圈,其总电阻为r=1.在线圈中间位置以下区域分布着磁场,如图(甲)所表示.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间改变关系如图(乙)所表示.,(1)判断线圈中产生感应电流方向,是顺时针还是逆时针;,答案:,(1)逆时针,16/43,(2)求在t=4 s时轻质细线拉力大小;,(3)求在06 s内经过导线横截面电荷量.,(3)由q=It,得q=0.56 C=3 C.,答案:,(2)1.2 N(3)3 C,17/43,题后反思,法拉第电磁感应定律解题技巧,18/43,1,.法拉第电磁感应定律了解,(天津调研)(多项选择),如图所表示,闭合金属导线框放置在竖直向上匀强磁场中,磁场磁感应强度大小随时间改变而改变.以下说法中正确是(),即时巩固,AD,A.当磁感应强度增大时,线框中感应电流可能减小,B.当磁感应强度增大时,线框中感应电流一定增大,C.当磁感应强度减小时,线框中感应电流一定增大,D.当磁感应强度减小时,线框中感应电流可能不变,19/43,2,.导学号 00622666,法拉第电磁感应定律应用,如图所表示,虚线MN表示正方形金属框一条对称轴,A,B,C是三个磁感线均匀分布有界磁场区,区内磁感应强度随时间改变规律都满足B=kt,金属框按照图示方式处于磁场中,测得金属框在A区中感应电流为I,0,在B区和C区内感应电流分别为I,B,I,C,以下判断中正确是(),B,A.I,B,=2I,0,I,C,=2I,0,B.I,B,=2I,0,I,C,=0,C.I,B,=0,I,C,=0 D.I,B,=I,0,I,C,=0,20/43,考点二导体切割磁感线产生感应电动势计算,关键点透析,1.公式E=Blv使用条件,(1)匀强磁场.,(2)B,l,v三者相互垂直.,2.E=Blv“四性”,(1)正交性:本公式是在一定条件下得出,除磁场为匀强磁场外,还需B,l,v三者相互垂直.,(2)瞬时性:若v为瞬时速度,则E为对应瞬时感应电动势.,(3)有效性:公式中l为导体切割磁感线有效长度.,21/43,如图,棒有效长度为ab间距离.,(4)相对性:E=Blv中速度v是导体相对磁场速度,若磁场也在运动,应注意速度间相对关系.,22/43,典例突破,【例2】,如图所表示,两个端面半径同为R圆柱形铁芯同轴水平放置,相正确端面之间有一缝隙,铁芯上绕导线并与电源连接,在缝隙中形成一匀强磁场.一铜质细直棒ab水平置于缝隙中,且与圆柱轴线等高、垂直.让铜棒从静止开始自由下落,铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E,1,下落距离为0.8R时电动势大小为E,2,.忽略涡流损耗和边缘效应.,解析:,(1)由安培定则知棒处磁场方向向左,再用右手定则判定出b端电势高.,(1)判断铜棒离开磁场前两端电势高低;,答案:,(1)b端电势高,23/43,(2)E,1,与,E,2,大小之比是多少,?,答案:,(2),24/43,题后反思,有效长度了解及电势高低判断,(1)有效长度了解:E=Blvsin 中l为有效切割长度,即导体在与v垂直方向上投影长度;若导体本身不是直线而是弯曲,则l是此导体两端距离.,(2)电势高低判断:把产生感应电动势那部分电路或导体看成电源内电路,那部分导体相当于电源.若电路是不闭合,则先假设有电流经过,然后应用楞次定律或右手定则判断出电流方向.电源内部电流方向是由负极(低电势)流向正极(高电势),外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低.,25/43,1.,导学号 00622667,平动切割,(,上海模拟)(多项选择),如图所表示,一导线弯成闭合线圈,以速度v向左匀速进入磁感应强度为B匀强磁场,磁场方向垂直平面向外,线圈总电阻为R,从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止,以下结论正确是(),即时巩固,AB,A.感应电流一直沿顺时针方向,B.线圈受到安培力先增大,后减小,C.感应电动势最大值E=Brv,D.穿过线圈某个横截面电荷量为,26/43,27/43,2,.转动切割,(全国卷,20)(多项选择),法拉第圆盘发电机示意图如图所表示.铜圆盘安装在竖直铜轴上,两铜片P,Q分别与圆盘边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R电流,以下说法正确是(),AB,A.若圆盘转动角速度恒定,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方向流动,C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生改变,则电流方向可能发生改变,D.若圆盘转动角速度变为原来2倍,则电流在R上热功率也变为原来2倍,28/43,29/43,3.,实际自然现象中感应电动势分析计算,某地地磁场磁感应强度竖直分量方向向下,大小为4.510,-5,T.一灵敏电压表连接在当地入海河段两岸,河宽100 m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过.设落潮时,海水自西向东流,流速为2 m/s.以下说法正确是(),A.电压表统计电压为5 mV,河南岸电势较高,B.电压表统计电压为9 mV,河北岸电势较高,C.电压表统计电压为9 mV,河南岸电势较高,D.电压表统计电压为5 mV,河北岸电势较高,B,解析:,由E=BLv=4.510,-5,1002 V=910,-3,V=9 mV.再由右手定则可判断河北岸电势高,故选项B正确.,30/43,考点三自感和涡流,关键点透析,1.自感现象四大特点,(1)自感电动势总是妨碍导体中原电流改变.,(2)经过线圈中电流不能发生突变,只能迟缓改变.,(3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体.,(4)线圈自感系数越大,自感现象越显著.自感电动势只是延缓了过程进行,但它不能使过程停顿,更不能使过程反向.,31/43,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,与线圈串联灯泡,与线圈并联灯泡,电,路,图,通,电,时,电流逐步增大,灯泡逐步变亮,直到稳定,电流突然增大,然后逐步减小抵达稳定,断,电,时,电流逐步减小,灯泡逐步变暗,电流方向不变,若I2I1,灯泡逐步变暗;,若I2I1,灯泡闪亮后逐步,变暗.,两种情况灯泡中电流方向均,改变,32/43,典例突破,【例3】,如图所表示,电源电动势为E,内阻r不能忽略.A,B是两个相同小灯泡,L是一个自感系数相当大线圈(内阻不计).关于这个电路以下说法正确是(),A.开关闭合到电路中电流稳定时间内,A灯立刻亮,而后逐步变暗,最终亮度稳定,B.开关闭合到电路中电流稳定时间内,B灯立刻亮,而后逐步变暗,最终亮度稳定,C.开关由闭合到断开瞬间,A灯闪亮一下再熄灭,D.开关由闭合到断开瞬间,电流自左向右经过A灯,33/43,【审题指导】,答案:,A,题干关键,隐含信息,L电阻忽略不计,稳定后相当于一根导线,S闭合时,经过B灯电流逐步增大,S断开后,线圈是电源,确定回路,电流开始逐步减小,解析:,开关闭合到电路中电流稳定时间内,A灯立刻亮,而后逐步变暗,最终亮度稳定;B灯因为线圈妨碍作用而逐步变亮,最终亮度稳定,选项A正确,B错误;开关由闭合到断开瞬间,电流自右向左经过A灯形成放电回路,经过A灯电流没有比原来大,所以不会闪亮一下再熄灭,而是逐步熄灭,选项C,D错误.,34/43,误区警示,分析自感现象注意点,(1)开关闭合时,线圈相当于电阻,其阻值由无穷大逐步减小.,(2)电路稳定时,若线圈有电阻,则线圈相当于定值电阻;若线圈无电阻,则线圈相当于导线.,(3)断开开关时,线圈相当于电源,闭合电路中电流是感应电流(电源提供电流马上为0),感应电流在原来电流基础上逐步减小到零(即电流不能发生突变),线圈中电流方向与原来电流方向相同,流过和线圈串联灯泡电流方向与原来相同.,(4)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题判断,在于对电流大小分析,若断电后经过灯泡电流比原来大,则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭.,35/43,1.,导学号 00622668,通电自感和断电自感,(山东德州质检),在如图所表示电路中,线圈中自感系数很大,且其直流电阻能够忽略不计.D,1,和D,2,是两个完全相同小灯泡,在开关S闭合和断开过程中(灯丝不会断),D,1,和D,2,亮度改变情况是(),即时巩固,D,A.S闭合,D,1,很亮且亮度不变,D,2,逐步变亮,最终两灯,一样亮;S断开,D,2,马上灭,D,1,逐步变亮,B.S闭合,D,1,不亮,D,2,很亮;S断开,D,2,马上灭,C.S闭合,D,1,和D,2,同时亮,而后D,1,灭,D,2,亮度不变;S断开,D,2,马上灭,D,1,亮一下,才灭,D.S闭合,D,1,和D,2,同时亮,后D,1,逐步熄灭,D,2,则逐步变得更亮;S断开,D,2,马上灭,D,1,亮一下后才灭,36/43,解析:,当S接通时,L自感系数很大,瞬时L所在电路视为断路,相当于D,1,与D,2,、电源串联,故D,1,和D,2,同时亮且亮度相同.伴随经过L电流逐步增大,L直流电阻不计,L分流作用增大,D,1,电流逐步减小为零.因为总电阻变小,总电流变大,D,2,变得更亮.当S断开时,电源不再提供电流,D,2,处于断路而马上灭.L产生自感电动势妨碍电流减小,且与D,1,组成回路,则D,1,将亮一下后再灭.故选项D正确.,37/43,2,.涡流应用,(湖北四市调研),关于涡流,以下说法中错误是(),B,A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属装置,B.家用电磁炉锅体中涡流是由恒定磁场产生,C.阻尼摆摆动时产生涡流总是妨碍其运动,D.变压器铁芯用相互绝缘硅钢片叠成能减小涡流,解析:,真空冶炼炉是利用涡流原理来工作,选项A正确;家用电磁炉锅体中涡流是由改变磁场产生,选项B错误;由楞次定律知阻尼摆摆动时产生涡流总是妨碍其运动,选项C正确;因为变压器硅钢片不闭合,能够减小涡流产生,选项D正确.,38/43,真题在线体验高考,提素能,1,.(全国卷,19)(多项选择),1824年,法国科学家阿拉果完成了著名“圆盘试验”.试验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚能够自由旋转磁针,如图所表示.试验中发觉,当圆盘在磁针磁场中绕过圆盘中心竖直轴旋转时,磁针也伴随一起转动起来,但略有滞后.以下说法正确是(),A.圆盘上产生了感应电动势,B.圆盘内涡电流产生磁场造成磁针转动,C.在圆盘转动过程中,磁针磁场穿过整个圆盘磁通量发生了改变,D.圆盘中自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生磁场造成磁针转动,AB,39/43,解析:,当圆盘在磁针磁场中绕过圆盘中心竖直轴旋转时,圆盘半径切割磁感线产生感应电动势和感应电流,选项A正确;圆盘内涡电流产生磁场对磁针施加磁场力作用,造成磁针转动,选项B正确;因为圆盘中心正上方悬挂小磁针,在圆盘转动过程中,磁针磁场穿过整个圆盘磁通量不变,选项C错误;圆盘中自由电子随圆盘一起运动形成电流磁场沿圆盘轴线方向,此磁场不会造成磁针转动,选项D错误.,40/43,2,.(安徽卷,19),如图所表示,abcd为水平放置平行“”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计.已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成角,单位长度电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好).则(),B,41/43,42/43,3,.(山东卷,17)(多项选择),如图,一均匀金属圆盘绕经过其圆心且与盘面垂直轴逆时针匀速转动.现施加一垂直穿过圆盘有界匀强磁场,圆盘开始减速.在圆盘减速过程中,以下说法正确是(),A.处于磁场中圆盘部分,靠近圆心处电势高,B.所加磁场越强越易使圆盘停顿转动,C.若所加磁场反向,圆盘将加速转动,D.若所加磁场穿过整个圆盘,圆盘将匀速转动,ABD,解析:,把圆盘看成沿半径方向紧密排列金属条,依据右手定则,处于磁场中圆盘部分,感应电流从靠近圆盘边缘处流向靠近圆心处,故靠近圆心处电势高,A正确;安培力F=,磁场越强,安培力越大,B正确;磁场反向时,安培力仍是阻力,C错误;若所加磁场穿过整个圆盘,则磁通量不再改变,没有感应电流,安培力为零,将匀速转动,D正确.,43/43,
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