高考物理一轮复习-专题九-电磁感应-第2讲-法拉第电磁感应定律-自感.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,第,2,讲 法拉第电磁感应定律,自感,R,r,考点,1,法拉第电磁感应定律,1.,感应电动势,电磁感应现象,电源,(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电源，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,E,.,闭合电路欧姆,内阻,2.,法拉第电磁感应定律,磁通量的变化率,(1),内容：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小，,跟,_,成正比,.,E,n,t,(2),表达式：,_,，其中,n,为线圈的匝数,.,(3),公式的变形,当线圈面积,S,不变，垂直于线圈平面的磁场,B,发生变化,时，,E,_.,n,S,B,t,当磁场,B,不变，垂直于磁场的线圈面积,S,发生变化时，,E,_.,n,B,S,t,3.,导体切割磁感线时产生的感应电动势,(1),表达式：,E,Bl,v,sin,.,Bl,v,(2),当,B,、,l,、,v,三者两两垂直时：,E,_.,注意：,以上两式是由法拉第电磁感应定律推导,出来的特,殊情况，因此只适用于计算部分导体在匀强磁场中做切割磁感,线运动时的感应电动势大小,.,有效长度,式中,为,B,和,v,的方向夹角，,l,为切割磁感线的,_.,4.,两个公式的区别,平均,平均,瞬时,(1),E,n,t,常用于计算在,t,时间内的,_,电动势,.,只有,当磁通量的变化率是恒定不变时，算出的才是瞬时电动势,.,(2),E,Bl,v,sin,，若,v,为平均速度，算出的就是,_,电,动势，若,v,为瞬时速度，算出的就是,_,电动势,.,5.,导体转动切割磁感线产生的感应电动势,当长度为,l,导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度,匀速转动时，切割磁感线产生的感应电动势,E,_.,6.,感应电量：平行闭合线圈的匝数为,n,，在,t,时间内闭合,电路的磁通量变化量为,，回路总电阻为,R,，则通过电路中某,一横截面的电量,q,_.,n,R,2.,自感电动势,E,L,.,考点,2,自感和涡流,1.,自感现象：是由于导体本身的电流发生变化时而产生的,_,现象,.,由于自感而产生的电动势叫做自感电动势,.,I,t,电磁感应,3.,自感系数,L,与线圈的,_,、形状、,_,以及是否有,铁芯有关，单位是,_.,大小,圈数,亨利,(H),4.,涡流：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，,金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭,合回路，叫做,_.,涡流,【,基础自测,】,1.,如图,9-2-1,所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放,置的金属棒,ab,以水平初速度,v,0,抛出，设在整个过程中棒的方,向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的,感应电,动势大小变化情况是,(,),图,9-2-1,A.,越来越大,B.,越来越小,C.,保持不变,D.,无法判断,答案：,C,2.,无线充电技术中使用的受电线圈示意图如图,9-2-2,所示，,线圈匝数为,n,，面积为,S,.,若在,t,1,到,t,2,时间内，匀强磁场平行于,线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由,B,1,均匀增加到,B,2,，则该段时间线圈两端,a,和,b,之间的电势差,a,b,(,),A.,恒为,nS,(,B,2,B,1,),t,2,t,1,B.,从,0,均匀变化,到,nS,(,B,2,B,1,),t,2,t,1,C.,恒为,nS,(,B,2,B,1,),t,2,t,1,D.,从,0,均匀变化,到,nS,(,B,2,B,1,),t,2,t,1,图,9-2-2,答案：,C,3.(,多选，,201,5,年新课标,卷,)1824,年，法国科学家阿拉果,完成了著名的“圆盘实验”,.,实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可以自由旋转的磁针，如图,9-2-3,所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心,的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后,.,下列,说法正确的是,(,),图,9-2-3,A.,圆盘上产生了感应电动势,B.,圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动,C.,在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通,量发生了变化,D.,圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产,生的磁场导致磁针转动,答案：,AB,4.(2016,年北京卷,),如图,9-2-,4,所示，匀强磁场中有两个导体,圆环,a,、,b,，磁场方向与圆环所在平面垂直,.,磁感应强度,B,随时间,均匀增大,.,两圆环半径之比为,21,，圆环中产生的感应电动势分,别为,E,a,和,E,b,.,不考虑两圆环间的相互影响,.,下列说法正确的是,(,),图,9-2-4,A.,E,a,E,b,41,，感应电流均沿逆时针方向,B.,E,a,E,b,41,，感应电流均沿顺时针方向,C.,E,a,E,b,21,，感应电流均沿逆时针方向,D.,E,a,E,b,21,，感应电流均沿顺时针方向,答案：,B,热点,1,法拉第电磁感应定律的简单应用,【,典题,1,】,(2017,年安徽合肥高三检测,),在半径为,r,、,电阻为,R,的圆形导线框内，以直径为界，左右两侧分别存在着方向如,图,9-2-5,甲所示的匀强磁场，以垂直于纸面向外的磁场为正，,两部分磁场的磁感应强度,B,随时间,t,的变化规律分别如图乙所,示,.,则,0,t,0,时间内，导线框中,(,),乙,甲,图,9-2-5,A.,感应电流的方向为顺时针,B.,感应电流的方向为逆时针,C.,感应电流的大小为,3,r,2,B,0,t,0,R,D.,感应电流的大小为,2,r,2,B,0,t,0,R,解析：,根据楞次定律可知，左边的导线框的感应电流是顺,时针，而右边的导线框的感应电流，也是顺时针，则整个导线,框的感应电流方向顺时针，故,A,正确，,B,错误；由法拉第电磁,感应定律知，因磁场的变化，导致导线框内产生感应电动势，,结合题意可知，产生感应电动势正好是两者之和，即为,E,答案：,A,热点,2,导体切割磁感线产生感应电动势的计算,热点归纳,1.,E,Bl,v,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,者互相垂直,.,(2),有效性：公式中的,l,为导体切割磁感线的有效长度,.,如图,9-2-6,中，导体棒的有效长度为,ab,间的距离,.,图,9-2-6,(3),相对性：,E,Bl,v,中的速度,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,.,2.,导体转动切割磁感线：,当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度,匀速转动,图,9-2-7,公式,E,n,t,E,Bl,v,区,别,研究,对象,闭合回路,回路中做切割磁感线运动,的那部分导体,研究,内容,求的是,t,时间内的平均,感应电动势，,E,与某段时,间或某个过程对应,(1),若,v,为瞬时速度,，则求,的是瞬时感应电动势,(2),若,v,为平均速度，则求,的是平均感应电动势,适用,范围,对任何电路普遍适用,只适用于导体垂直于匀强,磁场做切割磁感线的运动,(,续表,),考向,1,公式的理解,【,典题,2,】,(,多选，,2017,年新课标,卷,),两条平行虚线间存,在一匀强磁场，磁感应强度,方向与纸面垂直,.,边长为,0.1 m,、总,电阻为,0.005,的正方形导线框,abcd,位于纸面内，,cd,边与磁场,边界平行，如图,9-2-8,甲所示,.,已知导线框一直向右做匀速直线,运动，,cd,边于,t,0,时刻进入磁场,.,线框中感应电动势随时间变,化的图线如图乙所示,(,感应电流的方向为顺时针时，感应电动势,取正,).,下列说法正确的是,(,),甲,乙,图,9-2-8,A.,磁感应强度的大小为,0.5 T,B.,导线框运动速度的大小为,0.5 m/s,C.,磁感应强度的方向垂直于纸面向外,D.,在,t,0.4 s,至,t,0.6 s,这段时间内，导线框所受的安培力,大小为,0.1 N,解析：,由,E,-,t,图象可知，线框经过,0.2 s,全部进入磁场，则,E,BL,v,可知，,B,0.2 T,，选项,A,错误；根据楞次定律可知，磁,感应强度的方向垂直于纸面向外，选项,C,正确；在,t,0.4 s,至,t,所受的安培力大小为,F,BIL,0.04 N,，选项,D,错误,.,答案：,BC,时，棒两端的感应电动势大小为,E,，则,考向,2,有效切割长度的理解,【,典题,3,】,如图,9-,2-9,所示，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,E,，将此棒,弯成两段长度相等且相互垂直的折弯，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,E,E,等于,(,),图,9-2-9,答案：,B,方法技巧：,本题关键要准确理解公式,E,Bl,v,中,l,的含义，,知道,l,是有效的切割长度，即速度垂直方向上金属棒的长度,.,考向,3,导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的问题,【,典题,4,】,(,多选，,2016,年新课标,卷,),法拉第圆盘发电机,的示意图如图,9-,2-10,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,(,),图,9-2-10,A.,若圆盘转动的角速度恒定，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,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：,将圆盘看成由无数辐条组成，各辐条都在切割磁感,线，从而产生感应电动势，出现感应电流，当圆盘顺时针转动,时,(,从上往下看,),，根据右手定则可判断，圆盘上感应电流从边,缘向中心，流过电阻,R,的电流方向从,a,到,b,，,B,正确；由法拉,故,A,正确，,C,错误；当角速度,变为原来的,2,倍时，感应电动,流在,R,上的热功率,P,I,2,R,变为原来的,4,倍，,D,错误,.,答案：,AB,易错提醒：,公式,E,Bl,v,的应用是有条件的，它适用,于导体,平动且速度方向垂直于磁感线方向的特殊情况，对于这种导体,棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况，导体各部分的速度,不同，本公式不再适用,.,种类,通电自感,断电自感,自感,电路,器材,规格,L,1,、,L,2,灯同规格，,R,R,L,，,L,较大,L,很大,(,有铁芯,),热点,3,考向,1,涡流、电磁阻尼、自感现象的理解及应用,通电自感与断电自感现象对比,热点归纳,1.,两种自感现象的比较：,种类,通电自感,断电自感,自感,现象,在,S,闭合瞬间，,L,2,灯立即亮起来，,L,1,灯逐渐变亮，最终一样亮,在开关,S,断开时，,L,灯渐渐熄灭,产生,原因,开关闭合时，流过线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，流过,L,1,灯的电流比流过,L,2,灯的电流增加得慢,断开开关,S,时，流过线圈,L,的电流减小，自感电动势阻碍电流的减小，使电流继续存在一段时间,.,在,S,断开后，通过,L,的电流反向通过,L,灯，,L,灯不会立即熄灭，若,R,L,R,L,，原来的电流,I,L,I,L,，则,L,灯熄灭前要闪亮一下，若,R,L,R,L,，自感电流,I,L,I,L,，则,L,灯逐渐熄灭，不再闪亮一下,(,续表,),种类,通电自感,断电自感,等效,理解,自感线圈的作用相当于一个,阻值无穷大的电阻短时间内,减小为零,(,或减小为自感线,圈的直流电阻,),自感线圈的作用相当于一个瞬,时电源,(,电源电动势在短时间内,减小为零,),能量,转化,电能转化为磁场能,磁场能转化为电能,(,续表,),2.,自感电动势的作用是阻碍电流的变化，但自感电动势只,是延缓了过程的进行，不能使过程停止，更不能使过程反向,.,3.,自感线圈中的电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，,电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小,.,发生自感现象的瞬,间，线圈中电流的大小和方向不变，即电流不发生“突变”,.,【,典题,5,】,(2017,年北京卷,),演示自感现象的两个电路图如,图,9-2-11,甲和乙所示，,L,1,和,L,2,为电感线圈,.,实验时，断开开关,S,1,瞬间，灯,L,1,突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关,S,2,，灯,L,2,逐渐变亮，而另一个相同的灯,L,3,立即变亮，最终,L,2,与,L,3,的亮,度相同,.,下列说法正确的是,(,甲,乙,),图,9-2-11,A.,图甲中，,L,1,与,L,1,的电阻值相同,B.,图甲中，闭合开关,S,1,，电路稳定后，,L,1,中电流大于,L,1,中电流,C.,图乙中，滑动变阻器,R,与,L,2,的电阻值相同,D.,图乙中，闭合开关,S,2,瞬间，,L,2,中电流与滑动变阻器,R,中,电流相等,答案：,C,考向,2,对电磁阻尼的考查,【,典题,6,】,(2017,年新课标,卷,),扫描隧道显微镜,(STM),可用,来探测样品表面原子尺度上的形貌,.,为了有效隔离外界振动对,STM,的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄,板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图,9-2-12,所示,.,无扰,动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是,(,),图,9-2-12,A,B,C,D,答案：,A,