山东省冠县武训高级中学高三物理复习法拉第电磁感应定律省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

9.2 9.2 法拉第电磁感应定律及其应用法拉第电磁感应定律及其应用高三总复习高三总复习 选修选修3-2 3-2 zxxk第1页一、感应电动势一、感应电动势1 1感应电动势感应电动势 在在电磁感应现象电磁感应现象中产生电动势产生感应电动势那部分中产生电动势产生感应电动势那部分导体就相当于电源导体电阻相当于电源导体就相当于电源导体电阻相当于电源内阻内阻2 2感应电流与感应电动势关系恪守感应电流与感应电动势关系恪守闭合电路欧姆闭合电路欧姆定律，即定律，即I I .3 3感生电场与感生电动势、动生电动势感生电场与感生电动势、动生电动势(1)(1)感生电场：磁场改变时在周围空间激发出感生电场：磁场改变时在周围空间激发出电场电场(2)(2)感生电动势：由感生电动势：由感生电场感生电场产生感应电动势叫做感生电动势产生感应电动势叫做感生电动势(3)(3)动生电动势：因为动生电动势：因为导体运动导体运动而产生感应电动势叫做动生电动而产生感应电动势叫做动生电动势势第2页(4)(4)感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二者产生机理有所不一样者产生机理有所不一样(5)(5)在实际感应电动势中，可能现有感生电动势，同在实际感应电动势中，可能现有感生电动势，同时也有动生电动势时也有动生电动势3 3感生电场与感生电动势、动生电动势感生电场与感生电动势、动生电动势第3页二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律1 1内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路磁内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路磁通量通量改变率改变率成正比成正比2 2公式：公式：E E ，n n为线圈匝数为线圈匝数3.3.对法拉第电磁感应定律了解对法拉第电磁感应定律了解(1)(1)很大，很大，/t可能很小，可能很小，很小，很小，/t可能很大，感应可能很大，感应电动势大小与电动势大小与/t相关，与相关，与、无直接关系。无直接关系。（2）用公式）用公式E=nS B/t求感应电动势时，求感应电动势时，S为线圈在磁场范为线圈在磁场范围内有效面积。围内有效面积。第4页3.3.对法拉第电磁感应定律了解对法拉第电磁感应定律了解(4)(4)经过回路截面电荷量经过回路截面电荷量q q仅与仅与n n、和回路电阻和回路电阻R R相关，与相关，与时间长短无关。推导以下：时间长短无关。推导以下：(2)(2)磁通量改变常由磁通量改变常由B B改变或改变或S S改变两种情况引发改变两种情况引发当当 仅由仅由B B改变引发时，改变引发时，E E=nSnS(B B/t t)。当当 仅由仅由S S改变引发时，改变引发时，E E=nBnB(S S/t t)。(3)(3)由由E E=n n /t t计算出是计算出是 t t时间内平均感应电动势。时间内平均感应电动势。第5页1如图所表示半径为如图所表示半径为rn匝线圈套在边长为匝线圈套在边长为L正方形正方形abcd之外，之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形 面积当磁感面积当磁感应强度以应强度以B/t改变率均匀改变时，线圈中产生感应电动势大改变率均匀改变时，线圈中产生感应电动势大小是多少？小是多少？zxxk第6页2 2、石家庄模拟石家庄模拟 如图所表示，两块水平放置金属板相距如图所表示，两块水平放置金属板相距为为d d，用导线将两极板与一个，用导线将两极板与一个n n匝线圈连接，若线圈置于竖直匝线圈连接，若线圈置于竖直向下改变磁场向下改变磁场B B中，则两板间一质量为中，则两板间一质量为m m、电荷量为、电荷量为q q微粒恰微粒恰能静止，则关于线圈中磁场改变情况和磁通量改变率，以下能静止，则关于线圈中磁场改变情况和磁通量改变率，以下说法正确是说法正确是()A A第7页3、如图所表示，导线全部为裸导线，半径为、如图所表示，导线全部为裸导线，半径为r圆内有垂直于圆圆内有垂直于圆平面匀强磁场，磁感应强度为平面匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于，一根长度大于2r导线导线MN以速以速度度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路固定电阻为在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路固定电阻为R，其余电阻不计，求，其余电阻不计，求MN从圆环左端滑到右端过程中电阻从圆环左端滑到右端过程中电阻R上上电流平均值和经过电阻电流平均值和经过电阻R电荷量电荷量第8页4 4、如图所表示，面积为、如图所表示，面积为0.2 m0.2 m2 2 100 100匝线圈匝线圈A A处于磁场中，处于磁场中，磁场方向垂直于线圈平面磁感应强度随时间改变规律是磁场方向垂直于线圈平面磁感应强度随时间改变规律是B B(6(60.2t)T0.2t)T，已知电路中，已知电路中R R1 14 4，R R2 26 6，电容，电容C C30 30 FF，线圈，线圈A A电阻不计，求：电阻不计，求：(1)(1)闭合闭合S S后，经过后，经过R R2 2电流大小及电流大小及方向；方向；(2)(2)闭合闭合S S一段时间后，再断开一段时间后，再断开S.SS.S断开后经过断开后经过R R2 2电荷量电荷量是多少？是多少？第9页第10页4 4导体切割磁感线产生电动势导体切割磁感线产生电动势E EBlvBlv若若v v为瞬时速度，则为瞬时速度，则E E为对应瞬时感应电动势，若为对应瞬时感应电动势，若v v为平均为平均速度，则速度，则E E为平均感应电动势为平均感应电动势公式中公式中L L为有效切割长度，即导体与为有效切割长度，即导体与v v垂直方向上投影长度垂直方向上投影长度二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律（B B、l l、v v相互垂直）相互垂直）E=BLE=BLcdcdsinvsinv若速度为若速度为v v1 1,则则E=2BRvE=2BRv若速度为若速度为v v2 2,则则E=0E=0第11页A5 5、如图所表示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外匀强如图所表示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外匀强磁场，它底边在磁场，它底边在x x轴上且长为轴上且长为2L2L，高为，高为L.L.纸面内一边长为纸面内一边长为L L正正方形导线框沿方形导线框沿x x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在在t t0 0时刻恰好位于图中所表示位置以顺时针方向为导线时刻恰好位于图中所表示位置以顺时针方向为导线框中电流正方向，下面四幅图中能够正确表示电流框中电流正方向，下面四幅图中能够正确表示电流位移位移(I(Ix)x)关系是关系是()第12页6 6、如图所表示，直角三角形导线框、如图所表示，直角三角形导线框abcabc固定在匀强磁场中，固定在匀强磁场中，abab是一段长为是一段长为l l1 10.6 m0.6 m、单位长度电阻为、单位长度电阻为r r3/m3/m均匀导线，均匀导线，acac和和bcbc电阻可不计，电阻可不计，bcbc长度为长度为l l2 20.3 m0.3 m磁场磁感应强度为磁场磁感应强度为B B0.5 T0.5 T，方向垂直纸面向里现有一段长度为，方向垂直纸面向里现有一段长度为L L0.3 m0.3 m、单位长、单位长度电阻也为度电阻也为r r3/m3/m均匀导体杆均匀导体杆MNMN架在导线框上，开始时紧靠架在导线框上，开始时紧靠a a点，然后沿点，然后沿abab方向以恒定速度方向以恒定速度v v1.2 m/s1.2 m/s向向b b端滑动，滑动中端滑动，滑动中一直与一直与bcbc平行并与导线框保持良好接触平行并与导线框保持良好接触(1)(1)导线框中有感应电流时间是多少？导线框中有感应电流时间是多少？(2)(2)当导体杆当导体杆MNMN滑到滑到abab中点时，导线中点时，导线bcbc中电流是多少？方中电流是多少？方向怎样？向怎样？(3)(3)导体杆导体杆MNMN自自a a点滑到点滑到abab中点过程中，回路中感应电动势中点过程中，回路中感应电动势平均值为多少？平均值为多少？第13页5 5导体转动切割磁感线导体转动切割磁感线当导体在垂直于磁场平面内，绕一端以当导体在垂直于磁场平面内，绕一端以角速度角速度匀速转动时，如图匀速转动时，如图二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 7、一直升飞机停在南半球地磁极上空。该处地磁场方向竖直向上，一直升飞机停在南半球地磁极上空。该处地磁场方向竖直向上，磁感应强度为磁感应强度为B B。直升飞机螺旋桨叶片长度为。直升飞机螺旋桨叶片长度为L L，螺旋桨转动频率为，螺旋桨转动频率为f f，顺着地磁场方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨，顺着地磁场方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片近轴端为叶片近轴端为a a，远轴端为，远轴端为b b，如图所表示。假如忽略，如图所表示。假如忽略a a到转轴中心到转轴中心线距离，用线距离，用表示每个叶片中感应电动势，则表示每个叶片中感应电动势，则 A.=fL A.=fL2 2B B，且，且a a点电势低于点电势低于b b点电势点电势B.=2fLB.=2fL2 2B B，且，且a a点电势低于点电势低于b b点电势点电势C.=fLC.=fL2 2B B，且，且a a点电势高于点电势高于b b点电势点电势D.=2fLD.=2fL2 2B B，且，且a a点电势高于点电势高于b b点电势点电势第15页8、如、如图图所表示，一所表示，一导导体体圆环圆环位于位于纸纸面内，面内，O为圆为圆心心环环内两个内两个圆圆心角心角为为90扇形区域内分扇形区域内分别别有匀有匀强强磁磁场场，两磁，两磁场场磁感磁感应应强强度大小相度大小相等，方向相反且均与等，方向相反且均与纸纸面垂直面垂直导导体杆体杆OM可可绕绕O转动转动，M端端经过经过滑滑动动触点与触点与圆环圆环良好接触在良好接触在圆圆心和心和圆环间连圆环间连有有电电阻阻R.杆杆OM以匀角以匀角速度速度逆逆时针转动时针转动，t0时时恰好在恰好在图图示位置要求从示位置要求从a到到b流流经电经电阻阻R电电流方向流方向为为正，正，圆环圆环和和导导体杆体杆电电阻忽略不阻忽略不计计，则则杆从杆从t0开始开始转动转动一周一周过过程中，程中，电电流随流随t改改变图变图象是象是图图中中()C C第16页1 1定义：定义：2 2效果：效果：3 3自感电动势自感电动势三自感现象三自感现象自感电流总是自感电流总是妨碍妨碍线圈中原电流改变线圈中原电流改变当自感电流是由原电流当自感电流是由原电流增强增强引发时引发时(如通电如通电)，自，自感电流方向与原电流方向感电流方向与原电流方向相反相反；当自感电流是由原电流当自感电流是由原电流降低降低引发时引发时(如断电如断电)，自，自感电流方向与原电流方向感电流方向与原电流方向相同相同因为线圈因为线圈本身本身电流发生改变而在它本身激发出感应电电流发生改变而在它本身激发出感应电动势现象动势现象L为自感系数（单位：为自感系数（单位：亨利亨利H），由线圈本身特征决定由线圈本身特征决定 线圈越粗、越长、匝数越密，它自感系数就越大，线圈越粗、越长、匝数越密，它自感系数就越大，另外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大另外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大；自感电动势大小取决于自感系数和线圈本身电流改变快慢自感电动势大小取决于自感系数和线圈本身电流改变快慢 第19页自感系数很大有时会产生危害：自感系数很大有时会产生危害：第20页四、自感现象分析四、自感现象分析1 1、通电自感、通电自感条件：条件：A A1 1、A A2 2同同规规格，格，R RR RL L，L L较较大大现现象：象：在在S S闭闭合瞬合瞬间间，灯，灯A A2 2马马上亮起来，灯上亮起来，灯A A1 1逐步逐步变变亮，最亮，最终终一一样样亮亮能量转化情况：能量转化情况：电能转化为磁场能电能转化为磁场能原因：原因：因为开关闭合时，流过电感线圈因为开关闭合时，流过电感线圈电流要增大电流要增大，线圈产，线圈产生自感电动势，生自感电动势，妨碍了电流增大妨碍了电流增大，使流过灯，使流过灯A A1 1电流比流过灯电流比流过灯A A2 2电流增加得慢电流增加得慢第21页四、自感现象分析四、自感现象分析2 2、断电自感、断电自感条件：条件：L L很大很大(有铁芯有铁芯)现象：现象：在开关在开关S S断开时，灯断开时，灯A A渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭原因：原因：S S断开时，线圈断开时，线圈L L产生自感电动势，妨碍了电流减小，使产生自感电动势，妨碍了电流减小，使电流继续存在一段时间；电流继续存在一段时间；灯灯A A中电流反向中电流反向不会马上熄灭不会马上熄灭若若R RL LRIIA A，则，则A A灯熄灭前要闪亮一下灯熄灭前要闪亮一下若若R RL LRRA A，原来电流，原来电流I IL LIIA A，则灯，则灯A A逐步熄灭不再闪亮一下逐步熄灭不再闪亮一下（有电表电路注意反偏问题）（有电表电路注意反偏问题）能量转化情况：能量转化情况：磁场能转化为电能磁场能转化为电能第22页理想线圈理想线圈(无直流电阻线圈无直流电阻线圈)三个状态三个状态:通电瞬间状态通电瞬间状态:通电稳定状态通电稳定状态:断电瞬间状态断电瞬间状态:应把线圈看成断开；应把线圈看成断开；可把理想线圈看成导线或被短路；可把理想线圈看成导线或被短路；可视为一瞬间电流源可视为一瞬间电流源(自感电动势源自感电动势源)，它能，它能够使闭合电路产生电流够使闭合电路产生电流R RL L=0=0第23页10(江苏高考江苏高考)如图所表示电路中，如图所表示电路中，电源电动势为电源电动势为E，内阻为，内阻为r，电感，电感L电阻不电阻不计，电阻计，电阻R阻值大于灯泡阻值大于灯泡D阻值在阻值在t0时刻闭合开关时刻闭合开关S，经过一段时间后，在，经过一段时间后，在tt1时刻断开时刻断开S.以下表示以下表示A、B两点间电压两点间电压UAB随时间随时间t改变图象中，正确是改变图象中，正确是()B第24页11、在如图所表示电路中，、在如图所表示电路中，a、b为两个完全相同灯泡，为两个完全相同灯泡，L为自感线圈，为自感线圈，E为电源，为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭为开关。关于两灯泡点亮和熄灭先后次序，以下说法正确是先后次序，以下说法正确是()A.合上开关，合上开关，a先亮，先亮，b后亮；断开开关，后亮；断开开关，a、b同时熄灭同时熄灭B.合上开关，合上开关，b先亮，先亮，a后亮；断开开关后亮；断开开关,a先熄灭，先熄灭，b后熄灭后熄灭C.合上开关，合上开关，b先亮，先亮，a后亮；断开开关，后亮；断开开关，a、b同时熄灭同时熄灭D.合上开关，合上开关，a、b同时亮；断开开关，同时亮；断开开关，b先熄灭，先熄灭，a后熄灭后熄灭C第25页12(徐州模拟徐州模拟)如图所表示，如图所表示，A、B、C是相同白炽灯，是相同白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小自感线圈现将是自感系数很大、电阻很小自感线圈现将S闭合，下面说闭合，下面说法正确是法正确是()AB、C灯同时亮，灯同时亮，A灯后亮灯后亮BA、B、C灯同时亮，然后灯同时亮，然后A灯逐步变暗，最终熄灭灯逐步变暗，最终熄灭CA灯一直不亮，只有灯一直不亮，只有B灯和灯和C灯亮灯亮DA、B、C灯同时亮，而且亮暗没有改变灯同时亮，而且亮暗没有改变B第26页1313、如图所表示电路中，三个相同灯泡、如图所表示电路中，三个相同灯泡a a、b b、c c和电感和电感L L1 1、L L2 2与直流电源连接，电感电阻忽略不计开关与直流电源连接，电感电阻忽略不计开关S S从闭合状从闭合状 态突态突然断开时，以下判断正确有然断开时，以下判断正确有()A Aa a先变亮，然后逐步变暗先变亮，然后逐步变暗B Bb b先变亮，然后逐步变暗先变亮，然后逐步变暗C Cc c先变亮，然后逐步变暗先变亮，然后逐步变暗D Db b、c c都逐步变亮都逐步变亮A 第27页 解析解析 a a、b b、c c三个灯泡相同，设三个灯泡相同，设S S闭合时经过三个灯泡闭合时经过三个灯泡电流均是电流均是I I，则，则L L1 1中电流为中电流为2I2I，L L2 2中电流为中电流为I.I.在在S S断开瞬间，断开瞬间，L L1 1中电流由中电流由2I2I逐步减小，逐步减小，L L2 2电流由电流由I I逐步减小，逐步减小，L L1 1、L L2 2中产中产生感应电流方向相同，故生感应电流方向相同，故b b、c c两灯电流逐步减小，即两灯电流逐步减小，即b b、c c两灯逐步变暗，两灯逐步变暗，B B、C C错误，错误，D D项错误；项错误；两个支路电流聚集后为两个支路电流聚集后为2I2I经过经过a a灯，灯，a a灯电流由灯电流由2I2I反向减弱，反向减弱，故故a a灯中先变亮再逐步变暗，即灯中先变亮再逐步变暗，即A A正确正确 答案答案 A A 第28页五、互感五、互感 两个相互靠近线圈，当一个线圈中电流改变时，它所产生改两个相互靠近线圈，当一个线圈中电流改变时，它所产生改变变磁场磁场会在另一个线圈中产生会在另一个线圈中产生感应电动势感应电动势现象现象变压器就是利用变压器就是利用互感互感现象制成现象制成 互感现象能够把互感现象能够把能量能量由由一个线圈传递到另一个线一个线圈传递到另一个线圈，圈，线圈并不需要相连线圈并不需要相连第29页 当线圈中电流发生改变时，在它附近任何导体中都当线圈中电流发生改变时，在它附近任何导体中都会产生像会产生像水旋涡水旋涡状感应电流状感应电流六涡流六涡流1.1.金属块中涡流也要金属块中涡流也要产生产生热量热量,假如金属电假如金属电阻率小，则涡流很强，阻率小，则涡流很强，产生热量也很多。产生热量也很多。2.2.增大铁芯材料电阻增大铁芯材料电阻率率,惯用材料是硅钢，惯用材料是硅钢，用相互绝缘硅钢片叠用相互绝缘硅钢片叠成铁芯来代替整块硅成铁芯来代替整块硅钢铁芯。钢铁芯。第30页3.3.应用应用(1)(1)真空冶炼炉，高频焊接真空冶炼炉，高频焊接电源电源焊焊接接处处待焊接元件待焊接元件线圈导线线圈导线(2)(2)电磁灶电磁灶(3)(3)金属探测器、安检门金属探测器、安检门第31页 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力方向总是安培力方向总是妨碍妨碍导体运动导体运动现象现象4 4电磁阻尼电磁阻尼微安表表头在运输时应该把两个接线柱连在一起微安表表头在运输时应该把两个接线柱连在一起第32页5 5电磁驱动电磁驱动 假如磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，假如磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到感应电流使导体受到安培力安培力作用，作用，安培力安培力使导体运动起使导体运动起来，这种作用称为来，这种作用称为电磁驱动电磁驱动交流电动机就是利用交流电动机就是利用电磁驱动电磁驱动原理制成原理制成第33页14以下做法中可能产生涡流是以下做法中可能产生涡流是()A把金属块放在匀强磁场中把金属块放在匀强磁场中B让金属块在匀强磁场中做匀速运动让金属块在匀强磁场中做匀速运动C让金属块在匀强磁场中做变速运动让金属块在匀强磁场中做变速运动D把金属块放在改变磁场中把金属块放在改变磁场中D第34页七、七、日光灯日光灯日光灯结构：日光灯结构：日光灯管日光灯管镇流器镇流器开启器开启器电容能使使动、静触片分离时不产生电火花，以免烧坏触点电容能使使动、静触片分离时不产生电火花，以免烧坏触点第35页七七.日光灯日光灯1.1.日光灯管结构和工作原理日光灯管结构和工作原理日光灯管：它要使管内汞蒸气导电才日光灯管：它要使管内汞蒸气导电才能发光，激发气体导电所需电压比能发光，激发气体导电所需电压比220V电源电压大得多电源电压大得多.点燃后正常发光时电点燃后正常发光时电阻变得很小只允许经过不大电流，电流阻变得很小只允许经过不大电流，电流过强就会烧毁灯管，这时又要使加在它过强就会烧毁灯管，这时又要使加在它上电压小于电源电压上电压小于电源电压.开启器：是一个充有氖气小玻璃泡开启器：是一个充有氖气小玻璃泡.里里面装上两个电极，一个固定不动静触片面装上两个电极，一个固定不动静触片和一个用双金属片制成和一个用双金属片制成U形触片形触片.其作用其作用是：利用氖管辉光放电，自动把电路接是：利用氖管辉光放电，自动把电路接通和断开通和断开.镇流器：点燃时起产生瞬时高压作用；镇流器：点燃时起产生瞬时高压作用；在日光灯正常发光时起降压限流作用在日光灯正常发光时起降压限流作用.第36页C C1515、如图所表示是日光灯结构示意图、如图所表示是日光灯结构示意图.若按图示电路连接若按图示电路连接.关于日光灯发光情况以下叙述中正确是（关于日光灯发光情况以下叙述中正确是（）A.SA.S1 1接通，接通，S S2 2、S S3 3断开，日光灯就能正常发光断开，日光灯就能正常发光B.SB.S1 1、S S2 2接通，接通，S S3 3断开，日光灯就能正常发光断开，日光灯就能正常发光C.SC.S3 3断开，接通断开，接通S S1 1、S S2 2后，再断开后，再断开S S2 2，日光灯就能正常发光，日光灯就能正常发光D.D.当日光灯正常发光后，再接通当日光灯正常发光后，再接通S S3 3日光灯仍能正常发光日光灯仍能正常发光第37页