高考物理复习第轮法拉第电磁感应定律及应用.ppt

第第2 2讲 法拉第法拉第电磁感磁感应定律及定律及应用用电 磁磁 感感 应第十二章第十二章一、感一、感应电动势的的产生及其大小生及其大小计算算1.感感应电动势：电磁感磁感应现象中象中产生的生的电动势.2.法拉第法拉第电磁感磁感应定律定律(1)内容：内容：电路中感路中感应电动势的大小，跟穿的大小，跟穿过这一一电路的路的磁通量的磁通量的变化率成正比化率成正比.(2)公式：公式：对于于n匝匝线圈有圈有(3)法拉第法拉第电磁感磁感应定律求的是定律求的是t时间内的平均感内的平均感应电动势.3.导体切割磁感体切割磁感线产生的感生的感应电动势长度度为L的的导体在磁感体在磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场中以速度中以速度v做做切割磁感切割磁感线运运动时，产生感生感应电动势的大小是：的大小是：E=BLvsin(是是B与与v之之间的的夹角角).(1)上式适用上式适用导体平体平动，L垂直垂直v、B.(2)公式中公式中L是是导体切割磁感体切割磁感线的有效的有效长度度.是是v与与B的的方向方向夹角，若角，若=90(v B)时，则E=BLv；若；若=0(v B)时，则E=0.4.转动产生的感生的感应电动势如如图12-2-1，磁感，磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场方向垂直于方向垂直于纸面向外，面向外，长L的金属棒的金属棒Oa以以O为轴在在该平面内以角平面内以角速度速度逆逆时针匀速匀速转动.在在应用感用感应电动势的公式的公式时，其中的速度其中的速度v应该指指导线上各点的平均速度，即金属上各点的平均速度，即金属棒中点的速棒中点的速 度，因度，因 此此 有有 (只适用只适用导体棒体棒绕一个端点垂直磁感一个端点垂直磁感线匀速匀速转动切割切割).图12-2-1 一个共有一个共有10匝的匝的闭合矩形合矩形线圈，圈，总电阻阻为10、面面积为0.04m2，置于水平面上，置于水平面上.若若线框内的磁感框内的磁感应强度在度在0.02s内，由垂直内，由垂直纸面向里，从面向里，从1.6T均匀减均匀减少到零，再反向均匀增加到少到零，再反向均匀增加到2.4T.则在此在此时间内，内，线圈内圈内导线中的感中的感应电流大小流大小为 A，从上向下俯，从上向下俯视，线圈中圈中电流的方向流的方向为 时针方向方向.8顺 由于磁感由于磁感应强度均匀度均匀变化，在化，在0.02s内磁内磁场的方向的方向发生了一次反向生了一次反向.设垂直垂直纸面向外面向外为正方向，正方向，B=B2-（-B1）=B2+B1,根据法拉第根据法拉第电磁感磁感应定律定律根据根据闭合合电路欧姆定律路欧姆定律应用楞次定律用楞次定律时，特，特别要注意感要注意感应电流的磁流的磁场阻碍的是阻碍的是引起感引起感应电流的磁通量的流的磁通量的变化化.不能把不能把“阻碍阻碍变化化”简单地理解地理解为原磁原磁场均匀减少，均匀减少，电流就是流就是顺时针，原磁，原磁场均匀增加，感均匀增加，感应电流就是逆流就是逆时针.应用楞次定律解用楞次定律解题要先判断原磁通的方向及其要先判断原磁通的方向及其变化化趋势，再用，再用“阻碍阻碍变化化”的原的原则来判断感来判断感应电流的磁流的磁场的方向，最后用安的方向，最后用安培定培定则来判断感来判断感应电流的方向流的方向.二、自感二、自感现象及自感象及自感电动势1.自感自感现象：象：当当导体中体中电流流发生生变化化时，导体本身就体本身就产生感生感应电动势，这个个电动势总是阻碍是阻碍导体中原来体中原来电流的流的变化的，化的，这种由于种由于导体本身体本身电流流发生生变化而化而产生的生的电磁感磁感应现象叫象叫自感自感现象象.2.自感自感电动势和自感系数和自感系数（1）自感自感电动势：式中式中 为电流的流的变化率，化率，L为自感系数自感系数.自感自感电动势的作用的作用总是要阻碍是要阻碍导体中原体中原电流的流的变化，但它不能使化，但它不能使过程停止即阻止，只程停止即阻止，只是延是延缓了了过程的程的进行，更不能使行，更不能使过程反向程反向.它的大小它的大小与与电流的流的变化率成正比化率成正比.（2）自感系数：自感系数的大小由自感系数：自感系数的大小由线圈本身的特性决定圈本身的特性决定.线圈越圈越长，单位位长度的匝数越多，截面度的匝数越多，截面积越大，自感系数越越大，自感系数越大大.若若线圈中加有圈中加有铁芯，自感系数将大大增加芯，自感系数将大大增加.3.日光灯日光灯 1.日光灯管的构造和工作原理日光灯管的构造和工作原理 （1）日光灯的工作原理日光灯的工作原理图如如图12-2-2所示所示.（2）主要主要组成及其作成及其作用：用：镇流器：其作用是流器：其作用是利用自感利用自感现象，在灯开始象，在灯开始点燃点燃时起起产生瞬生瞬时高高压的的作用；在日光灯正常作用；在日光灯正常发光光时起降起降压限流的作用限流的作用.图12-2-2日光灯管：它要使管内汞蒸气日光灯管：它要使管内汞蒸气导电才能才能发光，而激光，而激发气体气体导电所需的所需的电压比比220V的的电源源电压大得多大得多.当它被点燃后当它被点燃后正常正常发光光时电阻阻变得很小只允得很小只允许通通过不大的不大的电流，流，电流流过强就会就会烧毁灯管，灯管，这时又要使加在它上的又要使加在它上的电压小于小于电源源电压.启启动器：是一个充有器：是一个充有氖气的小玻璃泡气的小玻璃泡.里面装上两个里面装上两个电极，极，一个固定不一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的的静触片和一个用双金属片制成的U形触片形触片.其作用是：利用其作用是：利用氖管的管的辉光放光放电，自，自动把把电路接通和断开路接通和断开.如如图12-2-3所示是日光灯的构造示意所示是日光灯的构造示意图.若按若按图示的示的电路路连接接.关于日光灯关于日光灯发光的情况下列叙述中正确的是光的情况下列叙述中正确的是（）图12-2-3CA.S1接通，接通，S2、S3断开，日光灯就能正常断开，日光灯就能正常发光光B.S1、S2接通，接通，S3断开，日光灯就能正常断开，日光灯就能正常发光光C.S3断开，接通断开，接通S1、S2后，再断开后，再断开S2，日光灯就能，日光灯就能正常正常发光光D.当日光灯正常当日光灯正常发光后，再接通光后，再接通S3日光灯仍能正常日光灯仍能正常发光光 S1接通，接通，S2、S3断开，断开，电源源电压220V加在灯加在灯管两端，不能使气体管两端，不能使气体电离，日光灯不能离，日光灯不能发光光.选项A错误；S1、S2接通，接通，S3断开，灯断开，灯丝两端被短路，两端被短路，电压为零，日光灯不能零，日光灯不能发光，光，选项B错；当日光灯；当日光灯正常正常发光后，再接通光后，再接通S3则镇流器被短路，灯管两流器被短路，灯管两端端电压过高会高会损坏灯管，坏灯管，选项D错误；S3断开，断开，S1、S2接通，灯接通，灯丝被被预热，发出出电子，再子，再断开断开S2，镇流器中流器中产生很大的自感生很大的自感电动势，和原，和原来来电压一起加在灯管两端，使气体一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯离，日光灯正常正常发光，光，选项C正确正确.图12-2-6为一种早期一种早期发电机原理示意机原理示意图，该发电机由固定的机由固定的圆形形线圈和一圈和一对用用铁芯芯连接的接的圆柱形磁柱形磁铁构成，两磁极相构成，两磁极相对于于线圈平面圈平面对称，在磁极称，在磁极绕转轴匀速匀速转动过程中，磁极程中，磁极中心在中心在线圈平面上的投影沿圈平面上的投影沿圆弧弧XOY运运动，(O是是线圈中心圈中心)，则()D图12-2-6A.从从X到到O,电流由流由E经G流向流向F，先增大再减小，先增大再减小B.从从X到到O,电流由流由F经G流向流向E，先减小再增大，先减小再增大C.从从O到到Y,电流由流由F经G流向流向E，先减小再增大，先减小再增大D.从从O到到Y,电流由流由E经G流向流向F，先增大再减小，先增大再减小 考考查电磁感磁感应、楞次定律、楞次定律.在磁极在磁极绕转轴从从X到到O匀速匀速转动，穿，穿过线圈平圈平面的磁通量向上增大，根据楞次定律可知面的磁通量向上增大，根据楞次定律可知线圈中圈中产生生顺时针方向的感方向的感应电流，流，电流由流由F经G流向流向E，又，又导线切割磁感切割磁感线产生感生感应电动势E感感=BLv，导线处的磁感的磁感应强度先增后减可知感度先增后减可知感应电动势先增先增加后减小、加后减小、则电流先增大再减小，流先增大再减小，AB均均错.在磁极在磁极绕转轴从从O到到Y匀速匀速转动，穿，穿过线圈平面的磁通量向圈平面的磁通量向上减小，根据楞次定律可知上减小，根据楞次定律可知线圈中圈中产生逆生逆时针方向的感方向的感应电流，流，电流由流由E经G流向流向F，又，又导线切割磁感切割磁感线产生感生感应电动势E感感=BLv，导线处的磁感的磁感应强度先增后减可知感度先增后减可知感应电动势先增加后减小、先增加后减小、则电流先增大再减小，流先增大再减小，C错、D对.如如图12-2-7，金属棒，金属棒ab置于水平放置的置于水平放置的U形光形光滑滑导轨上，在上，在ef右右侧存在有界匀存在有界匀强磁磁场B，磁，磁场方向方向垂直垂直导轨平面向下，在平面向下，在ef左左侧的无磁的无磁场区域区域cdef内有内有一半径很小的金属一半径很小的金属圆环L，圆环与与导轨在同一平面内在同一平面内.当金属棒当金属棒ab在水平恒力在水平恒力F作用下从磁作用下从磁场左左边界界ef处由由静止开始向右运静止开始向右运动后，后，圆环L有有 (填收填收缩、扩张)趋势，圆环内内产生的感生的感应电流流 (填填变大、大、变小、不小、不变).图12-2-7收收缩变小小 由于金属棒由于金属棒ab在恒力在恒力F的作用下向右运的作用下向右运动，则abcda回路中回路中产生逆生逆时针方向的感方向的感应电流，流，则在在圆环处产生垂直于生垂直于纸面向外的磁面向外的磁场，随着金属棒向，随着金属棒向右加速运右加速运动，圆环的磁通量将增大，依据楞次定的磁通量将增大，依据楞次定律可知，律可知，圆环将有收将有收缩的的趋势以阻碍以阻碍圆环的磁通的磁通量增大；量增大；又由于金属棒向右运又由于金属棒向右运动速度越来越大，速度越来越大，产生的感生的感应电流也越流也越来越大，受到的安培力逐来越大，受到的安培力逐渐增大，金属棒增大，金属棒ab的合外力减小，的合外力减小，加速度减小，加速度减小，单位位时间内内圆环中磁通量的中磁通量的变化率减小，所化率减小，所以在以在圆环中中产生的感生的感应电流不断减小流不断减小.如如图12-2-8电路中，自感路中，自感线圈圈电阻很小阻很小(可忽略不可忽略不计)，自感系数很大，自感系数很大.A、B、C是三只完全相同的灯泡是三只完全相同的灯泡.则S闭合后合后()A.S闭合瞬合瞬间，只有，只有B灯和灯和C灯亮灯亮 B.S闭合瞬合瞬间，A灯最亮，灯最亮，B灯和灯和C灯亮度相同灯亮度相同 C.S闭合后合后过一会儿，一会儿，A灯逐灯逐渐变暗，最后完全熄暗，最后完全熄灭 D.S闭合后合后过一会儿，一会儿，B、C灯逐灯逐渐变亮，最后亮度相同亮，最后亮度相同图12-2-8BCD 考考查自感自感现象象.S闭合的瞬合的瞬间，L感抗很大，相当于断路，此刻感抗很大，相当于断路，此刻仅A、B、C接在接在电路中，路中，B、C并并联再与再与A灯串灯串联，故，故A灯上分配灯上分配电压大，大，A、B、C三个灯同三个灯同时发亮，亮，A灯最灯最亮亮.故故选项A错误、选项B正确；正确；S闭合后，合后，L逐逐渐趋于于稳定，即定，即L的感抗逐的感抗逐渐减小，最后完全消失减小，最后完全消失.由于由于L的的电阻可忽略不阻可忽略不计，因此，此，因此，此时L对A相当于短路，所以灯相当于短路，所以灯A逐逐渐变暗，最后熄暗，最后熄灭，而，而B、C灯逐灯逐渐变亮，最后亮亮，最后亮度相同，故度相同，故选项C、D都正确都正确.如如图12-2-9所示，所示，L是自感系数足是自感系数足够大的大的线圈，其直流圈，其直流电阻可以忽略不阻可以忽略不计，D1和和D2是两个相同的灯泡，若将是两个相同的灯泡，若将电键K闭合，待灯泡亮度合，待灯泡亮度稳定后再断开定后再断开电键K，则()图12-2-9ACA.电键K闭合合时，灯泡，灯泡D1和和D2同同时亮，然后亮，然后D1会会变暗直到不暗直到不亮，亮，D2更亮更亮B.电键K闭合合时，灯泡，灯泡D1很亮，很亮，D2逐逐渐变亮，最后一亮，最后一样亮亮C.电键K断开断开时，灯泡，灯泡D2随之熄随之熄灭,而而D1会亮一下才熄会亮一下才熄灭D.电键K断开断开时，灯泡，灯泡D1随之熄随之熄灭，而，而D2会亮一下才熄会亮一下才熄灭 电键K闭合合时，L会会产生生E自自从而阻碍从而阻碍电流增大，流增大，D1和和D2同同时亮，随着亮，随着电流流趋于于稳定，定，L中的中的E自自逐逐渐减小，最后减小，最后L会把会把D1短路，短路，D1不亮，而不亮，而D2两端两端电压会增大而更亮会增大而更亮.当当K断断开开时，D2中因无中因无电流会随之熄流会随之熄灭，而，而L中会中会产生生E自自，与，与D1构成构成闭合回路，合回路，D1会亮一下会亮一下.如如图12-2-10所示，所示，闭合合导线框的框的质量可以忽略不量可以忽略不计，将，将它从如它从如图所示的位置匀速拉出匀所示的位置匀速拉出匀强磁磁场.若第一次用若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功拉出，外力所做的功为W1，通，通过导线截面的截面的电量量为q1；第二次用；第二次用0.9s时间拉出，外力所做的功拉出，外力所做的功为W2，通，通过导线截面的截面的电量量为q2，则()A.W1W2，q1q2B.W1W2，q1=q2D.W1W2，q1q2图12-2-10C 综合考合考查电磁感磁感应与功与功.设线框框长为L1，宽为L2，第一次拉出速度，第一次拉出速度为v1，第二次拉出速度，第二次拉出速度为v2，则v1=3v2.匀速拉出磁匀速拉出磁场时，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有W1=F1L1=BI1L2L1=B2L22L1v1/R，同理同理W2=B2L22L1v2/R，故故W1W2；又由于又由于线框两次拉出框两次拉出过程中，磁通量的程中，磁通量的变化量相等，即化量相等，即1=2，由由q=/R，得：，得：q1=q2故正确答案故正确答案为选项C.如如图12-2-11所示，一所示，一边长为50cm的正方形的正方形导线框，框，放置在放置在B=0.40T的匀的匀强磁磁场中中.已知磁已知磁场方向与水方向与水平方向成平方向成37角，角，线框框电阻阻为0.10，求，求线框框绕其其一一边从水平方向从水平方向转至至竖直方向的直方向的过程中通程中通过导线横截面横截面积的的电量量.图12-2-11 设线框在水平位置框在水平位置时法法线（图12-1-11中中n）方向）方向向上，穿向上，穿过线框的磁通量框的磁通量1=BScos53=6.010-2Wb当当线框框转至至竖直位置直位置时，线框平面的法框平面的法线方向水平向右，方向水平向右，与磁感与磁感线夹角角=143，穿，穿过线框的磁通量框的磁通量2=BScos143=-8.010-2Wb通通过导线横截面的横截面的电量量点点评：磁通量磁通量=BScos，公式中，公式中是是线圈所在平面的圈所在平面的法法线与磁感与磁感线方向的方向的夹角角.若若90时，为正，正，90时，为负，所以磁通量，所以磁通量有正有正负之分之分.