高考物理复习第十章电磁感应第二课时法拉第电磁感应定律自感涡流市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT.pptx

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,