山东省2020版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律及其应用课件 新人教版.ppt

第2节法拉第电磁感应定律及其应用,知识梳理,考点自诊,一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)概念:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关。(3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。,知识梳理,考点自诊,2.法拉第电磁感应定律(1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。,(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的欧姆定律,即I=。,知识梳理,考点自诊,3.导体切割磁感线的情形,知识梳理,考点自诊,二、自感、涡流1.自感现象(1)概念:由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感。(2)自感电动势定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作自感电动势。表达式:E=L。(3)自感系数L相关因素:与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。单位:亨利(H),1mH=10-3H,1H=10-6H。,知识梳理,考点自诊,2.涡流当线圈中的电流发生变化时,在它附近的任何导体中都会产生感应电流,这种电流像水的漩涡所以叫涡流。3.电磁阻尼导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动。4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而运动起来。,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。()(3)公式E=Blv中的l是导体棒的总长度。()(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。()(5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。()(6)对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈中的自感电动势越大。(),答案,知识梳理,考点自诊,2.(多选)(2018河南商丘期末)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有()A.增加线圈的匝数B.提高交流电源的频率C.将金属杯换为瓷杯D.取走线圈中的铁芯,答案,解析,知识梳理,考点自诊,3.(2018山东德州调研)如图所示,长为L的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C的平行板电容器上,P、Q为电容器的两个极板,磁场方向垂直于环面向里,磁感应强度以B=B0+Kt(K0)随时间变化。t=0时,P、Q两极板电势相等,两极板间的距离远小于环的半径.经时间t,电容器的P极板()A.不带电B.所带电荷量与t成正比,答案,解析,知识梳理,考点自诊,4.(2018北京丰台期末)如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,速度增为2v,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2,则E1E2为()A.21B.12C.41D.14,答案,解析,知识梳理,考点自诊,5.(2018云南新平月考)在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是()A.合上开关,a先亮,b逐渐变亮;断开开关,a、b同时熄灭B.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭C.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a、b同时熄灭D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,法拉第电磁感应定律的应用1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较,命题点一,命题点二,命题点三,2.法拉第电磁感应定律应用的三种情况,3.在有关图象问题中,磁通量的变化率是-t图象上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。,命题点一,命题点二,命题点三,典例1(2018湖北黄冈调研)如图甲所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计。求在0t1时间内:(1)通过电阻R1的电流大小和方向;(2)通过电阻R1的电荷量q。,命题点一,命题点二,命题点三,再根据楞次定律可以判断,流过电阻R1的电流方向应由b到a。,思维点拨(1)B-t图象为一条倾斜直线,表示磁场均匀变化,即变化率恒定。(2)本题应区分磁场的面积和线圈的面积。,命题点一,命题点二,命题点三,此题主要考查如何应用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、楞次定律,通过科学思维综合解决问题的核心素养。这类问题一般按下列步骤:(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。,命题点一,命题点二,命题点三,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练1.(2017天津卷)如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是()A.ab中的感应电流方向由b到aB.ab中的感应电流逐渐减小C.ab所受的安培力保持不变D.ab所受的静摩擦力逐渐减小,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,2.(2018山东泰安二模)图甲为手机及无线充电板,图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2。下列说法正确的是(),命题点一,命题点二,命题点三,A.c点的电势高于d点的电势B.受电线圈中感应电流方向由d到c,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,3.(多选)(2018湖南常德期末)2017年9月13日,苹果在乔布斯剧院正式发布旗下三款iPhone新机型,除了常规的硬件升级外,三款iPhone还支持快充和无线充电。图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的受电线圈示意图,已知线圈匝数n=100、电阻r=1、横截面积S=1.510-3m2,外接电阻R=7。线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示,则(),命题点一,命题点二,命题点三,A.在t=0.01s时通过R的电流发生改变B.在t=0.01s时线圈中的感应电动势E=0.6VC.在00.02s内通过电阻R的电荷量q=1.510-3CD.在0.020.03s内R产生的焦耳热为Q=1.810-3J,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,导体棒切割磁感线产生感应电动势的分析与计算导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况,命题点一,命题点二,命题点三,典例2(2018河北阜城期末)如图所示,abcd为水平放置的平行“U”形光滑金属导轨,ab与cd的间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,金属杆MN倾斜放置,与导轨成角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则(),答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨解答该题要明确以下几点:(1)金属杆切割磁感线的有效长度并不是它的实际长度,而是它的长度沿垂直速度方向的投影长度。(2)金属杆相当于电源,电路中的电流可利用欧姆定律求得。(3)金属杆的热功率可用公式P=I2R求得。,此题考查对公式E=Blv中的l的物理意义的理解,不能死记硬背公式。,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(多选)(2018吉林市第二次调研)如图所示,均匀金属圆环的总电阻为4R,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过圆环。金属杆OM的长为l,阻值为R,M端与环接触良好,绕过圆心O的转轴以恒定的角速度顺时针转动。阻值为R的电阻一端用导线和环上的A点连接,另一端和金属杆的转轴O处的端点相连接。下列判断正确的是(),答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,此题要求综合应用公式E=Bl2、右手定则、闭合电路欧姆定律进行推理。,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练4.(多选)(2016全国卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。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(),命题点一,命题点二,命题点三,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,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,5.(多选)(2018河北衡水三模)如图所示,半径为r的半圆弧光滑金属导轨ab垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,现有一导体棒Oc可绕半圆形导轨的圆心O点逆时针旋转,转动过程中导体棒接入的电阻为R0,导体棒与导轨始终接触良好,导轨电阻不计,在导轨的右端点b和圆心O有两根引线分别接在电容器C和总阻值为R的滑动变阻器两端,现让导体棒从b端向a端转动,则下列说法正确的是(),命题点一,命题点二,命题点三,A.导体棒在转动过程中c端电势高D.滑片P置于中间不动,均匀增大转速时导体棒所受的外力和C上的电荷量都均匀增大,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,6.(多选)如图所示,一导线弯成半径为r的半圆形闭合线框,竖直虚线MN右侧有垂直线框所在平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,线框以垂直虚线MN、大小为v的速度向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直,从D点进入到线框完全进入磁场过程,下列结论正确的是()A.CD段导线始终不受安培力B.感应电流的大小和方向不变C.感应电动势的最大值为BrvD.感应电动势的平均值为Brv,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,通电自感和断电自感通电自感和断电自感的比较,命题点一,命题点二,命题点三,命题点一,命题点二,命题点三,典例4(2017北京卷)图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是()A.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨线圈在电路中发生自感现象,根据楞次定律可知,感应电流要“阻碍”使原磁场变化的电流的变化。电流突然增大时,会感应出逐渐减小的反向电流,使电流逐渐增大;电流突然减小时,会感应出逐渐减小的正向电流,使电流逐渐减小。,命题点一,命题点二,命题点三,1.对自感现象“阻碍”作用的理解(1)流过线圈的电流增大时,自感电动势阻碍原电流的增大,使其只能缓慢地增大。(2)流过线圈的电流减小时,自感电动势阻碍原电流的减小,使其只能缓慢地减小。2.分析自感现象的注意事项(1)断电过程线圈可等效为“电源”,该“电源”与其他电路元件形成回路。(2)若断电后通过灯泡的电流比原来强,则灯泡先闪亮,再慢慢熄灭。,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练7.(多选)(2018山东薛城期末)如图甲、乙所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则()A.在电路甲中,断开S后,A将逐渐变暗B.在电路甲中,断开S后,A将闪亮一下,然后才逐渐变暗C.在电路乙中,断开S后,A将逐渐变暗D.在电路乙中,断开S后,A将闪亮一下,然后才逐渐变暗,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,8.(多选)(2018福建南平期末)如图所示,A、B是完全相同的两个小灯泡,L为自感系数很大的线圈,其直流电阻等于灯泡电阻,闭合开关S,电路