高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）92 法拉第电磁感应定律 自感现象课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点1法拉第电磁感应定律 1 感应电动势 1 概念 在 中产生的电动势 2 产生条件 穿过回路的 发生改变 与电路是否闭合 3 方向判断 感应电动势的方向用 或 判断 2 法拉第电磁感应定律 1 内容 闭合电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的 成正比 电磁感应现象 磁通量 无关 楞次定律 右手定则 磁通量的变化率 线圈匝数 闭合电路欧姆 4 导体切割磁感线时的感应电动势 知识点2自感 涡流 1 互感现象两个互相靠近的线圈 当一个线圈中的电流变化时 它所产生的变化的 会在另一个线圈中产生 的现象 2 自感现象 1 定义 由于通过导体自身的 而产生的电磁感应现象 磁场 感应电动势 电流发生变化 2 自感电动势 定义 在 中产生的感应电动势 相关因素 与线圈的大小 形状 以及是否有 有关 单位 亨利 h 1mh h 1 h 10 6h 自感现象 圈数 铁芯 10 3 3 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 这种电流像水的旋涡 所以叫涡流 1 电磁阻尼 当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到 安培力的方向总是 导体的运动 2 电磁驱动 如果磁场相对于导体转动 在导体中会产生 使导体受到安培力的作用 安培力使导体运动起来 交流感应电动机就是利用 的原理工作的 3 电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了 的推广应用 感应电流 安培力 阻碍 感应电流 电磁驱动 楞次定律 一 基础知识题组1 法拉第电磁感应定律的应用 一矩形线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场方向垂直 先保持线框的面积不变 将磁感应强度在1s时间内均匀地增大到原来的两倍 接着保持增大后的磁感应强度不变 在1s时间内 再将线框的面积均匀地减小到原来的一半 先后两个过程中 线框中感应电动势的比值为 a b 1c 2d 4 答案 b 2 感应电动势的概念 如图所示分别为穿过某一闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象 关于回路中产生的感应电动势 下列论述正确的是 a 图a中回路产生的感应电动势恒定不变b 图b中回路产生的感应电动势一直在变大c 图c中回路在0 t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势d 图d中回路产生的感应电动势先变小再变大解析 磁通量 随时间t变化的图象中 斜率表示感应电动势 所以图a中不产生感应电动势 图b中产生恒定的感应电动势 图c中0 t1时间内的感应电动势大于t1 t2时间内的感应电动势 图d中感应电动势先变小再变大 综合分析知 选项d正确 答案 d 3 对自感的考查 多选 如图 a b 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a的电阻 接通s 使电路达到稳定 灯泡a发光 则 a 在电路 a 中 断开s a将渐渐变暗b 在电路 a 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗c 在电路 b 中 断开s a将渐渐变暗d 在电路 b 中 断开s a将先变得更亮 然后渐渐变暗 解析 在电路 a 中 灯a和线圈l串联 它们的电流相同 断开s时 线圈上产生自感电动势 阻碍原电流的减小 但流过灯a的电流仍逐渐减小 从而灯a只能渐渐变暗 在电路 b 中 电阻r和灯a串联 灯a的电阻大于线圈l的电阻 电流则小于线圈l中的电流 断开s时 电源不再给灯供电 而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小 通过r a形成回路 灯a中电流突然变大 灯a变得更亮 然后渐渐变暗 故a d正确 答案 ad 4 如图所示的电路中 电源的电动势为e 内阻为r 电感l的电阻不计 电阻r的阻值大于灯泡d的阻值 在t 0时刻闭合开关s 经过一段时间后 在t t1时刻断开s 下列表示a b两点间电压uab随时间t变化的图象中 正确的是 解析 本题考查了断电自感的现象 明确电感线圈的作用是解答关键 闭合开关s后 灯泡d直接发光 电感l的电流逐渐增大 电路中的总电流也将逐渐增大 电源内电压增大 则路端电压uab逐渐减小 断开开关s后 灯泡d中原来的电流突然消失 电感l中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小 所以灯泡d中电流将反向 并逐渐减小为零 即uab反向逐渐减小为零 所以选项b正确 答案 b 二 规律方法题组5 极端法 的应用 如图所示 线圈a b是由不同材料制成的导体线圈 它们的质量一样大 形状一样 设磁场足够大 下列说法正确的是 a 电阻大的线圈达到稳定速度时的速度大b 电阻小的线圈达到稳定速度时的速度大c 两线圈的稳定速度是一样的d 电阻率大的材料制成的线圈 稳定速度大解析 以极端情况分析 若线圈电阻非常大 以至于无穷大时 线圈中电流趋近于零 线圈做自由落体运动 速度将不断增大 所以可推知电阻大的线圈稳定运动时的速度大 a正确 答案 a 6 用结论 q n 解题 如图所示 正方形线圈abcd位于纸面内 边长为l 匝数为n 线圈内接有电阻值为r的电阻 过ab中点和cd中点的连线oo 恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上 磁场的磁感应强度为b 当线圈转过90 时 通过电阻r的电荷量为 答案 b 02典例突破知规律 考点1法拉第电磁感应定律的应用考点解读 1 平均感应电动势大小决定因素 e n是指电路中产生的平均感应电动势 决定感应电动势大小的因素是穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢 而不是磁通量的大小 也不是磁通量的变化量的大小 3 在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感应电动势的大小 典例透析如图甲所示 一个阻值为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0至t1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及电阻r1上产生的热量 解题探究 在求解该题时 应明确 1 公式e ns中的s应为 提示 线圈在磁场范围内的有效面积 2 公式q it中的i应为 提示 流过电阻的平均电流 法拉第电磁感应定律的规范应用 1 一般解题步骤 分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况 利用楞次定律确定感应电流的方向 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 变式训练 2012 课标全国卷 如图 均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框 半圆直径与磁场边缘重合 磁场方向垂直于半圆面 纸面 向里 磁感应强度大小为b0 使该线框从静止开始绕过圆心o 垂直于半圆面的轴以角速度 匀速转动半周 在线框中产生感应电流 现使线框保持图中所示位置 磁感应强度大小随时间线性变化 为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流 磁感应强度随时间的变化率的大小应为 答案 c 考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算考点解读 1 导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式e blv 应从以下几个方面理解和掌握 3 瞬时性若v为瞬时速度 则e为相应的瞬时感应电动势 4 有效性公式中的l为有效切割长度 即导体与v垂直的方向上的投影长度 下图中有效长度分别为 甲图 l cdsin 容易错算成l absin 乙图 沿v1方向运动时 l mn 沿v2方向运动时 l 0 丙图 沿v1方向运动时 l r 沿v2方向运动时 l 0 沿v3方向运动时 l r 5 相对性e blv中的速度v是相对于磁场的速度 若磁场也运动时 应注意速度间的相对关系 a 以中点为轴时 e 0 不同两段的代数和 b 以端点为轴时 e b l2 平均速度取中点位置时的线速度 l c 以任意点为轴时 e b l l 不同两段的代数和 典例透析 2012 四川高考 多选 半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆 单位长度电阻均为r0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为b 杆在圆环上以速度v平行于直径cd向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从圆环中心o开始 杆的位置由 确定 如图所示 则 ad 变式训练 如图所示磁感应强度b 0 2t的匀强磁场中有一折成30 角的金属导轨aob 导轨平面垂直于磁场方向 一条直导线mn垂直ob方向放置在导轨上并接触良好 当mn以v 4m s从导轨o点开始向右平动时 若所有导体单位长度的电阻r 0 1 m 求 1 经过时间t后 闭合回路的感应电动势的瞬时值 2 在时间t内 闭合回路的感应电动势的平均值 3 闭合回路中的电流大小和方向 答案 1 1 85tv 2 0 92tv 3 1 69a沿逆时针方向 考点3通电自感和断电自感考点解读 典例透析 2011 北京高考 某同学为了验证断电自感现象 自己找来带铁芯的线圈l 小灯泡a 开关s和电池组e 用导线将它们连接成如图所示的电路 检查电路后 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 虽经多次重复 仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象 他冥思苦想找不出原因 你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 a 电源的内阻较大b 小灯泡电阻偏大c 线圈电阻偏大d 线圈的自感系数较大 解题探究 关键词 闭合开关s 小灯泡发光 再断开开关s 小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象 开关断开瞬间线圈中产生与原电流 的自感电流 灯泡和线圈构成新的闭合回路 与电源无关 当自感电流 稳定时通过灯泡的原电流时灯泡才会闪亮 提示 同向大于 尝试解答 选 由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流 由图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路 与电源无关 故a错 造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流 当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象 故b错c正确 自感系数越大 则产生的自感电动势越大 与灯泡是否闪亮无直接关系 故d错 c 分析自感现象的两点注意 1 通过自感线圈中的电流不能发生突变 即通电过程中 电流是逐渐变大 断电过程中 电流是逐渐变小 此时线圈可等效为 电源 该 电源 与其他电路元件形成回路 2 断电自感现象中灯泡是否 闪亮 问题的判断 在于对电流大小的分析 若断电后通过灯泡的电流比原来强 则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭 变式训练 如图所示 l为自感系数较大的线圈 电路稳定后小灯泡正常发光 当断开开关s的瞬间会有 a 灯a立即熄灭b 灯a慢慢熄灭c 灯a突然闪亮一下再慢慢熄灭d 灯a突然闪亮一下再突然熄灭解析 本题中 当开关s断开时 由于通过自感线圈的电流从有变到零 线圈将产生自感电动势 但由于线圈l与灯a在s断开后不能形成闭合回路 故在开关断开后通过灯a的电流为零 灯立即熄灭 答案 a说明 有自感电动势并不一定有电流 因为必须要闭合回路才能使电流形成通路 03特色培优增素养 解题突破 电磁感应中的 双杆切割 问题 典题例证 20分 如图所示 两根足够长 电阻不计 间距为d的光滑平行金属导轨 其所在平面与水平面夹角为 导轨平面内的矩形区域abcd内存在有界匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向垂直于斜面向上 ab与cd之间相距为l 金属杆甲 乙的阻值相同 质量均为m 甲杆在磁场区