山东省冠县武训高级中学2013届高三物理总复习 92 法拉第电磁感应定律课件

1、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3-23-2一、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的电动势产生感应电动势的那中产生的电动势产生感应电动势的那部分导体就相当于电源导体的电阻相当于电源的部分导体就相当于电源导体的电阻相当于电源的内阻内阻2 2感应电流与感应电动势的关系遵守感应电流与感应电动势的关系遵守闭合电路欧姆闭合电路欧姆定律，即定律，即I I . .rRE二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律1 1内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路内容：电路中感应电动势的大小，

2、跟穿过这一电路的磁通量的的磁通量的变化率变化率成正比成正比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的理解对法拉第电磁感应定律的理解(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，感应电动势的大小与电动势的大小与/ t有关，有关，与与 、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。1如图所示半径为如图所示半径为r的的n匝线圈套在边长为匝线圈套在边长为L的正方形的正方形abcd之外，之外，匀强磁场局限在正

3、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的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势的大小是多少？的大小是多少？3.3.对法拉第电磁感应定律的理解对法拉第电磁感应定律的理解(4)(4)通过回路截面的电荷量通过回路截面的电荷量q q仅与仅与n n、 和回路电阻和回路电阻R R有关，有关，与时间长短无关。推导如下：与时间长短无关。推导如下：nnqI ttt RR (3)(3)由由E E= =n n / / t t计算出的是计算出的是 t t时间内的平均感应电动势。时间内的平均感应电动势。R

4、R为电路总电阻为电路总电阻2 2、20102010石家庄模拟石家庄模拟 如图所示，两块水平放置的金属板如图所示，两块水平放置的金属板相距为相距为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，若线圈置于匝线圈连接，若线圈置于竖直向下的变化磁场竖直向下的变化磁场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的微粒恰能静止，则关于线圈中磁场的变化情况和磁通量的的微粒恰能静止，则关于线圈中磁场的变化情况和磁通量的变化率，下列说法正确的是变化率，下列说法正确的是( () )A A3、如图所示，导线全部为裸导线，半径为、如图所示，导线全部为裸导线，半径

5、为r的圆内有垂直于圆的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于，一根长度大于2r的导线的导线MN以速度以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固定电阻为定电阻为R，其余电阻不计，求，其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的从圆环的左端滑到右端的过程中电阻过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量的电荷量4 4、如图所示，面积为、如图所示，面积为0.2 m0.2 m2 2 的的100100匝线圈匝线圈A A处在磁场中，处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面磁感应强度随

6、时间变化的规律是磁场方向垂直于线圈平面磁感应强度随时间变化的规律是B B(6(60.2t) T0.2t) T，已知电路中的，已知电路中的R R1 14 4 ，R R2 26 6 ，电容，电容C C30 F30 F，线圈，线圈A A的电阻不计，求：的电阻不计，求：(1)(1)闭合闭合S S后，通过后，通过R R2 2的电流的电流大小及方向；大小及方向；(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断开后通过断开后通过R R2 2的电荷量是多少？的电荷量是多少？4 4导体切割磁感线产生的电动势导体切割磁感线产生的电动势E EBlvBlv若若v v为瞬时速度，则为瞬时速度

7、，则E E为相应的瞬时感应电动势，若为相应的瞬时感应电动势，若v v为平为平均速度，则均速度，则E E为平均感应电动势为平均感应电动势公式中的公式中的L L为有效切割长度，为有效切割长度，即导体与即导体与v v垂直的方向上的投垂直的方向上的投影长度影长度二、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=0A5 5、 如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀

8、强磁场，它的底边在磁场，它的底边在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的正方形导线框沿的正方形导线框沿x x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在区域，在t t0 0时刻恰好位于图中所示的位置以顺时针方向时刻恰好位于图中所示的位置以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面四幅图中能够正确表示电为导线框中电流的正方向，下面四幅图中能够正确表示电流流位移位移(I(Ix)x)关系的是关系的是 ( () ) 6 6、如图所示，直角三角形导线框、如图所示，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

9、，abab是是一段长为一段长为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的均匀导线，的均匀导线，acac和和bcbc的电阻可不计，的电阻可不计，bcbc长度为长度为l l2 20.3 m0.3 m磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为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、单位长度电阻也为位长度电阻也为r r3 /m3 /m的均匀导体杆的均匀导体杆MNMN架在导线框上，开架在导线框上，开始时紧靠始时紧靠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

10、 m/s1.2 m/s向向b b端滑动，端滑动，滑动中始终与滑动中始终与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的时间是多少？导线框中有感应电流的时间是多少？(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中的电流是多少？中的电流是多少？方向如何？方向如何？(3)(3)导体杆导体杆MNMN自自a a点滑到点滑到abab中点的过程中，回路中感应电中点的过程中，回路中感应电动势的平均值为多少？动势的平均值为多少？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的平面内，绕一端当导体在垂直于磁场的平面内

11、，绕一端以角速度以角速度匀速转动时，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的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为向上，磁感应强度为B B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为。直升飞机螺旋桨叶片的长度为L L，螺旋桨转，螺旋桨转动的频率为动的频率为f f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为转动。螺旋桨叶片的近轴端为a a，远轴端为，远轴端为b b，如图所示。如果忽略，如图所示。如果忽略a a到转轴中心线的

12、距离，用到转轴中心线的距离，用表示每个叶片中的感应电动势，则表示每个叶片中的感应电动势，则 A.A.=fL=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.B.=2fL=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.C.=fL=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.D.=2fL=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8、如图所示，一导体圆环位于纸面内，、如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心环内两个圆为圆心环内两个圆心角为心角为90的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度

13、的大的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直导体杆小相等，方向相反且均与纸面垂直导体杆OM可绕可绕O转动，转动，M端端通过滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻通过滑动触点与圆环良好接触在圆心和圆环间连有电阻R.杆杆OM以匀角速度以匀角速度逆时针转动，逆时针转动，t0时恰好在图示位置规定从时恰好在图示位置规定从a到到b流流经电阻经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t0开始转动一周的过程中，电流随开始转动一周的过程中，电流随t变化的图象是图中的变化的图象是图中的()C C9、如图、

14、如图(a)所示，一个电阻值为所示，一个电阻值为R，匝数为，匝数为n的圆形金属线圈与阻的圆形金属线圈与阻值为值为2R的电阻的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半，在线圈中半径为径为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，磁感应强度应强度B随时间随时间t变化的关系图线如图变化的关系图线如图(b)所示，图线与横、纵轴所示，图线与横、纵轴的截距分别为的截距分别为t0和和B0。导线的电阻不计，求。导线的电阻不计，求0至至t1时间内时间内(1)通过电通过电阻阻R1上的电流大小和方向；上的电流大小和方向；

15、(2)通过电阻通过电阻R1上的电荷量上的电荷量q及电阻及电阻R1上产生的热量。上产生的热量。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阻碍阻碍线圈中原电流的变化线圈中原电流的变化 原电流的原电流的增强增强 (如通电如通电)，自感电流的方向与原电，自感电流的方向与原电流方向流方向相反相反； 原电流的原电流的减少减少 (如断电如断电)，自感电流的方向与原电，自感电流的方向与原电流方向流方向相同相同由于线圈由于线圈本身本身的电流发生变化而在它本身激发出感应的电流发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象电动势的现象 L为自感系数（单位：为

16、自感系数（单位：亨利亨利H） ，由线圈本身的特性决定由线圈本身的特性决定 线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越大，线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越大， 此外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大；此外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大； 自感电动势的大小取决于自感电动势的大小取决于自感系数自感系数和线圈和线圈本身电流变化的本身电流变化的快慢快慢 四、自感现象的分析四、自感现象的分析1 1、通电自感、通电自感条件：条件：A A1 1、A A2 2同规格，同规格，R RR RL L，L L较大较大现象：现象：在在S S闭合瞬间，灯闭合瞬间，灯A A2 2立即亮起来，灯立即亮起来，灯A A1

17、 1逐渐变亮，最终逐渐变亮，最终一样亮一样亮能量转化情况：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：由于开关闭合时，流过电感线圈的由于开关闭合时，流过电感线圈的电流要增大电流要增大，线圈，线圈产生自感电动势，产生自感电动势，阻碍了电流的增大阻碍了电流的增大，使流过灯，使流过灯A A1 1的电流比的电流比流过灯流过灯A A2 2的电流增加得慢的电流增加得慢四、自感现象的分析四、自感现象的分析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：

18、S S断开时，线圈断开时，线圈L L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；使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立即熄灭不会立即熄灭若若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，原来的电流，原来的电流I IL LIIA A，则灯，则灯A A逐渐熄灭不再闪亮一下逐渐熄灭不再闪亮一下（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理想线圈理想线圈( (无直流电阻的线圈无直流电阻的线圈) )的三个状态的三

19、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)，它可，它可以使闭合电路产生电流以使闭合电路产生电流R RL L=0=010(2010江苏高考江苏高考)如图所示的电路中，如图所示的电路中，电源的电动势为电源的电动势为E，内阻为，内阻为r，电感，电感L的电的电阻不计，电阻阻不计，电阻R的阻值大于灯泡的阻值大于灯泡D的阻的阻值在值在t0时刻闭合开关时刻闭合开关S，经过一段时，经过一

20、段时间后，在间后，在tt1时刻断开时刻断开S.下列表示下列表示A、B两点间电压两点间电压UAB随时间随时间t变化的图象中，变化的图象中，正确的是正确的是 ( ) B11、在如图所示的电路中，、在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，为两个完全相同的灯泡，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，下列说法正确的是灭的先后次序，下列说法正确的是 ( )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

21、，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C12(2011徐州模拟徐州模拟)如图所示，如图所示，A、B、C是相同的白炽灯，是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小的自感线圈现将是自感系数很大、电阻很小的自感线圈现将S闭合，下闭合，下面说法正确的是面说法正确的是() 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灯逐渐变暗，最后熄灭灯逐渐变暗，最后熄灭CA灯一直不亮，只有灯一直不亮，只

22、有B灯和灯和C灯亮灯亮DA、B、C灯同时亮，并且亮暗没有变化灯同时亮，并且亮暗没有变化B1313、如图所示的电路中，三个相同的灯泡、如图所示的电路中，三个相同的灯泡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，电感的电阻忽略不计开关与直流电源连接，电感的电阻忽略不计开关S S从闭合状从闭合状 态突然断开时，下列判断正确的有态突然断开时，下列判断正确的有 ( () )A Aa a先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗B Bb b先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗C Cc c先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗D Db b、c c都逐渐变亮都逐渐变亮A 解

23、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闭合时通过三个灯泡闭合时通过三个灯泡的电流均是的电流均是I I，则，则L L1 1中的电流为中的电流为2I2I，L L2 2中的电流为中的电流为I.I.在在S S断断开瞬间，开瞬间，L L1 1中的电流由中的电流由2I2I逐渐减小，逐渐减小，L L2 2的电流由的电流由I I逐渐减逐渐减小，小，L L1 1、L L2 2中的产生的感应电流方向相同，故中的产生的感应电流方向相同，故b b、c c两灯的两灯的电流逐渐减小，即电流逐渐减小，即b b、c c两灯逐渐变暗，两灯逐渐变暗，B B、C C错误，错误，D D项错项错误；误；两

24、个支路的电流汇集后为两个支路的电流汇集后为2I2I通过通过a a灯，灯，a a灯电流由灯电流由2I2I反向减反向减弱，故弱，故a a灯中的先变亮再逐渐变暗，即灯中的先变亮再逐渐变暗，即A A正确正确 答案答案 A A 五、互感五、互感 两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的生的变化的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的现象的现象变压器就是利用变压器就是利用互感互感现象制成的现象制成的 互感现象可以把互感现象可以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

25、要相连线圈并不需要相连 当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都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像会产生像水的旋涡水的旋涡状的感应电流状的感应电流六涡流六涡流1.1.金属块中的涡流也金属块中的涡流也要产生要产生热量热量, ,如果金属如果金属的电阻率小，则涡流的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很强，产生的热量也很多。很多。2.2.增大铁芯材料的电增大铁芯材料的电阻率阻率, ,常用的材料是常用的材料是硅钢，硅钢，用互相绝缘的用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。代替整块硅钢铁芯。3.3.应用应用(1)(1)真空冶炼炉，高频焊接真空冶炼炉，

26、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 当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是力，安培力的方向总是阻碍阻碍导体的运动的导体的运动的现象现象4 4电磁阻尼电磁阻尼微安表的表头在运输时应该把两个接线柱连在一起微安表的表头在运输时应该把两个接线柱连在一起5 5电磁驱动电磁驱动 如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，如果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的作用，的作用，安培力安培力使导体运动使导体运动起来，这种作用称为起来，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的原理制成的的原理制成的14下列做法中可能产生涡流的是下列做法中可能产生涡流的是 ()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把金属块放在变化的磁场中把金属块放在变化的磁场中