法拉第电磁感应定律-自感现象课件

法拉第电磁感应定律自感现象考纲考情三年6考高考指数：★★★★★1.法拉第电磁感应定律Ⅱ2.自感、涡流Ⅰ【知识梳理】知识点1法拉第电磁感应定律1.感应电动势：(1)概念：在_________现象中产生的电动势。(2)产生：只要穿过回路的_______发生变化,就能产生感应电动势,与电路是否闭合无关。电磁感应磁通量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,跟穿过这一电路的磁通量的_______成正比。(2)公式：E=,其中为磁通量的_______,n为线圈匝数。变化率变化率3.导体切割磁感线时的感应电动势：(1)垂直切割：E=___,式中l为导体切割磁感线的有效长度。(2)不垂直切割：E=________,式中θ为v与B的夹角。(3)匀速转动：导体棒在垂直匀强磁场方向以角速度ω绕一端转动切割磁感线时,E=________。BlvBlvsinθ【思维诊断】(1)磁通量变化越大,产生的感应电动势也越大。(

)(2)磁通量变化越快,产生的感应电动势就越大。(

)(3)磁通量的变化率描述的是磁通量变化的快慢。(

)(4)感应电动势的大小与线圈的匝数无关。(

)(5)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也能产生感应电动势。(

)【小题快练】1.如图所示,匀强磁场方向垂直于纸面向下,导体棒ab匀速向右切割磁感线运动时,导体棒相当于电源,a、b两点的电势为φa、φb,则下列说法正确的是(

)A.φa>φb,a为电源正极B.φa>φb,b为电源正极C.φa<φb,a为电源正极D.φa<φb,b为电源正极2.如图所示,闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B的大小随时间变化而变化。下列说法中正确的是(

)A.当B增大时,线框中的感应电流一定增大B.当B增大时,线框中的感应电流一定减小C.当B减小时,线框中的感应电流一定减小D.当B减小时,线框中的感应电流可能不变3.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设在整个过程中棒的方向不变且不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是(

)A.越来越大B.越来越小C.保持不变D.无法判断4.如图所示的电路中,电阻R和自感线圈L的阻值相等,LA、LB是完全相同的灯泡,当开关S闭合时,下面叙述的情况中正确的是(

)A.LA灯比LB灯先亮B.LB灯比LA灯先亮C.LA、LB灯同时亮D.LA、LB灯同时慢慢亮【解析】选B。当开关S闭合时,由于线圈的自感作用,使LA中的电流慢慢增大,灯LA慢慢亮起,而灯LB立即亮起,故本题选B。考点1法拉第电磁感应定律的理解和应用1.决定因素：感应电动势的大小由穿过闭合电路的磁通量的变化率和线圈匝数共同决定,而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系,为单匝线圈产生的感应电动势大小。2.适用范围：法拉第电磁感应定律适用于任何情况下感应电动势的计算,但在中学物理中一般用来计算某段时间内的平均电动势。若所取时间极短,即Δt趋近于零时,所求感应电动势为该时刻的瞬时感应电动势。【典例1】(多选)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。图线与纵、横轴的截距分别为B0和t0,导线的电阻不计。则0至t1时间内(

)【解题探究】(1)磁场分布在半径为__的圆形区域内,面积大小S=_____。(2)磁感应强度的变化规律是B=__________,即||=_____。r2πr22【解析】选B、C。由图乙可知穿过线圈的磁通量在均匀减少,据楞次定律结合安培定则可判断出通过R1的电流方向为由b到a,故A错误。线圈中的感应电动势E=n=n||πr22=,据闭合电路欧姆定律求得电流I=,故B正确。通过R1的电量q=It1=,故C正确。R1上产生的热量由焦耳定律求得,Q=I2R1t1=,故D错误。【总结提升】应用法拉第电磁感应定律的三点注意(1)为单匝线圈产生的感应电动势大小,若线圈有n匝,相当于n个相同的电动势串联,因此整个线圈中电动势为E=n。(2)为穿过某线圈的磁通量变化率,在Φ-t图像中为某点切线的斜率,需要注意穿过线圈的磁通量正向减小和反向增加,感应电动势方向相同。(3)在E=n·S的情况下,要注意S为线圈在磁场中的有效面积。【加固训练】(多选)(拓展延伸)在【典例1】中,若乙图变为如图所示,则在t0～2t0时间内与0～t0时间相比较,下列说法正确的有(

)A.感应电动势大小相等B.感应电流的方向不相同C.通过R1的电量相等D.R1上产生的热量不相等2.(2014·江苏高考)如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(

)【解析】选B。线圈在磁场中的面积S=a2,穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ=2BS-BS=Ba2。根据法拉第电磁感应定律E=n得E=所以B正确。考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算1.对E=Blv中各物理量的理解：(1)磁感应强度B：E=Blv主要适用于导体棒在匀强磁场中切割磁感线运动,且B、l、v三者相互垂直时,产生感应电动势的计算。(2)导体运动速度v：导体棒垂直切割磁感线的速度,即v⊥B。若B与v不垂直,需将B或v分解。2.速度的相对性：E=Blv中的速度v是导体棒相对于磁场的速度。若磁场也运动,应注意速度间的相对关系。3.导体匀速转动：导体棒绕一端在匀强磁场中转动切割磁感线产生的感应电动势为【加固训练】(多选)如图所示,边长为L、总电阻为R的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上,其bc边紧靠磁感应强度为B、宽度为2L、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘。现使线框以初速度v0匀加速通过磁场,下列图线中能定性反映线框从开始进入到完全离开磁场的过程中,线框中的感应电流(以逆时针方向为正)的变化的是(

)【解析】选A、D。因线框中产生的感应电动势随速度的增大而增大,故在线框全部进入磁场前,感应电流一直增大;线框从磁场中穿出时,感应电动势与感应电流仍在增大;完全进入磁场、全部处于磁场、完全从磁场中通过所需的时间越来越短,结合以上特点可知,感应电流与时间的关系图像正确的是A;因为匀加速过程中,中间位置的速度大于中间时刻的速度,且线框完全进入磁场、全部处于磁场、完全从磁场中通过所发生的位移相同,故感应电流与位移x的关系图像正确的是D。通电自感断电自感电路图考点3通电自感和断电自感通电自感与断电自感的比较：通电自感断电自感器材规格A1、A2同规格,R=RL,L较大L很大(有铁芯),RL<RA现象观察S闭合瞬间,A2灯立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终一样亮开关S断开时,灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭通电自感断电自感理论理解开关闭合时,线圈产生自感电动势,阻碍电流的增大,使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开S时,线圈L产生自感电动势,阻碍电流的减小,使通过L的电流从原来电流减小,由于IL>IA,会使得流过A灯的电流突然增大,从而使A灯闪亮一下后渐渐熄灭能量转化电能转化为磁场能磁场能转化为电能【典例4】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】(1)断开S时小灯泡有延时熄灭现象,此时是谁给小灯泡供电?提示：线圈L相当于电源,给小灯泡供电。(2)要使小灯泡出现闪亮现象,对L提供的电流有何要求?提示：要求IL>IA。(3)未出现闪亮的原因是什么?提示：不满足IL>IA,即线圈电阻偏大。【解析】选C。根据实物连线图画出正确的电路图,如图所示,当闭合开关S,电路稳定之后,小灯泡中有稳定的电流IA,电感线圈中有稳定的电流IL,当开关S突然断开时,电流IA立即消失,但是,由于自感电动势的作用,流过线圈的电流IL不能突变,而是要继续流动,于是,电感线圈和小灯泡构成了回路,如果IL>IA,则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭,线圈的自感系数越大,小灯泡延时闪亮的时间就越长。如果不满足IL>IA的条件,小灯泡只是延时熄灭,不会观察到闪亮一下再熄灭。可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足IL>IA的条件,这是线圈电阻偏大造成的IL偏小。所以本题正确选项是C。【总结提升】线圈在电路中的作用(1)线圈中电流增大时,线圈可以等效成一阻值由较大逐渐减小的电阻,电流非线性逐渐增大。(2)线圈中电流减小时,线圈可等效成一个电源,线圈中的磁场能逐渐转化成电能,构成回路中的电流沿原方向非线性逐渐减小。(3)线圈在电路中使电流不能发生突变,使电流的变化过程延长,但不能改变最终的结果。建模提能之8电磁感应中的“导体杆”模型1.模型特点：(1)产生感应电动势：杆切割磁感线运动产生感应电动势,导体杆相当于电源。(2)产生感应电流：在电路闭合时产生感应电流,感应电流的方向用右手定则和楞次定律判断。(3)受到安培力：杆在运动过程中受到安培力的作用,安培力阻碍杆的相对运动。(4)转化能量：杆在运动过程中把其他形式的能转化成电能。2.求解杆模型应注意的问题：(1)分析单杆模型时,首先要确定感应电动势的大小,然后根据闭合电路欧姆定律计算感应电流大小,再根据题目要求分析杆的受力情况和运动情况。(2)分析双杆模型时,要明确两杆的运动情况,从而确定感应电动势的大小。常见的情况是一杆运动,另一杆静止不动,也可出现两杆同向运动或反向运动的情况,要具体问题具体分析。(3)杆匀速切割磁感线时的感应电动势大小。①单杆：E=Blv。②双杆同向：E=Bl(v1-v2),设v1>v2。③双杆反向：E=Bl(v1+v2)。【典例】(2015·贵阳模拟)如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触。已知两棒质量均为m=0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好能够保持静止。g取10m/s2,求：(1)通过棒cd的电流I是多少,方向如何?(2)棒ab受到的力F是多大?(3)棒cd每产生Q=0.1J的热量,力F做的功W是多少?【解题探究】(1)棒cd在几个力的作用下处于静止状态?此时棒cd所受安培力多大?提示：棒cd受3个力：重力、弹力、安培力,安培力Fcd=mgsin30°。(2)棒ab向上匀速运动的条件是什么?提示：合力为零,F=mgsin30°+Fcd。(3)力F做的功转化成了哪些能量?提示：棒ab、cd产生的热量,棒ab增加的重力势能。【解析】(1)棒cd受到的安培力为Fcd=IlB

①棒cd在共点力作用下平衡,则Fcd=mgsin30°②由①②式代入数值得：I=1A③根据楞次定律可知,棒cd中电流方向由d至c。④(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等,Fab=Fcd对棒ab,由共点力平衡条件得：F=mgsin30°+IlB⑤代入数据解得：F=0.2N⑥(3)解法一：设在时间t内棒cd产生Q=0.1J的热量,由焦耳定律知Q=I2Rt

⑦设棒ab匀速运动的速度大小为v,其产生的感应电动势E=Blv

⑧由闭合电路欧姆定律可知I=

⑨根据运动学公式可知,在时间t内,棒ab沿导轨的位移x=vt

⑩则力F做的功W=Fx

⑪联立以上各式,代入数值