第九章 电磁感应2

第2节法拉第电磁感应定律及其应用-2-一、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。

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。

(2)公式:

,其中n为线圈匝数

。

-3-3.导体棒切割磁感线常见的情况

-4-二、自感和涡流1.自感现象当一个线圈中的电流发生变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样也在它本身激发出感应电动势,这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。2.自感电动势(1)定义:在自感现象

中产生的感应电动势。

(2)自感系数L①相关因素:与线圈的长度

、形状、匝数

以及是否有铁芯有关。

②单位:亨利(H),1mH=10-3

H,1μH=10-6

H。

-5-3.涡流当线圈中的电流发生变化时,由于电磁感应,附近的任何导体中都会产生感应电流

,这种电流像水的旋涡,所以叫涡流。

4.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。

5.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使导体运动起来。

-6--7-1.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是()A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案解析解析关闭感应电动势的大小与线圈的匝数成正比,与磁通量的变化率成正比,与磁通量变化大小无直接关系,感应电流的磁场与原磁场方向可能相同,故选项C正确。答案解析关闭C-8-2.(多选)无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场,当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时,即会产生无数小涡流,使锅体本身自行高速发热,然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是()A.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B.恒定磁场越强,电磁炉的加热效果越好C.锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D.提高磁场变化的频率,可提升电磁炉的加热效果答案解析解析关闭涡流是由电磁感应产生的,故锅体内是变化的磁场,由法拉第电磁感应定律可知,磁场变化频率越高,感应电动势越大,故C、D正确。答案解析关闭CD-9-3.关于感应电动势,下列说法中正确的是()A.线圈中的磁通量越大,产生的感应电动势一定越大B.线圈放在磁感应强度越大的地方,产生的感应电动势一定越大C.线圈中产生的感应电动势为2V,则穿过线圈的磁通量的变化率一定为2Wb/sD.线圈中产生的感应电动势为2V,则线圈电源的“-”极比“+”极电势低2V答案解析解析关闭答案解析关闭-10-4.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,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。通过电阻R的电流方向及E1与E2之比E1∶E2分别为()A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2答案解析解析关闭杆MN向右匀速滑动,由右手定则判知,通过R的电流方向为a→c;又因为E=BLv,所以E1∶E2=1∶2,故选项C正确。答案解析关闭C-11-5.(多选)如图所示,电源的电动势为E,内阻r不能忽略。A、B是两个相同的小灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈。关于这个电路的以下说法正确的是()A.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,A灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定B.开关闭合到电路中电流稳定的时间内,B灯立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定C.开关由闭合到断开的瞬间,A灯闪亮一下再熄灭D.开关由闭合到断开的瞬间,电流自右向左通过A灯答案解析解析关闭开关闭合到电路中电流稳定的时间内,因为电源内阻不可忽略,随着自感线圈阻碍作用的减弱,电路中电流增大,路端电压减小,A灯首先立刻亮,而后逐渐变暗,最后亮度稳定,B灯逐渐变亮,最后亮度稳定,选项A正确,B错误。开关由闭合到断开的瞬间,电流自右向左通过A灯,但A灯不会闪亮一下再熄灭,选项C错误,D正确。答案解析关闭AD-12-考点一考点二例1对点训练1考点三-13-考点一考点二例1对点训练1考点三(2015·重庆理综,4)如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n,面积为S。若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差φa-φb()答案解析解析关闭答案解析关闭-14-考点一考点二例1对点训练1考点三解题探究:①a和b之间的电势差是否恒定?②能否判断a、b两端哪端电势高?提示:恒定。

提示:根据楞次定律可判定。

-15-考点一考点二例1对点训练1考点三-16-考点一考点二例1对点训练1考点三如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0m、bc=0.5m,电阻r=2Ω。磁感应强度B在0~1s内从零均匀变化到0.2T。在1~5s内从0.2T均匀变化到-0.2T,取垂直纸面向里为磁场的正方向。求:

(1)0.5s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;(2)在1~5s内通过线圈的电荷量q;(3)在0~5s内线圈产生的焦耳热Q。答案:(1)10

V

adcba(或逆时针)

(2)10

C

(3)100

J-17-考点一考点二例1对点训练1考点三-18-考点一考点二例1对点训练1考点三-19-考点一考点二考点三例2对点训练2导体切割磁感线产生感应电动势的计算

1.公式E=Blv的使用条件(1)匀强磁场。(2)B、l、v三者相互垂直。-20-考点一考点二考点三例2对点训练22.E=Blv的“四性”(1)正交性:本公式是在一定条件下得出的,除磁场为匀强磁场外,还需B、l、v三者互相垂直。(2)瞬时性:若v为瞬时速度,则E为相应的瞬时感应电动势。(3)有效性:公式中的L为导体切割磁感线的有效长度。如图,棒的有效长度为ab间的距离。

(4)相对性:E=Blv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系。-21-考点一考点二考点三例2对点训练2(2015全国理综Ⅱ,15)如图,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是()A.Ua>Uc,金属框中无电流B.Ub>Uc,金属框中电流方向沿a—b—c—aC.Ubc=,金属框中无电流D.Uac=,金属框中电流方向沿a—c—b—a解题探究:三角形转动时,切割磁感线的是哪几条边?提示:bc、ac。

答案解析解析关闭答案解析关闭-22-考点一考点二考点三例2对点训练2-23-考点一考点二考点三例2对点训练2注:l为切割磁感线的有效长度。

-24-考点一考点二考点三例2对点训练2(2015·安徽理综,19)如图所示,abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,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。已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ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()

答案解析解析关闭答案解析关闭-25-考点一考点二考点三例3对点训练3通电自感和断电自感

1.自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。(2)通过线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。(4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显。自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。-26-考点一考点二考点三例3对点训练32.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题

-27-考点一考点二考点三例3对点训练3(多选)如图甲、乙所示,电路中的电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,接通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将先变得更亮,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将先变得更亮,然后才逐渐变暗答案解析解析关闭题图甲所示电路中,灯A和线圈L串联,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,通过R、A形成回路,灯A逐渐变暗。题图乙所示电路中,电阻R和灯A串联,灯A和电阻R的总电阻大于线圈L的电阻,电流则小于线圈L中的电流,断开S时,电源不给灯供电,而线圈L产生自感电动势阻碍电流的减小,通过R、A形成回路,灯A中电流比原来大,变得更亮,然后逐渐变暗。答案解析关闭AD-28-考点一考点二考点三例3对点训练3规律总结: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。-29-考点一考点二考点三例3对点训练3如图所示,电路中L是一电阻可忽略不计的电感线圈,a、b为L上的左右两端点,A、B、C为完全相同的三个灯泡,原来开关S是闭合的,三个灯泡均在发光。某时刻将开关S断开,则下列说法正确的是()

A.a点电势高于b点,A灯闪亮后缓慢熄灭B.b点电势高于a点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭C.a点电势高于b点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭D.b点电势高于a点,B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭答案解析解析关闭开关S闭合电路稳定时,电感线圈支路的总电阻较B、C灯支路的电阻小,故流过A灯的电流I1大于流过B、C灯的电流I2。通过电感线圈的电流方向由a到b,a点电势高于b点。当开关S断开,由于与电源断开,电感线圈会产生自感现象,相当于电源,电流由b点流出,b点电势高于a点,阻碍流过A灯的电流减小,瞬间流过B、C灯支路的电流I1>I2,故B、C灯闪亮一下后再缓慢熄灭,A灯缓慢熄灭,故B正确。答案解析关闭B-30-123451.(多选)如图甲所示,电路中螺线管匝数n=1500匝,横截面积

S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF。在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的规律变化如图乙所示。则下列说法中正确的是()

A.螺线管中产生的感应电动势为1VB.闭合S,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为5×10-2WC.电路中的电流稳定后电容器下极板带正电D.S断开后,流经R2的电荷量为1.8×10-5C答案解析解析关闭答案解析关闭-31-123452.(2015·江苏单科,4)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是()答案解析解析关闭由于线圈匝数相同,线圈中电流大小相等,由F安=nBIL可知线圈容易失去平衡的是处在磁场中有效长度大的,本题只有选项A正确。答案解析关闭A-32-123453.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的电路如图所示。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答案解析解析关闭在断电自感现象中,断电时线圈与小灯泡构成回路,线圈中储存的磁场能转化为电能,线圈相当于电源,与原电源内阻无关,选项A错误;如果小灯泡电阻偏大,则通过线圈的电流较大,断电时可能看到显著的小灯泡闪亮现象和延时熄灭现象,