南方新高考2019物理（广东）一轮课件：10.2法拉第电磁感应定律·自感

1、第2讲 法拉第电磁感应定律,自感,一、法拉第电磁感应定律 1磁通量变化率：表示磁通量变化的快慢，大小为,2法拉第电磁感应定律： (1)内容：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小，,跟_成正比,磁通量的变化率,(2)表达式：_，其中 n 为线圈的匝数,(3)公式的变形： 当线圈面积不变，垂直于线圈平面的磁场发生变化时，,EnS,B . t,当磁场不变，垂直于磁场的线圈面积发生变化时，,3导体切割磁感线时产生的感应电动势： (1)表达式：EBLvsin. 为B和v的方向夹角，L为切割 磁感线的有效长度,(2)当 B、L、v 三者两两垂直时：E_.,BLv,注意：以上两式是法拉第电磁感应定律的特

2、殊情况，只适 用于部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时产生的感应电 动势大小,【自我检测】 1(双选，惠州2013 届调研)一环形线圈放在匀强磁场中， 设第 1 s 内磁感线垂直线圈平面向里，如图 10-2-1 甲所示若 磁感强度 B 随时间 t 变化的关系如图乙所示，那么下列选项正,确的是(,),图10-2-1,A. 第 1 s 内线圈中感应电流的大小逐渐增加 B. 第 2 s 内线圈中感应电流的大小恒定,C. 第 3 s 内线圈中感应电流的方向为顺时针方向 D. 第 4 s 内线圈中感应电流的方向为逆时针方向 答案：BD,二、自感和涡流,电磁感应,1 自感现象：由导体本身的电流发生变化时

3、而产生的 _现象自感现象遵循电磁感应的所有规律 2自感电动势的方向： 由楞次定律知，自感电动势总是_原来导体中电流的 变化当回路中的电流增加时，自感电动势和原来电流的方向 _；当回路中的电流减小时，自感电动势和原来电流的 方向_自感对电路中的电流变化有_作用，使电,流不能_,阻碍,相反,相同,延迟,突变,3自感系数：单位是_，由线圈_的性质决定 线圈越长，单位长度上线圈的匝数越多，横截面积越大，它的 自感系数越_线圈中插入铁芯，自感系数会增大很多,4自感现象的应用和防止：,亨(H),本身,大,(1)应用：如日光灯电路中的镇流器，振荡电路等日光灯 电路是由启动器、镇流器和灯管组成的_在日光灯启

4、动时起到开关作用，正常工作时断开；镇流器的作用是在灯开 始点亮时起_的作用，在日光灯正常发光时起,_作用,启动器,产生瞬时高压,降压限流,(2)防止：制作精密电阻时，采用_绕法，防止自感,现象的发生，减小因自感而造成的误差,双线,涡流,5涡流：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中， 金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭 合回路，叫做_,考点1,对法拉第电磁感应定律的理解,重点归纳 1磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率：,可能很大，,（续表）,注意：三者的大小无必然关系，当0 时，, t, t,是t 图象上某,可能很小，也可能为零磁通量的变化率 点切线的斜率,3.感应

5、电荷量： (1)原理：在电磁感应现象中有电流通过电路，那么也就有 电荷量通过，由电流的定义可知，在很短时间内的qIt，根,(2)感应电荷量由磁通量变化大小及电路的电阻 R 决定， 与变化时间无关 (3)qIt 也适用一段时间内流过该电路的平均电荷量(若 一直变大或变小，则q 等于总电荷量),典例剖析,例1：如图 10-2-2 所示，导线全部为裸导线，半径为 r 的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为 B，一根长 度大于 2r 的导线 MN 以速率 v 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 R，其余电阻不计，求 MN 从圆环 的左端滑到右端的过程中电阻 R 上的电流的平均值

6、和通过电阻 R 的电荷量,图 10-2-2,思维点拨：(1)求电荷量要从电流的平均值来考虑；,答题规范：MN 做切割磁感线运动，有效切割长度在不断 变化，用EBlv 难以求得平均感应电动势，从另一角度看，回 路中的磁通量在不断变化，可利用法拉第电磁感应定律求平均 感应电动势,从左端到右端磁通量的变化量BSBr2,从左到右的时间t,2r v,根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势,【触类旁通】 1(2013年广东潮州期末)如图 10-2-3 所示，“U”形金属框 架固定在水平面上，处于竖直向下的匀强磁场中现使 ab 棒突,然获得一初速度 v 向右运动，下列说法正确的是(,),Aab 做匀减速运动

7、,图 10-2-3,B回路中电流均匀减小 Ca 点电势比 b 点电势低 D安培力对 ab 棒做负功 答案：D,考点2,自感现象的分析,重点归纳 1通电自感： (1)电路图如图 10-2-4 所示为了方便比较，使 L1、L2 同规 格，RRL，自感系数 L 较大 (2)现象：在 S 闭合瞬间，灯 L2 立即 亮起来，灯 L1 逐渐变亮，最终一样亮 (3)由于开关闭合时，流过电感线圈,的电流迅速增大，线圈产生自感电动势，,图 10-2-4,阻碍了电流的增大，使流过灯 L1 的电流比流过灯 L2 的电流增 加得慢这个过程电能转化为磁场能,2断电自感： (1)电路图如图 10-2-5 所示为使 现象明

8、显，L 应很大，即有铁芯 (2)现象：S 断开时，灯 L 渐渐熄灭,或闪亮一下再熄灭,图 10-2-5,(3)原因：S 断开时，线圈 L 产生自感电动势，阻碍电流减 小，使电流继续存在一段时间，灯 L 中电流反向，不会立即熄 灭；若 RLIL，则 L 灯熄灭前要闪亮一下若 RLRL，S断开前电流ILIL，则灯 L 逐渐熄灭，不再闪亮一下 这个过程磁场能转化为电能,典例剖析 例2：如图 10-2-6 所示，L 为自感系数较大的线圈，电,),路稳定后灯泡 L 正常发光，当断开开关 S 的瞬间会有( A灯 L 立即熄灭,B灯 L 慢慢熄灭,图 10-2-6,C灯 L 突然闪亮一下再慢慢熄灭 D灯 L

9、 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 流从有到零，线圈将产生自感电动势，但由于线圈L 与灯L 在 S 断开后不能形成闭合回路，故在开关断开后通过灯L 的电流 为零，灯立即熄灭,答案：A,备考策略：(1)通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的 增加，感应电流与原电流方向相反，此时含线圈L 的支路相当 于断开(2)断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的 减少，感应电流与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中， 线圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL 逐渐变小(3)线圈 的自感系数越大，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

10、不能使过程反向,【触类旁通】 2如图 10-2-7 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 L 的阻值，在 t 0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后， 在 tt1 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( 答案：B,图 10-2-7,方法,导体切割磁感线产生的感应电动势,感应电动势是电磁学、力学综合考查的关键基础，考查最 多的是磁场不变，导体因为切割磁场而产生感应电动势所引申 出去的各种问题这里主要介绍切割磁感线产生的感应电动势 的计算和判断方法,1平动类型感应电动势的计算：用 EBlv

11、 计算，重点是,找到有效长度和有效速度,(1)该类型中导体平动切割磁感线，磁感应强度 B 恒定不变，,l 为有效切割长度,(2)正交性：B、l、v 相互垂直时公式成立不垂直时 E,Blvsin ，为 B 与 v 的夹角,(3)有效性：式中的 l 为有效切割长度，即导体在垂直于 v,方向上的投影长度,2转动类型感应电动势的计算：用 EB,S t,，主要是找到,面积变化率 (1)该类型主要是导体或杆在与磁场平面成一定角度的平 面上转动时产生的电动势 (2)当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度匀速,图 10-2-8,3产生感应电动势的导体电势高低的判断： (1)导体切割磁感线：任意一小段导体切

12、割磁感线时，让磁 感线穿过右手掌心，大姆指指向导线的运动方向，则其余四指 指向这一侧的导体端电势高 注意：切割磁感线的导体相当于电源，感应电流流向高电 势那端；外导体中的电流流向低电势处 (2)磁场变化产生的电动势的判断其电动势大小为 E,nS,B t,.判断时先由楞次定律和安培定则确定感应电流方向(若电,路断路，则假设构建它通路)，然后根据变化磁场之内的电路电 流流向高电势、变化磁场之外的电路电流流向低电势来判断电 势的高低,例3：(江苏2013 届一模)如图10-2-9所示，固定的光滑 金属导轨间距为 L，导轨电阻不计，上端 a、b 间接有阻值为 R 的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处

13、在磁感应强度大小 为 B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中质量为 m、电 阻为 r 的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上初始时刻，弹 簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度 v0.整个运,动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触已知弹簧的 劲度系数为 k，弹簧的中心轴线与导轨平行,(1)求初始时刻通过电阻 R 的电流 I 的大小和方向,(2)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为 v，求此时,导体棒的加速度大小 a.,(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为 Ep，求导体棒从开 始运动直到停止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q.,图 10-2-9,审题突破：此题的关键是感应电流电流

14、通过R 产生焦耳 热，电流通过导体棒使导体受到磁场力的作用感应电动势属 于平动类型，磁场、有效切割长度不变，但速度不断改变，因 此感应电动势不断改变，感应电流也不断改变电路中产生的 焦耳热 Q 需要利用能量守恒求解,图10-2-10,题外拓展：本类题的最大的特点是电磁学与力学知识相结,合，应注意：,1.受力分析，如重力、支持力、摩擦力、安培力等；找出 关键信息，如“静止”、“匀速”、“匀加速”等，建立方程.,2.运动过程分析，找出每个过程的物理关系式.,3.功能关系的熟练运用，如重力、安培力、摩擦力等做功 情况，以及与之对应的能量变化关系.,本题中，若改变磁场的大 小，导体棒最终静止时，电阻R 产生的焦耳热会如何变化？,【触类旁通】 3(2013 年全