【与名师对话】2013届高考物理总复习 第九章 第二讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流课件 新人教版选修3-2

1、,(对应学生用书P168) 一、法拉第电磁感应定律() 1感应电动势 (1)感应电动势：在电磁感应现象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内阻,问题探究1导体切割磁感线和闭合电路的磁场发生变化都能产生感应电动势，但作为电源的电路部分一样吗？ 提示不一样导体切割磁感线时是切割磁感线的那部分为电源，其余的均为外电路；而闭合电路中的磁场发生变化引起的电动势是把整个闭合电路都作为电源,二、自感，涡流() 1互感现象 两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个

2、线圈，变压器就是利用互感现象制成的 2自感现象 当一个线圈中的电流变化时，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的现象,(3)自感系数L 相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关 单位：亨利(H,1 mH103 H,1 H106 H),4涡流 块状金属放在变化的磁场中或在磁场中运动时，金属内部将产生感应电流，这种电流在金属块内部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，安培力的方向总是阻碍导体的运动 (2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力

3、使导体运动起来,(对应学生用书P168) 要点一对法拉第电磁感应定律的理解,(2011广东)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C,要点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算 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EBlv，应从以下几个方面理解和掌握 (1)正交性 本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外

4、，还需B、l、v三者相互垂直实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为EBlvsin，为B与v方向间的夹角 (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)相对性 EBlv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,(5)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：,2导体转动切割磁感线,在利用上述公式计算电动势时，要特别注意：先判定属于哪种情况，是否符合公式的使用条件,如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v

5、向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是() A感应电流方向不变 BCD段直导线始终不受安培力 C感应电动势最大值EmBav,答案ACD,要点三通电自感和断电自感的比较,(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，此时含线圈L的支路相当于断开 (2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，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逐渐变小但流过灯A的电流方向与原来相反 (3)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,在右图所示的电路中，带铁芯的、电阻较小的线圈L与灯A并

6、联，合上电键S，灯A正常发光，则下列说法正确的是() A当断开S时，灯A立即熄灭 B当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭 C若用电阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A立即熄灭 D若用电阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路，当断开S时，灯A突然闪亮后熄灭,解析当S断开时，线圈L产生自感电动势，和A形成回路，又线圈L电阻较小，故A突然闪亮后熄灭若用电阻代替线圈L，则无自感现象，断开S时，灯A立即熄灭选项B、C正确 答案BC,(对应学生用书P169) 题型一感应电动势的两种求法,例1在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B0.2 T，有一水平放置的光滑框架，宽度为L0.4 m，如右图所

7、示，框架上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 的金属杆cd，框架电阻不计若杆cd以恒定加速度a2 m/s2，由静止开始做匀变速运动，求： (1)在5 s内平均感应电动势是多少？ (2)第5 s末回路中的电流多大？ (3)第5 s末作用在杆cd上的水平外力多大？ 思路诱导解答本题时应把握以下两点： (1)分清求解感应电动势时用速度的平均值还是瞬时值 (2)求解第(3)问时合理应用牛顿第二定律,(3)杆cd匀加速运动，由牛顿第二定律得： FF安ma 即FBILma0.164 N. 答案(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N,(1)在计算感应电动势时，要审清题意，看清题目要求的是平均

8、感应电动势还是瞬时感应电动势，并正确地选用公式 (2)在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，其电阻为内电阻，外电路则由电阻、电容等电学元件组成,如图所示，边长为a的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在平面与磁感线垂直，经过t时间后转过120角，求： (1)线框内感应电动势在t时间内的平均值； (2)转过120角时感应电动势的瞬时值,题型二电荷量计算的问题,例2如右图所示，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

9、，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上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量,如图甲所示，一个电阻为R，面积为S的矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成45角，o、o分别是ab边和cd边的中点现将线框右半边obco绕oo逆时针旋转90到图乙所示位置在这一过程中，导线中通过的电荷量是(),答案A,题型三电磁感应现象中的电路问题 (1)解决电磁感应现象中电路问题的基本方法 确定电源：先判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体，则该部分导体可视为等效电源 分析电路结构，画出等效电路图 运用闭合电路欧姆定律、串并联电路性质、电功率等公

10、式联立求解,(2)电路问题常见的一些分析误区 不能正确分析感应电动势及感应电流的方向因产生感应电动势那部分电路为电源部分，故该部分电路中的电流应为电源内部的电流，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势 应用欧姆定律分析求解电路时，没有注意到等效电源的内阻对电路的影响 对连接在电路中电表的读数不能正确进行分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，其示数应该是外电压，而不是等效电源的电动势,例3(15分)(2011宁波模拟)光滑平行金属导轨在水平面内固定，导轨间距l0.5 m，导轨左端接阻值为R2 的电阻，右端接阻值为RL4 的小灯泡，导轨电阻不计如图1所示，在导轨的MNQP矩形区域内有竖直向上的

11、磁场，MN、PQ间距d2 m，此区域磁感应强度B随时间t变化的规律如图2所示垂直导轨跨接一金属杆，其电阻r2 .在t0时刻，用水平恒力F拉金属杆，使其由静止开始自GH位置往右运动在金属杆由GH位置运动到PQ位置的过程中，小灯泡的亮度始终没有变化，求： (1)通过小灯泡的电流； (2)金属杆匀速运动的速度v； (3)金属杆的质量m.,思路诱导要解决此题，需做好以下几点：(1)谁是电源？发生电磁感应现象的导体，就是电源，比如金属杆到MN位置之前，整个包围磁场的闭合导体框应为电源(2)小灯泡的亮度始终没有变化意味着什么？既然灯泡亮度不变，就说明在金属杆进入磁场时磁场应不再变化，且杆恰好匀速运动(3)

12、电路的构造是怎样的？在金属杆由GH位置运动到MN位置之前，金属杆与电阻R并联，再与小灯泡RL串联，可以画出等效电路图如图3所示；金属杆由MN位置运动到PQ位置的过程中，又变成了R与RL并联，再与r串联，可画出等效电路图如图4所示这样根据欧姆定律和串并联关系，以及牛顿第二定律就求出问题的答案,(2)由小灯泡的亮度始终没有变化，可知金属杆开始进入磁场时磁场应不再变化，且杆恰好做匀速运动，即杆进入磁场的时刻为t4 s，且F安F. 接下来金属杆切割磁感线运动产生感应电动势，电路为R与RL并联，再与r串联，等效电路图如图4所示由于灯泡中电流不变，所以流过杆的电流为I总0.3 A，(2分),(2010重庆

13、)法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意图可用图表示，两块面积均为S的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为d，水流速度处处相同，大小为v，方向水平金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为B，水的电阻率为，水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两金属板上，忽略边缘效应求： (1)该发电装置的电动势； (2)通过电阻R的电流强度； (3)电阻R消耗的电功率,(对应学生用书P171) 半径为r、电阻为R的n匝线圈在边长为l的正方形abcd之外，匀强磁场充满并垂直穿过该正方形区域，如图甲所示当磁场随时间的变化规律如图乙所示时，则穿过线

14、圈磁通量的变化率为_，t0时刻线圈产生的感应电流为_,如下图(a)所示，一个电阻值为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的圆形区域内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变化的关系图线如下图(b)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上的电流大小和方向； (2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量,易错点2：导体切割磁感线的有效长度不明确导致错误 如图所示的两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线的距离为l，磁场方向垂直纸面向里abcd是位于纸面内的梯形

15、线圈，ab与bc间的距离也为l.t0时刻，bc边与磁场区域边界重合，如图所示现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域取沿abcda的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是(),易错分析误认为线圈在进入磁场的过程中，切割磁感线的有效长度等于bc的长度不变；线圈在出磁场的过程中，切割磁感线的有效长度等于ad的长度不变，实际上线圈在进入和出磁场的过程中切割磁感线的导体的有效长度是变化的 正确解答进入磁场的过程，穿过闭合线圈的磁通量增加，产生逆时针方向(负方向)的感应电流，切割磁感线的有效长度减小，感应电流减小；出磁场过程，穿过闭合线圈的磁通

16、量减小，产生顺时针方向(正方向)的感应电流，切割磁感线的有效长度减小，产生的感应电流减小答案为A.,(2011苏州)如右图所示，MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，则流过金属棒中的电流为(),答案B,(对应学生用书P172) 1穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如下图中所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述，正确的是() A图中，回路产生的感应电动势恒定不变 B图中

17、，回路产生的感应电动势一直在变大 C图中，回路在0t1时间内产生的感应电动势大于在t1t2时间内产生的感应电动势 D图中，回路产生的感应电动势先变小后变大,答案CD,2如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略下列说法中正确的是() A合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，然后一样亮 B合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮 C断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭 D断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭,解析通电瞬间，L中有自感电动势产生，与L在同一支路的灯A1要逐渐变亮，而A2和电源构成回路则立即亮；稳定后，A1与A2并联，两灯一样亮断开开关瞬间，L中有自感电动势；相当于电源，与A1、A2构成回路，所以两灯都过一会儿熄灭综上所述，选项A、D正确 答案AD,3如图所示，三个相同的金属圆环内存在着不同的有界匀强磁场，虚线表示环的某条直径，已知所有磁场的磁感应强度随时间变化关系都满足Bkt，磁场方向如图所示测得A环内感应电