（鲁京津琼）2020版高考物理总复习第十章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律、自感和涡流课件.pptx

1、第2讲法拉第电磁感应定律、自感和涡流,知识排查,法拉第电磁感应定律,1.感应电动势 (1)概念：在_中产生的电动势。 (2)产生条件：穿过回路的_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_或_判断。,电磁感应现象,磁通量,楞次定律,右手定则,2.法拉第电磁感应定律,变化率,3.导体棒切割磁感线常见的情况,Blv,欧姆,自感、涡流,表达式：E_。 (3)自感系数L 相关因素：与线圈的_、形状、 _以及是否有铁芯有关。 单位：亨利(H)，1 mH_ H，1 H_ H。,1.自感现象 (1)概念：由于导体本身的_变化而产生的电磁感应现象称为自感。 (2)自感电动势 定义：在

2、自感现象中产生的感应电动势叫做_。,电流,103,106,自感电动势,大小,匝数,2.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_，这种电流像水的旋涡，所以叫涡流。,感应电流,小题速练,答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),1.思考判断,A.圆盘上产生了感应电动势 B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动 C.在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化 D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动,2.(多选)(2015全国卷，19)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其

3、中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图1所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是(),图1,答案AB,解析圆盘运动过程中，半径方向的金属条在切割磁感线，在圆心和边缘之间产生了感应电动势，选项A正确；圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中，内部形成涡流，产生的磁场又导致磁针转动，选项B正确；圆盘转动过程中，圆盘位置、圆盘面积和磁场都没有发生变化，所以没有磁通量的变化，选项C错误；圆盘本身呈现电中性，不会产生环形电流，选项D错误。,法拉第电磁感应定律的理解和应用,1.法拉第电磁感应定律的理解,2.应用法拉第电磁感

4、应定律的三种情况,图2,【例1】轻质细线吊着一质量为m0.42 kg、边长为L1 m、匝数n10的正方形线圈，其总电阻为r1 。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图2甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示。(取g10 m/s2),(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针； (2)求线圈的电功率； (3)求在t4 s时轻质细线的拉力大小。,(3)由图可判断，t4 s时磁感应强度B0.6 T,解析(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向。,解析(1)细线的拉力刚好为0时满足： F安mg，F安nBIL 联立解得B0.84 T (2)由qIt得q0

5、.56 C3 C。 答案(1)0.84 T(2)3 C,【拓展延伸】(1)在【例1】中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0? (2)在【例1】中求在t6 s内通过导线横截面的电荷量？,法拉第电磁感应定律应用技巧,1.(2016北京理综，16)如图3所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大。两圆环半径之比为21，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是(),图3,A.EaEb41，感应电流均沿逆时针方向 B.EaEb41，感应电流均沿顺时针方向 C.EaEb21，感应电流均沿逆时针方向 D.EaEb2

6、1，感应电流均沿顺时针方向,答案B,图4,2.(2017天津理综)如图4所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是(),A.ab中的感应电流方向由b到a B.ab中的感应电流逐渐减小 C.ab所受的安培力保持不变 D.ab所受的静摩擦力逐渐减小,答案D,图5,答案B,导体切割磁感线产生的感应电动势,1.导体平动切割磁感线,(1)公式EBlv的使用条件 匀强磁场。 B、l、v三者相互垂直。 (2)EBlv的“四性” 正交性：B、l

7、、v三者互相垂直。 瞬时性：若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势。 有效性：公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。如下图中，棒的有效长度应分别为：,图6,2.导体转动切割磁感线,A.若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定 B.若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,【例2】(多选)(2016全国卷，20)法拉第圆盘发电机的示意图如图7所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强

8、磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是(),图7,答案AB,1.(2019上海闵行区模拟)如图8所示，在外力的作用下，导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度匀速转动，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，A、O间接有电阻R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为(),图8,答案C,图9,2.(2015北京理综，22)如图9所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L0.4 m，一端连接R1 的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B1 T。导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计

9、。在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v5 m/s。求：,(1)感应电动势E和感应电流I； (2)在0.1 s时间内，拉力的冲量IF的大小； (3)若将MN换为电阻r1 的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U。,(2)由于导体棒沿导轨匀速运动，拉力大小等于安培力大小，则FBIL120.4 N0.8 N。 冲量大小IFFt0.80.1 Ns0.08 Ns。,解析(1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势EBLv10.45 V2 V，,由部分电路欧姆定律可得，导体棒两端电压UIR1 V。,答案(1)2 V2 A(2)0.08 Ns(3)1 V,自感涡流,1.自感现象的四

10、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，更不能使过程反向变化。,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,图10 图11,【例3】(2017北京理综，19)图10和图11是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮。而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(),A.图10

11、中，A1与L1的电阻值相同 B.图10中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C.图11中，变阻器R与L2的电阻值相同 D.图11中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等,答案C,解析在图10中，断开开关S1瞬间，L1与A1 构成闭合回路，通过灯A1的电流与L1相同，又因灯A1突然闪亮，即通过A1电流增大，则可推出，闭合S1待电路稳定后，通过L1 的电流大于通过灯A1电流，又因L1与A1并联，所以L1的电阻小于A1的电阻，故选项A、B错误；在图11中，闭合开关S2，最终A2与A3亮度相同，即电流相同，所以L2与变阻器R的电阻相同；闭合开关S2的瞬间，L2中电流小于变阻器R中

12、电流，故选项C正确，D错误。,分析自感问题三个技巧,1.(多选)如图12所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(),图12,A.增加线圈的匝数B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为瓷杯D.取走线圈中的铁芯,解析当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中产生涡电流发热，使水温升高。要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势。瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱。所以选项A、B正确，C、D错误。,答案AB,A.电灯立即变暗再熄灭，且

13、电灯中电流方向与S断开前方向相同 B.电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与S断开前方向相反 C.电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与S断开前方向相同 D.电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与S断开前方向相反,2.如图13，电灯的灯丝电阻为2 ，电池电动势为2 V，内阻不计，线圈匝数足够多，其直流电阻为3 。先合上电键S，过一段时间突然断开S，则下列说法中正确的是(),图13,解析突然断开S，线圈将产生自感现象，且与电灯构成一闭合回路，此时通过电灯的电流向上，与断开前的电流方向相反；因线圈直流电阻比灯泡大，断开前通过线圈的电流小于通过灯泡的电流，即电灯会突然比原来暗一下

14、再熄灭，选项B正确，A、C、D错误。,答案B,一、电磁感应现象在生活实际中的应用,科学态度与责任系列电磁感应中的STSE问题,图14,答案D,图15,2.(2019丰台区模拟)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研发到实际应用的转化。如图15所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(),A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应” B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电 C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同 D.只要有无线充电底

15、座，所有手机都可以进行无线充电,答案C,解析无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应，选项A错误；当给充电设备通以恒定直流电时，充电设备不会产生交变磁场，即不能正常充电，选项B错误；接收线圈中交变电流的频率应与发射线圈中交变电流的频率相同，选项C正确；被充电手机内部，应该有一类似金属线圈的部件与手机电池相连，当有交变磁场时，则产生感应电动势，那么普通手机由于没有金属线圈，所以不能够利用无线充电设备进行充电，选项D错误。,图16,3.(多选)(2016江苏单科，6)电吉他中电拾音器的基本结构如图16所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有(),A.选用铜质弦，电吉他仍能正常工作 B.取走磁体，电吉他将不能正常工作 C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D.弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化,答案BCD,4.(2017全国卷，18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图17所示。无扰动时，按下列四种方案