（廣西專用）高考物理一輪復(fù)習(xí) 12.2法拉第電磁感應(yīng)定律 自感課件 新人教版.ppt

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感 考點1法拉第電磁感應(yīng)定律 1 感應(yīng)電動勢 1 概念 在中產(chǎn)生的電動勢 2 產(chǎn)生條件 穿過回路的發(fā)生改變 與電路是否閉合 3 方向判斷 感應(yīng)電動勢的方向用或 判斷 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 磁通量 無關(guān) 楞次定律 右手定則 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 1 內(nèi)容 電路中感應(yīng)電動勢的大小 跟穿過這一電路的成正比 2 公式 其中n為 磁通量的變化率 線圈匝數(shù) 1 決定感應(yīng)電動勢大小的因素感應(yīng)電動勢e的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)n 而與磁通量的大小 磁通量變化量 的大小無必然聯(lián)系 2 磁通量變化通常有兩種方式 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度b不變 垂直于磁場的回路面積發(fā)生變化 此時 2 垂直于磁場的回路面積不變 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化 此時其中是b t圖象的斜率 2012 蘇州模擬 一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場中 線框平面與磁場方向垂直 先保持線框的面積不變 將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍 接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 在1s時間內(nèi) 再將線框的面積均勻地減小到原來的一半 先后兩個過程中 線框中感應(yīng)電動勢的比值為 a 1 2b 1c 2d 4 解析 選b 先保持線框的面積不變 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知再保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 有可見先后兩個過程中產(chǎn)生電動勢大小相等 兩者的比值為1 選項b正確 導(dǎo)體棒切割磁感線時 可有以下三種情況 考點2導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 blv blvsin 1 理解e blv的 四性 1 正交性 本公式是在一定條件下得出的 除磁場為勻強(qiáng)磁場外 還需b l v三者互相垂直 2 瞬時性 若v為瞬時速度 則e為相應(yīng)的瞬時感應(yīng)電動勢 3 有效性 公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度 4 相對性 e blv中的速度v是導(dǎo)體相對磁場的速度 若磁場也在運動 應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系 2 公式e blv與的區(qū)別與聯(lián)系 e blv 只適用于導(dǎo)體切割磁感線運動的情況 區(qū)別 研究對象 閉合回路 回路中做切割磁感線運動的那部分導(dǎo)體 適用范圍 對任何電磁感應(yīng)現(xiàn)象普遍適用 聯(lián)系 導(dǎo)體切割磁感線是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的特例 e blv可由推導(dǎo)得出 如圖所示 半徑為r的半圓形硬導(dǎo)體ab 在拉力f的作用下 以速度v在水平u形框架上勻速滑動 且彼此接觸良好 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b u形框架中接有電阻r0 ab的電阻為r 其余電阻不計 則ab進(jìn)入磁場的過程中 a r0中電流的方向由上到下b 感應(yīng)電動勢的平均值為b rvc 感應(yīng)電動勢的最大值為2brvd 感應(yīng)電動勢的最大值為b rv 解析 選a c ab進(jìn)入磁場過程中根據(jù)右手定則可判斷感應(yīng)電流方向為逆時針 即由上向下通過r0 故a正確 感應(yīng)電動勢的平均值為 故b錯誤 當(dāng)ab完全進(jìn)入磁場后 其有效長度最長 最大值為2r 則感應(yīng)電動勢的最大值為em b 2rv 2brv 故c正確 d錯誤 1 自感現(xiàn)象 由于導(dǎo)體本身的而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 考點3自感現(xiàn)象 電流發(fā)生變化 2 自感電動勢 1 定義 在中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 2 表達(dá)式 3 自感系數(shù)l 相關(guān)因素 與線圈的大小 形狀 以及是否有等因素有關(guān) 單位 亨利 h 1mh h 1 h h 自感現(xiàn)象 圈數(shù) 鐵芯 10 3 10 6 1 自感現(xiàn)象的三大特點 1 自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化 2 通過線圈中的電流不能發(fā)生突變 只能緩慢變化 3 電流穩(wěn)定時 自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體 2 自感現(xiàn)象 阻礙 作用的理解 1 流過線圈的電流增加時 線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反 阻礙電流的增加 使其緩慢地增加 2 流過線圈的電流減小時 線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相同 阻礙電流的減小 使其緩慢地減小 2012 南京模擬 在如圖所示的電路中 兩個靈敏電流表g1和g2的零點都在刻度盤中央 當(dāng)電流從 接線柱流入時 指針向右擺 當(dāng)電流從 接線柱流入時 指針向左擺 在電路接通后再斷開的瞬間 下列說法中符合實際情況的是 a g1表指針向左擺 g2表指針向右擺b g1表指針向右擺 g2表指針向左擺c g1 g2表的指針都向左擺d g1 g2表的指針都向右擺 解析 選b 電路接通后線圈中電流方向向右 當(dāng)電路斷開時 線圈中電流減小 產(chǎn)生與原方向相同的自感電動勢 與g1 g2和電阻組成閉合回路 所以g1中電流方向向右 g2中電流方向向左 即g1指針向右擺 g2指針向左擺 b項正確 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 例證1 18分 如圖 a 所示 一個電阻值為r 匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2r的電阻r1連接成閉合回路 線圈的半徑為r1 在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖 b 所示 圖線與橫 縱軸的截距分別為t0和b0 導(dǎo)線的電阻不計 求0至t1時間內(nèi) 1 通過電阻r1的電流大小和方向 2 通過電阻r1的電荷量q及電阻r1上產(chǎn)生的熱量 解題指南 解答本題應(yīng)注意以下兩個方面 1 用公式求感應(yīng)電動勢時 s應(yīng)為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積 2 流過導(dǎo)體的電荷量等于流過導(dǎo)體的平均電流與時間的乘積 規(guī)范解答 1 穿過閉合線圈的磁場的面積為s 2分 由題圖 b 可知 磁感應(yīng)強(qiáng)度b的變化率的大小為 2分 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 4分 由閉合電路歐姆定律可知流過電阻r1的電流為 2分 再根據(jù)楞次定律可以判斷 流過電阻r1的電流方向應(yīng)由b到a 2分 2 0至t1時間內(nèi)通過電阻r1的電荷量為 3分 電阻r1上產(chǎn)生的熱量為 3分 答案 1 方向從b到a 2 互動探究 在 例證1 中 如果保持勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b0不變 而讓線圈以某一直徑為軸經(jīng)時間t1轉(zhuǎn)過90 則回路中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電流以及0至t1時間內(nèi)通過電阻r1的電荷量各是多少 解析 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律回路中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電流為在0至t1時間內(nèi)通過電阻r1的電荷量為答案 總結(jié)提升 法拉第電磁感應(yīng)定律的規(guī)范應(yīng)用1 一般解題步驟 1 分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況 2 利用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向 3 靈活選擇法拉第電磁感應(yīng)定律的不同表達(dá)形式列方程求解 2 應(yīng)注意的問題 1 用公式求感應(yīng)電動勢時 s為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積 在b t圖象中為圖線的斜率 2 通過回路的電荷量q僅與n 和回路電阻r有關(guān) 與變化過程所用的時間長短無關(guān) 推導(dǎo)過程 變式備選 如圖所示 線圈內(nèi)存在有理想邊界的勻強(qiáng)磁場 開始時磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b0 當(dāng)磁場均勻增強(qiáng)時 有一帶電微粒靜止于平行板 兩板水平放置 電容器中間 若線圈的匝數(shù)為n 平行板電容器的板間距離為d 微粒的質(zhì)量為m 帶電荷量為q 設(shè)線圈面積為s 重力加速度為g 求 1 開始時穿過線圈平面的磁通量的大小 2 處于平行板電容器間的帶電微粒的電性 3 磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率 解析 1 開始時 穿過線圈平面的磁通量為 b0s 2 由楞次定律可判斷平行板電容器上極板帶正電 故微粒應(yīng)帶負(fù)電 3 由法拉第電磁感應(yīng)定律得而所以答案 1 b0s 2 負(fù)電 3 用 極端法 分析電磁感應(yīng)問題 例證2 2012 廣州模擬 如圖所示 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場有理想邊界 用力將矩形線圈從有邊界的磁場中勻速拉出 在其他條件不變的情況下 a 速度越大 拉力做功越多b 線圈邊長l1越大 拉力做功越多c 線圈邊長l2越大 拉力做功越多d 線圈電阻越大 拉力做功越多 解題指南 本題考查了 極端法 處理物理問題的思想 解答時應(yīng)從以下兩點把握 1 寫出拉力做功的表達(dá)式分析和判斷 2 根據(jù)題意 取物理量的極大或極小值的極端情況分析 自主解答 選a b c 解法一 拉力f做功的表達(dá)式為w f安l2 bil1l2 bl1l2由此可知速度v越大 邊長l1越大 邊長l2越大 電阻r越小 拉力做功越多 a b c正確 d錯誤 解法二 以極端情況考慮 若速度極小接近于零時 則線圈中幾乎沒有感應(yīng)電流 就無需克服安培力做功 從而速度越大做功越多 a正確 若l1極小接近于零 則l1切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢接近于零 線圈中同樣沒有感應(yīng)電流 也無需克服安培力做功 所以l1越大 拉力做功越多 故b正確 若l2極小接近于零 則將線圈拉出磁場時的位移接近于零 從而l2越大拉力做功越多 c正確 若線圈電阻趨于無窮大 則線圈中幾乎沒有感應(yīng)電流 無需克服安培力做功 所以線圈電阻越小拉力做功越多 d錯誤 總結(jié)提升 應(yīng)用 極端法 解題應(yīng)注意的問題極端法就是極端思維方法 是解決物理問題的常見方法 用該方法可以使一些變化過程復(fù)雜的問題簡單化 在使用極端法處理問題時 需注意以下兩點 1 將題中某些物理量推到極限狀態(tài)或極值條件下分析研究 就會使問題變得容易分析 2 如果題中某物理量發(fā)生如 先增大后減小 或 先減小后增大 的曲折變化時 則不能應(yīng)用極端法分析 變式訓(xùn)練 2012 柳州模擬 如圖所示 先后以速度v1和v2勻速把一矩形線圈水平拉出有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域 且v1 2v2 則在先后兩種情況下 a 線圈中的感應(yīng)電動勢之比為e1 e2 2 1b 線圈中的感應(yīng)電流之比為i1 i2 1 2c 線圈中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1 q2 1 4d 通過線圈某截面的電荷量之比q1 q2 1 1 解析 選a d 根據(jù)公式e blv可得e1 e2 v1 v2 則e1 e2 2 1 選項a正確 再根據(jù)閉合電路歐姆定律可知則i1 i2 2 1 選項b錯誤 由焦耳定律可得線圈中產(chǎn)生的焦耳熱q q1 q2 2 1 因此選項c錯誤 據(jù)公式可知 通過線圈某截面的電荷量是一常數(shù) 則q1 q2 1 1 故選項d正確 通電自感與斷電自感的現(xiàn)象分析 例證3 2011 北京高考 某同學(xué)為了驗證斷電自感現(xiàn)象 自己找來帶鐵心的線圈l 小燈泡a 開關(guān)s和電池組e 用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路 檢查電路后 閉合開關(guān)s 小燈泡發(fā)光 再斷開開關(guān)s 小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象 雖經(jīng)多次重復(fù) 仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象 他冥思苦想找不出原因 你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是 a 電源的內(nèi)阻較大b 小燈泡電阻偏大c 線圈電阻偏大d 線圈的自感系數(shù)較大 解題指南 解答本題時應(yīng)把握以下三點 1 首先將實物連線圖轉(zhuǎn)化為電路圖 2 理解斷電自感現(xiàn)象的實質(zhì) 3 明確小燈泡出現(xiàn)閃亮的原因 自主解答 選c 根據(jù)實物連線圖畫出正確的電路圖如圖所示 當(dāng)閉合開關(guān)s 電路穩(wěn)定之后 小燈泡中有穩(wěn)定的電流ia 電感線圈中有穩(wěn)定的電流il 當(dāng)開關(guān)s突然斷開時 電流ia立即消失 但是 由于自感電動勢的作用 流過線圈的電流il不能突變 而是要繼續(xù)流動 于是 電感線圈和小燈泡構(gòu)成了回路 如果il ia 則能觀察到小燈泡閃亮一下再熄滅 線圈的自感系數(shù)越大 小燈泡延時閃亮的時間就越長 如果不 滿足il ia的條件 小燈泡只是延時熄滅 不會觀察到閃亮一下再熄滅 可見燈泡未閃亮的根本原因是不滿足il ia的條件 這是線圈電阻偏大造成的il偏小 所以本題正確選項是c 總結(jié)提升 解答本題關(guān)鍵在于明確電路的串 并聯(lián)關(guān)系 理解 1 通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加 此時含有線圈l的電路相當(dāng)于斷路 2 斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同 在與線圈串聯(lián)的回路中 線圈相當(dāng)于電源 它提供的電流從原來的il逐漸減小 本題中易錯選項及錯誤原因具體分析如下 變式訓(xùn)練 在如圖所示的電路中 兩個相同的小燈泡l1和l2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈l和一個滑動變阻器r 閉合開關(guān)s后 調(diào)整r 使l1和l2發(fā)光的亮度一樣 此時流過兩個燈泡的電流均為i 然后 斷開s 若t 時刻再閉合s 則在t 前后的一小段時間內(nèi) 正確反映流過l1的電流i1 流過l2的電流i2隨時間t變化的圖象是 解析 選b 閉合開關(guān)s后 調(diào)整r 使兩個燈泡l1 l2發(fā)光的亮度一樣 電流均為 說明rl r 若t 時刻再閉合s 流過電感線圈l和燈泡l1的電流迅速增大 使電感線圈l產(chǎn)生自感電動勢 阻礙流過l1的電流i1增大 直至到達(dá)電流 故a錯誤 b正確 而對于t 時刻再閉合 流過燈泡l2的電流i2立即達(dá)到電流 故c d錯誤 例證 2012 蘇州模擬 如圖所示 豎直放置的等距離金屬導(dǎo)軌寬0 5m 垂直于導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 4t 軌道光滑 電阻不計 ab cd為兩根完全相同的金屬棒 套在導(dǎo)軌上可上下自由滑動 每根金屬棒的電阻為1 今在ab棒上施加一個豎直向上的恒力f 這時ab cd恰能分別以0 1m s的速度向上和向下做勻速滑行 g取10m s2 試求 1 兩棒的質(zhì)量 2 外力f的大小 規(guī)范解答 1 根據(jù)右手定則 可以判定電路中電流方向是沿逆時針流動的 設(shè)ab棒的質(zhì)量為m1 cd棒的質(zhì)量為m2 取cd棒為研究對象 受力分析 根據(jù)平衡條件可得bli m2g其中得根據(jù)題意判斷可知m1 m2 0 04kg 2 取兩根棒整體為研究對象 根據(jù)平衡條件可得f m1g m2g 0 8n 答案 1 0 04kg0 04kg 2 0 8n 1 2011 廣東高考 將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中 線圈平面與磁場方向垂直 關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 下列表述正確的是 a 感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)b 穿過線圈的磁通量越大 感應(yīng)電動勢越大c 穿過線圈的磁通量變化越快 感應(yīng)電動勢越大d 感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 解析 選c 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù) 磁通量的變化率 磁通量變化的快慢 成正比 所以a b選項錯誤 c正確 因不知原磁場變化趨勢 增強(qiáng)或減弱 故無法用楞次定律確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場的方向 d錯誤 2 如圖甲所示 線圈m和線圈p繞在同一鐵芯上 設(shè)兩個線圈中的電流方向與圖中所標(biāo)的電流方向相同時為正 當(dāng)m中通入圖乙中哪種電流時 在線圈p中能產(chǎn)生正方向的恒定感應(yīng)電流 解析 選d 根據(jù)楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律 p中產(chǎn)生正方向的恒定感應(yīng)電流說明m中通入的電流是均勻變化的 且方向為正方向時應(yīng)均勻減弱 故d正確 3 如圖所示 勻強(qiáng)磁場的方向垂直于電路所在平面 導(dǎo)體棒ab與電路接觸良好 當(dāng)導(dǎo)體棒ab在外力f作用下從左向右做勻加速直線運動時 若不計摩擦和導(dǎo)線的電阻 整個過程中 燈泡l未被燒毀 電容器c未被擊穿 則該過程中 a 感應(yīng)電動勢將變大b 燈泡l的亮度變大c 電容器c的上極板帶負(fù)電d 電容器兩極板間的電場強(qiáng)度將減小 解析 選a b 當(dāng)導(dǎo)體棒ab在外力f作用下從左向右做勻加速直線運動時 由右手定則知 導(dǎo)體棒a端的電勢高 電容器c的上極板帶正電 由公式e blv知 感應(yīng)電動勢將變大 導(dǎo)體棒兩端的電壓變大 燈泡l的亮度變大 由于場強(qiáng)電容器兩極板間的電場強(qiáng)度將變大 故a b正確 c d錯