（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(diǎn)1法拉第電磁感應(yīng)定律 1 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 概念 在中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 2 產(chǎn)生條件 穿過(guò)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(dòng)勢(shì)的方向用或 判斷 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 磁通量 無(wú)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(dòng)勢(shì)的大小 跟穿過(guò)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(dòng)勢(shì)大小的因素感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小決定于穿過(guò)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(wú)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(chǎng)的回路面積發(fā)生變化 此時(shí) 2 垂直于磁場(chǎng)的回路面積不變 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化 此時(shí)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(chǎng)中 線框平面與磁場(chǎng)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(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍 接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 在1s時(shí)間內(nèi) 再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半 先后兩個(gè)過(guò)程中 線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jiàn)先后兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)大小相等 兩者的比值為1 選項(xiàng)b正確 導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí) 可有以下三種情況 考點(diǎn)2導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 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(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)外 還需b l v三者互相垂直 2 瞬時(shí)性 若v為瞬時(shí)速度 則e為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 有效性 公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度 4 相對(duì)性 e blv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度 若磁場(chǎng)也在運(yùn)動(dòng) 應(yīng)注意速度間的相對(duì)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(yùn)動(dòng)的情況 區(qū)別 研究對(duì)象 閉合回路 回路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的那部分導(dǎo)體 適用范圍 對(duì)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(dòng) 且彼此接觸良好 勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(jì) 則ab進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中 a r0中電流的方向由上到下b 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為b rvc 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為2brvd 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為b rv 解析 選a c ab進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中根據(jù)右手定則可判斷感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 即由上向下通過(guò)r0 故a正確 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為 故b錯(cuò)誤 當(dāng)ab完全進(jìn)入磁場(chǎng)后 其有效長(zhǎng)度最長(zhǎng) 最大值為2r 則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為em b 2rv 2brv 故c正確 d錯(cuò)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(diǎn)3自感現(xiàn)象 電流發(fā)生變化 2 自感電動(dòng)勢(shì) 1 定義 在中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 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(diǎn) 1 自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化 2 通過(guò)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(shí) 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(guò)線圈的電流增加時(shí) 線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反 阻礙電流的增加 使其緩慢地增加 2 流過(guò)線圈的電流減小時(shí) 線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)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(gè)靈敏電流表g1和g2的零點(diǎn)都在刻度盤(pán)中央 當(dāng)電流從 接線柱流入時(shí) 指針向右擺 當(dāng)電流從 接線柱流入時(shí) 指針向左擺 在電路接通后再斷開(kāi)的瞬間 下列說(shuō)法中符合實(shí)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(kāi)時(shí) 線圈中電流減小 產(chǎn)生與原方向相同的自感電動(dòng)勢(shì) 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(xiàng)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(gè)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(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)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(jì) 求0至t1時(shí)間內(nèi) 1 通過(guò)電阻r1的電流大小和方向 2 通過(guò)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(gè)方面 1 用公式求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí) s應(yīng)為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積 2 流過(guò)導(dǎo)體的電荷量等于流過(guò)導(dǎo)體的平均電流與時(shí)間的乘積 規(guī)范解答 1 穿過(guò)閉合線圈的磁場(chǎng)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(guò)電阻r1的電流為 2分 再根據(jù)楞次定律可以判斷 流過(guò)電阻r1的電流方向應(yīng)由b到a 2分 2 0至t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(dòng)探究 在 例證1 中 如果保持勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)間t1轉(zhuǎn)過(guò)90 則回路中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電流以及0至t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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(guò)閉合電路的磁場(chǎng)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(wèn)題 1 用公式求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí) s為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積 在b t圖象中為圖線的斜率 2 通過(guò)回路的電荷量q僅與n 和回路電阻r有關(guān) 與變化過(guò)程所用的時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān) 推導(dǎo)過(guò)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(chǎng) 開(kāi)始時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b0 當(dāng)磁場(chǎng)均勻增強(qiáng)時(shí) 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(kāi)始時(shí)穿過(guò)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(kāi)始時(shí) 穿過(guò)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(wèn)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(chǎng)有理想邊界 用力將矩形線圈從有邊界的磁場(chǎng)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(zhǎng)l1越大 拉力做功越多c 線圈邊長(zhǎng)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(wèn)題的思想 解答時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)把握 1 寫(xiě)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(zhǎng)l1越大 邊長(zhǎng)l2越大 電阻r越小 拉力做功越多 a b c正確 d錯(cuò)誤 解法二 以極端情況考慮 若速度極小接近于零時(shí) 則線圈中幾乎沒(méi)有感應(yīng)電流 就無(wú)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(dòng)勢(shì)接近于零 線圈中同樣沒(méi)有感應(yīng)電流 也無(wú)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(chǎng)時(shí)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(wú)窮大 則線圈中幾乎沒(méi)有感應(yīng)電流 無(wú)需克服安培力做功 所以線圈電阻越小拉力做功越多 d錯(cuò)誤 總結(jié)提升 應(yīng)用 極端法 解題應(yīng)注意的問(wèn)題極端法就是極端思維方法 是解決物理問(wèn)題的常見(jiàn)方法 用該方法可以使一些變化過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化 在使用極端法處理問(wèn)題時(shí) 需注意以下兩點(diǎn) 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(huì)使問(wèn)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(shí) 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(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(guò)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(xiàng)a正確 再根據(jù)閉合電路歐姆定律可知?jiǎng)ti1 i2 2 1 選項(xiàng)b錯(cuò)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(xiàng)c錯(cuò)誤 據(jù)公式可知 通過(guò)線圈某截面的電荷量是一常數(shù) 則q1 q2 1 1 故選項(xiàng)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(yàn)證斷電自感現(xiàn)象 自己找來(lái)帶鐵心的線圈l 小燈泡a 開(kāi)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(kāi)關(guān)s 小燈泡發(fā)光 再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s 小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象 雖經(jīng)多次重復(fù) 仍未見(jiàn)老師演示時(shí)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(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn) 1 首先將實(shí)物連線圖轉(zhuǎn)化為電路圖 2 理解斷電自感現(xiàn)象的實(shí)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(shí)物連線圖畫(huà)出正確的電路圖如圖所示 當(dāng)閉合開(kāi)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(kāi)關(guān)s突然斷開(kāi)時(shí) 電流ia立即消失 但是 由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用 流過(guò)線圈的電流il不能突變 而是要繼續(xù)流動(dòng) 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(shí)閃亮的時(shí)間就越長(zhǎng) 如果不 滿足il ia的條件 小燈泡只是延時(shí)熄滅 不會(huì)觀察到閃亮一下再熄滅 可見(jiàn)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(xiàng)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(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加 此時(shí)含有線圈l的電路相當(dāng)于斷路 2 斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)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(lái)的il逐漸減小 本題中易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)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(gè)相同的小燈泡l1和l2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈l和一個(gè)滑動(dòng)變阻器r 閉合開(kāi)關(guān)s后 調(diào)整r 使l1和l2發(fā)光的亮度一樣 此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流均為i 然后 斷開(kāi)s 若t 時(shí)刻再閉合s 則在t 前后的一小段時(shí)間內(nèi) 正確反映流過(guò)l1的電流i1 流過(guò)l2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖象是 解析 選b 閉合開(kāi)關(guān)s后 調(diào)整r 使兩個(gè)燈泡l1 l2發(fā)光的亮度一樣 電流均為 說(shuō)明rl r 若t 時(shí)刻再閉合s 流過(guò)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(dòng)勢(shì) 阻礙流過(guò)l1的電流i1增大 直至到達(dá)電流 故a錯(cuò)誤 b正確 而對(duì)于t 時(shí)刻再閉合 流過(guò)燈泡l2的電流i2立即達(dá)到電流 故c d錯(cuò)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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 4t 軌道光滑 電阻不計(jì) 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(dòng) 每根金屬棒的電阻為1 今在ab棒上施加一個(gè)豎直向上的恒力f 這時(shí)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(shí)針流動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)間變化的磁場(chǎng)中 線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直 關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流 下列表述正確的是 a 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)b 穿過(guò)線圈的磁通量越大 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大c 穿過(guò)線圈的磁通量變化越快 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大d 感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(xiàng)錯(cuò)誤 c正確 因不知原磁場(chǎng)變化趨勢(shì) 增強(qiáng)或減弱 故無(wú)法用楞次定律確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向 d錯(cuò)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(gè)線圈中的電流方向與圖中所標(biāo)的電流方向相同時(shí)為正 當(dāng)m中通入圖乙中哪種電流時(shí) 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(shuō)明m中通入的電流是均勻變化的 且方向?yàn)檎较驎r(shí)應(yīng)均勻減弱 故d正確 3 如圖所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí) 若不計(jì)摩擦和導(dǎo)線的電阻 整個(gè)過(guò)程中 燈泡l未被燒毀 電容器c未被擊穿 則該過(guò)程中 a 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí) 由右手定則知 導(dǎo)體棒a端的電勢(shì)高 電容器c的上極板帶正電 由公式e blv知 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)強(qiáng)電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度將變大 故a b正確 c d錯(cuò)