2012屆高三一輪復習課件-物理(浙江專版)：第九章-第2單元-《法拉第電磁感應定律-自感和渦流》解析

2012屆高三一輪復習課件——物理(wùlǐ)(浙江專版)：第九章--第2單元--?法拉第電磁感應定律--自感和渦流?解析第一頁，共71頁。第二頁，共71頁。電磁感應(diàncí-gǎnyìng)現(xiàn)象內(nèi)阻(nèizǔ)閉合電路(bìhédiànlù)歐姆第三頁，共71頁。3．感生電場與感生電動勢、動生電動勢(1)感生電場：磁場變化(biànhuà)時在周圍空間激發(fā)出的．(2)感生電動勢：由產(chǎn)生的感應電動勢叫做感生電動勢．(3)動生電動勢：由于而產(chǎn)生的感應電動勢叫做動生電動勢．導體(dǎotǐ)運動電場(diànchǎng)感生電場第四頁，共71頁。(1)感生電動勢和動生電動勢都屬于感應電動勢，但二者產(chǎn)生機理(jīlǐ)有所不同．(2)在實際的感應電動勢中，可能既有感生電動勢，同時也有動生電動勢．第五頁，共71頁。變化率BlvBlvsinθ第六頁，共71頁。三、互感、自感和渦流1．互感現(xiàn)象兩個互相靠近的線圈，當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的會在另一個線圈中產(chǎn)生的現(xiàn)象．互感現(xiàn)象可以把由一個線圈傳遞(chuándì)到另一個線圈，變壓器就是利用現(xiàn)象制成的．2．自感現(xiàn)象由于線圈本身的發(fā)生變化而在它本身激發(fā)出感應電動勢的現(xiàn)象．磁場(cíchǎng)感應(gǎnyìng)電動勢能量互感電流第七頁，共71頁。自感(zìɡǎn)大小(dàxiǎo)圈數(shù)10－310－6水的旋渦(xuánwō)第八頁，共71頁。5．電磁阻尼當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是(zǒnɡshì)導體的運動的現(xiàn)象．6．電磁驅(qū)動如果磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生感應電流，感應電流使導體受到的作用，使導體運動起來，這種作用稱為電磁驅(qū)動．交流電動機就是利用的原理制成的．阻礙(zǔài)安培力安培力電磁(diàncí)驅(qū)動第九頁，共71頁。自感作用延緩了電路中電流的變化，使得在通電(tōngdiàn)瞬間含電感的電路相當于斷路；斷電時電感線圈相當于一個電源，通過放電回路將儲存的能量釋放出來．第十頁，共71頁。1．以下(yǐxià)說法正確的選項是()A．線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大B．線圈中的磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大C．線圈處在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定越大D．線圈中磁通量變化得越快，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢越大第十一頁，共71頁。答案(dáàn)：D第十二頁，共71頁。2．以下做法中可能產(chǎn)生渦流的是()A．把金屬(jīnshǔ)塊放在勻強磁場中B．讓金屬(jīnshǔ)塊在勻強磁場中做勻速運動C．讓金屬(jīnshǔ)塊在勻強磁場中做變速運動D．把金屬(jīnshǔ)塊放在變化的磁場中第十三頁，共71頁。解析：渦流就是整個金屬塊中產(chǎn)生(chǎnshēng)的感應電流，所以產(chǎn)生(chǎnshēng)渦流的條件就是在金屬塊中產(chǎn)生(chǎnshēng)感應電流的條件，即穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，而A、B、C中磁通量不變化，所以A、B、C錯誤；把金屬塊放在變化的磁場中時，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生了變化，有渦流產(chǎn)生(chǎnshēng)，所以D正確．答案(dáàn)：D第十四頁，共71頁。3．(2010·全國卷Ⅰ)某地的地磁場磁感應強度的豎直分量(fènliàng)方向向下，大小為4.5×10－5T.一靈敏電壓表連接在當?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導體)流過．設落潮時，海水自西向東流，流速為2m/s.以下說法正確的選項是()A．電壓表記錄的電壓為5mVB．電壓表記錄的電壓為9mVC．河南岸的電勢較高D．河北岸的電勢較高第十五頁，共71頁。解析：可以將海水視為垂直河岸方向放置的導體平動(píngdòng)切割地磁場的磁感線產(chǎn)生感應電動勢，由E＝BLv＝9mV，B項正確；由右手定那么可知，感應電流方向由南向北，故河北岸的電勢較高，D項正確．答案(dáàn)：BD第十六頁，共71頁。4．在如圖9－2－1所示的電路中，線圈L的自感系數(shù)(zìɡǎnxìshù)足夠大，其直流電阻忽略不計，A，B是兩個相同的燈泡，下列說法中正確的選項是()A．S閉合后，A，B同時發(fā)光且亮度不變B．S閉合后，A立即發(fā)光，然后又逐漸熄滅C．S斷開的瞬間，A，B同時熄滅D．S斷開的瞬間，A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅第十七頁，共71頁。解析：線圈對變化的電流有阻礙作用，開關S閉合時，A，B串聯(lián)，同時(tóngshí)發(fā)光，但電流穩(wěn)定后線圈的直流電阻忽略不計，使A被短路，所以A錯誤，B正確；開關S斷開時，線圈阻礙電流變小，產(chǎn)生自感電動勢，使A再次發(fā)光，然后又逐漸熄滅，所以C錯誤，D正確．答案(dáàn)：BD第十八頁，共71頁。5．如圖9－2－2所示，在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中，有兩根水平放置、相距L且足夠長的平行金屬導軌AB、CD，在導軌圖9－2－2的A、C端連接一阻值為R的電阻，一根垂直于導軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，導軌和金屬棒的電阻及它們間的摩擦(mócā)不計，假設用恒力F水平向右拉棒ab使之運動，求金屬棒ab的最大速度．第十九頁，共71頁。解析：ab棒受恒力F作用向右加速運動產(chǎn)生(chǎnshēng)感應電流，ab棒在磁場中受安培力F安，如右圖所示．隨著v↑→E↑→I↑→F安↑→F合↓→a↓，當ab棒所受合力為零時，加速度為零，速度最大．此時F－F安＝0①F安＝BIL②第二十頁，共71頁。第二十一頁，共71頁。第二十二頁，共71頁。對法拉第電磁感應定律(dìnglǜ)的理解第二十三頁，共71頁。2．對公式(gōngshì)的理解第二十四頁，共71頁。第二十五頁，共71頁。如圖9－2－3所示，導線全部為裸導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強磁場，磁感應強度為B，一根長度大于2r的導線MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端，電路的固定電阻為R，其余電阻不計，求MN從圓環(huán)的左端滑到右端的過程(guòchéng)中電阻R上的電流的平均值和通過電阻R的電荷量．圖9－2－3第二十六頁，共71頁。[思路點撥(diǎnbo)]求電荷量要從電流的平均值來考慮．第二十七頁，共71頁。第二十八頁，共71頁。第二十九頁，共71頁。第三十頁，共71頁。[學之用]1．如圖9－2－4所示半徑為r的n匝線圈套(quāntào)在邊長為L的正方形abcd之外，勻強磁場局限在正方形區(qū)域內(nèi)且垂直穿過正方形圖9－2－4面積．當磁感應強度以ΔB/Δt的變化率均勻變化時，線圈中產(chǎn)生感應電動勢的大小是多少？第三十一頁，共71頁。第三十二頁，共71頁。導體(dǎotǐ)切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算[師之說]1．導體平動切割磁感線對于導體平動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算式E＝Blv，應從以下幾個方面理解和掌握．(1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場是勻強磁場外，還需B、l、v三者相互(xiānghù)垂直．實際問題中當它們不相互(xiānghù)垂直時，應取垂直的分量進行計算，公式可為E＝Blvsinθ，θ為B與v方向間的夾角．第三十三頁，共71頁。第三十四頁，共71頁。圖9－2－5第三十五頁，共71頁。第三十六頁，共71頁。第三十七頁，共71頁。[關鍵一點]在利用上述公式計算電動勢時，要特別注意：先判定屬于哪種情況(qíngkuàng)，是否符合公式的使用條件．第三十八頁，共71頁。在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強磁場中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L＝0.4m，如圖9－2－7所示，框架圖9－2－7上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1Ω的金屬桿cd，框架電阻不計．假設桿cd以恒定加速度a＝2m/s2，由靜止開始做勻變速運動，求：(1)在5s內(nèi)平均感應電動勢是多少(duōshǎo)？(2)第5s末回路中的電流多大？(3)第5s末作用在桿cd上的水平外力多大？第三十九頁，共71頁。[思路點撥]解答此題時應把握以下兩點：(1)分清求解(qiújiě)感應電動勢時用速度的平均值還是瞬時值．(2)求解(qiújiě)第(3)問時合理應用牛頓第二定律．第四十頁，共71頁。第四十一頁，共71頁。[答案(dáàn)](1)0.4V(2)0.8A(3)0.164N第四十二頁，共71頁。在計算感應電動勢時，要審清題意，看清題目要求的是平均感應電動勢還是(háishi)瞬時感應電動勢，并正確地選用公式.第四十三頁，共71頁。[學之用]2．(2011·衢州模擬)如圖9－2－8所示，一直導體棒質(zhì)量(zhìliàng)為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導軌上，并與之緊密圖9－2－8接觸；棒左側(cè)兩導軌之間連接一可控制的負載電阻(圖中未畫出)；導軌置于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌所在平面．開始時，給導體第四十四頁，共71頁。棒一個平行于導軌的初速度v0.在棒的運動(yùndòng)速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負載電阻的阻值使棒中的電流I保持恒定．導體棒一直在磁場中運動(yùndòng)．假設不計導軌電阻，求此過程中導體棒上感應電動勢的平均值．第四十五頁，共71頁。第四十六頁，共71頁。自感(zìɡǎn)現(xiàn)象的分析[師之說]通電自感斷電自感電路圖第四十七頁，共71頁。通電自感斷電自感器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)現(xiàn)象在S閉合瞬間，燈A2立即亮起來，燈A1逐漸變亮，最終一樣亮在開關S斷開時，燈A漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅第四十八頁，共71頁。通電自感斷電自感原因由于開關閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，使流過燈A1的電流比流過燈A2的電流增加得慢S斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；燈A中電流反向不會立即熄滅．若RL<RA，原來的IL>IA，則A燈熄滅前要閃亮一下．若RL≥RA，原來的電流IL≤IA，則燈A逐漸熄滅不再閃亮一下能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能第四十九頁，共71頁。[關鍵一點](1)通電時線圈中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加，感應電流與原電流方向相反，此時含線圈L的支路相當于斷開(duànkāi)．(2)斷電時線圈中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙線圈中電流的減少，感應電流與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當于電源，它提供的電流從原來的IL逐漸變?。鬟^燈A的電流方向與原來相反．(3)線圈的自感系數(shù)越大，現(xiàn)象越明顯．自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向．第五十頁，共71頁。如圖9－2－9所示的電路中，三個相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接(liánjiē)，電感的電阻忽略不計．開關S從閉合狀圖9－2－9態(tài)突然斷開時，以下判斷正確的有()A．a(chǎn)先變亮，然后逐漸變暗B．b先變亮，然后逐漸變暗C．c先變亮，然后逐漸變暗D．b、c都逐漸變暗第五十一頁，共71頁。[思路點撥]分析此類問題應先明確原電流的方向，然后判斷自感電流的方向及大小變化(biànhuà)．在斷開開關時還要看線圈和用電器能不能形成回路．第五十二頁，共71頁。[解析]a、b、c三個燈泡相同(xiānɡtónɡ)，設S閉合時通過三個燈泡的電流均是I，那么L1中的電流為2I，L2中的電流為I.在S斷開瞬間，L1中的電流由2I逐漸減小，L2的電流由I逐漸減小，L1、L2中的產(chǎn)生的感應電流方向相同(xiānɡtónɡ)，故b、c兩燈的電流逐漸減小，即b、c兩燈逐漸變暗，B、C錯誤，D項正確；兩個支路的電流聚集后為2I通過a燈，a燈電流由2I反向減弱，故a燈中的先變亮再逐漸變暗，即A正確．[答案(dáàn)]AD第五十三頁，共71頁。解決此類問題的關鍵：(1)無論是通電自感還是斷電自感，都是阻礙(zǔài)引起自感電流的變化．(2)當電路中有電感時，假設電路中的電流發(fā)生變化，電感的作用總是阻礙(zǔài)電流的變化．純電感線圈在電流穩(wěn)定時相當于一根短路導線，非純電感線圈在電流穩(wěn)定時相當于一個定值電阻.第五十四頁，共71頁。3．(2010·江蘇高考)如圖9－2－10所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于圖9－2－10燈泡D的阻值．在t＝0時刻閉合開關S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開(duànkāi)S.以下表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的選項是()

[學之用]第五十五頁，共71頁。圖9－2－11第五十六頁，共71頁。答案(dáàn)：B第五十七頁，共71頁。第五十八頁，共71頁?？记榉治?/p>

高考命題在本節(jié)主要是考查感應電動勢的大小計算，即由磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢和切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算方法的靈活選用，以及對自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象的考查．題型有選擇題和計算題，在計算題中感應電動勢大小計算的考查幾率很大，且難度中等偏上．第五十九頁，共71頁。命題預測

法拉第電磁感應定律是高考考查的重點，磁通量變化和切割磁感線產(chǎn)生電動勢的計算應熟練掌握，根據(jù)近幾年高考命題的特點可以預測，今后高考有關感應電動勢大小的計算問題很有可能出現(xiàn)，在選擇題中可能考查基本知識，在計算題中可能會出現(xiàn)綜合性較強的問題.第六十頁，共71頁。1．(2010·新課標全國卷)如圖9－2－12所示，兩個端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導線并與電源連接，在縫隙中形成一勻強磁圖9－2－12場．一銅質(zhì)細直棒ab水平置于縫隙中，且與圓柱軸線等高、垂直．讓銅棒從靜止開始自由下落，銅棒下落距離為R時銅棒中電動勢大小為E1，下落距離為R時電動勢大小為E2.忽略渦流損耗和邊緣效應．關于E1、E2的大小和銅棒離開磁場(cíchǎng)前兩端的極性，以下判斷正確的選項是()第六十一頁，共71頁。A．E1>E2，a端為正B．E1>E2，b端為正C．E1<E2，a端為正D．E1<E2，b端為正第六十二頁，共71頁。第六十三頁，共71頁。答案(dáàn)：