第2講-法拉第電磁感應(yīng)定律-自感-渦流

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流感應(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．法拉第電磁感應(yīng)定律Ⅰ(考綱要求)1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁通量無關(guān)楞次定律右手定則法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這一電路的_______________成正比．磁通量的變化率閉合電路歐姆2．導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)導(dǎo)體垂直切割磁感線時(shí)．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用E＝____求出，式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度．(2)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)．導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3．Blv如圖9－2－2所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，繞O軸以角速度ω沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則通過電阻R的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計(jì))(

)．

圖9－2－2答案

D1．自感現(xiàn)象(1)概念：由于導(dǎo)體本身的_____變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做___________．(2)表達(dá)式：E＝_____.(3)自感系數(shù)L①相關(guān)因素：與線圈的_____、形狀、_____以及是否有鐵芯有關(guān)．②單位：亨利(H,1mH＝_____H,1μH＝_____H)．電流1．自感電動(dòng)勢(shì)大小匝數(shù)10－3

10－6

自感、渦流Ⅰ(考綱要求)渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生_________，這種電流像水的漩渦所以叫渦流．電磁感應(yīng)的重要應(yīng)用(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到______，安培力的方向總是____導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)．(2)電磁驅(qū)動(dòng)：如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生________使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來．交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用_________的原理工作的．(3)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理體現(xiàn)了_________的推廣應(yīng)用．2．感應(yīng)電流阻礙感應(yīng)電流電磁驅(qū)動(dòng)楞次定律安培力如圖9－2－4所示為一光滑軌道，其中MN部分為一段對(duì)稱的圓弧，兩側(cè)的直導(dǎo)軌與圓弧相切，在MN部分有如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，有一較小的金屬環(huán)如圖放置在P點(diǎn)，金屬環(huán)由靜止自由釋放，經(jīng)很多次來回運(yùn)動(dòng)后，下列判斷正確的有 (

)．A．金屬環(huán)仍能上升到與P等高處B．金屬環(huán)最終將靜止在最低點(diǎn)C．金屬環(huán)上升的最大高度與MN等高D．金屬環(huán)上升的最大高度一直在變小2．圖9－2－4解析金屬環(huán)在進(jìn)入磁場(chǎng)以及穿出磁場(chǎng)的過程中，都將產(chǎn)生渦流，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，金屬環(huán)的動(dòng)能變?。?dāng)金屬環(huán)只在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不再產(chǎn)生渦流，最后將在MN之間來回運(yùn)動(dòng)，所以最后上升的最大高度與MN等高．答案

C閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成，其內(nèi)部磁場(chǎng)大小按B－t圖變化，方向如圖9－2－5所示，則回路中 (

)．A．電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向B．電流強(qiáng)度越來越大C．磁通量的變化率恒定不變D．產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來越大3．圖9－2－5答案

AC

考點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n的應(yīng)用如圖9－2－6甲所示，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)域內(nèi)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9－2－6乙所示，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)，【典例1】圖9－2－6(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．(1)計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量一定要用平均電流乘以時(shí)間.對(duì)于導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式E＝Blv，應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解和掌握．(1)公式使用條件：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，還需B、l、v三者相互垂直．實(shí)際問題中當(dāng)它們不相互垂直時(shí)，應(yīng)取垂直的分量進(jìn)行計(jì)算，公式可為E＝Blvsinθ，θ為B與v方向間的夾角．考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算(3)有效性：公式中的l為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度．圖中有效長(zhǎng)度分別為：甲圖：l＝cdsinβ；乙圖：沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝MN；沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝0.圖9－2－8(4)相對(duì)性：E＝Blv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度，若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系．如圖9－2－9所示，水平放置的三條光滑平行金屬導(dǎo)軌abc，相距均為d＝1m，導(dǎo)軌ac間橫跨一質(zhì)量為m＝1kg的金屬棒MN，棒與導(dǎo)軌始終良好接觸，棒的電阻r＝2Ω，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．在導(dǎo)軌bc間接一電阻為R＝2Ω的燈泡，導(dǎo)軌ac間接一理想電壓表．整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下，現(xiàn)對(duì)棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)，試求：【典例2】圖9－2－9(1)若施加的水平恒力F＝8N，則金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)速度為多少？(2)若施加的水平外力功率恒定，棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)速度為1.5m/s，則此時(shí)電壓表的讀數(shù)為多少？解析

(1)當(dāng)F與安培力平衡時(shí)，金屬棒速度達(dá)到穩(wěn)定，設(shè)穩(wěn)定時(shí)速度大小為v1，F(xiàn)安＝BId ①解得v1＝6m/s(2)設(shè)電壓表的讀數(shù)為U，則U＝Bdv2＋UL ④解得U＝5V答案

(1)6m/s

(2)5V

考點(diǎn)三自感現(xiàn)象、通電和斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL?RA現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí)，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅通電自感斷電自感原因由于開關(guān)閉合時(shí)，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RL?RA，使得流過A燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能如圖9－2－11所示，線圈L的自感系數(shù)很大，且其電阻可以忽略不計(jì)，L1、L2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，隨著開關(guān)S閉合和斷開的過程中，燈L1、L2的亮度變化情況是(燈絲不會(huì)斷) (

)．A．S閉合，L1亮度不變，L2亮度逐漸變亮，最后兩燈一

樣亮；S斷開，L2立即不亮，L1逐漸變亮B．S閉合，L1不亮，L2很亮；S斷開，L1、L2立即不亮C．S閉合，L1、L2同時(shí)亮，而后L1逐漸熄滅，L2亮度不

變；S斷開，L2立即不亮，L1亮一下才熄滅D．S閉合，L1、L2同時(shí)亮，而后L1逐漸熄滅，L2則逐漸

變得更亮；S斷開，L2立即不亮，L1亮一下才熄滅【典例3】圖9－2－11解析當(dāng)S閉合，L的自感系數(shù)很大，對(duì)電流的阻礙作用較大，L1和L2串接后與電源相連，L1和L2同時(shí)亮，隨著L中電流的增大，L的直流電阻不計(jì)，L的分流作用增大，L1中的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，L2中的電流增大，L2燈變得更亮；當(dāng)S斷開，L2中無電流，立即熄滅，而線圈L將要維持本身的電流不變，L與L1組成閉合電路，L1燈要亮一下后再熄滅．綜上所述，選項(xiàng)D正確．答案

D(1)模型概述“桿＋導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點(diǎn)，考查的知識(shí)點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)．“桿＋導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)、非勻變速運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)等；磁場(chǎng)的狀態(tài)可分為恒定不變、均勻變化和非均勻變化等等，情景復(fù)雜形式多變．(2)模型分類

12.電磁感應(yīng)中的“桿＋導(dǎo)軌”模型Ⅰ.單桿水平式【例1】 (2010·天津理綜，11)如圖9－2－13所示，質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.3Ω，長(zhǎng)度l＝0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上．框架質(zhì)量m2＝0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2.相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng)．電阻R2＝0.1Ω的MN垂直于MM′.整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T．垂直于ab施加F＝2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)．設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10m/s2.圖9－2－13(1)求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大??；(2)從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q＝0.1J，求該過程ab位移x的大?。馕?/p>

(1)ab對(duì)框架的壓力F1＝m1g框架受水平面的支持力FN＝m2g＋F1依題意，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2＝μFNab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BlvMN受到的安培力F安＝IlB框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)F安＝F2由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v＝6m/s代入數(shù)據(jù)解得x＝1.1m答案

(1)6m/s

(2)1.1mⅡ.單桿傾斜式

如圖9－2－14所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)s＝1.15m，兩導(dǎo)軌間距L＝0.75m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R＝1.5Ω的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向上．阻值r＝0.5Ω，質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接