高三物理復習第十章電磁感應第3講法拉第電磁感應定律自感現(xiàn)象省公開課一等獎新名師獲獎

第2講法拉第電磁感應定律自感現(xiàn)象1/692/69【知識梳理】知識點1法拉第電磁感應定律1.感應電動勢:(1)概念:在_________現(xiàn)象中產(chǎn)生電動勢。(2)產(chǎn)生:只要_________________________,就能產(chǎn)生感應電動勢,與電路是否閉合無關(guān)。電磁感應穿過回路磁通量發(fā)生改變3/69(3)方向:產(chǎn)生感應電動勢電路(導體或線圈)相當于電源,電源正、負極可由_________或_________判斷。右手定則楞次定律4/692.法拉第電磁感應定律:(1)內(nèi)容:閉合電路中感應電動勢大小,跟穿過這一電路磁通量_______成正比。(2)公式:E=n,其中為磁通量_______,n為線圈匝數(shù)。改變率改變率5/69知識點2導體切割磁感線時感應電動勢切割方式電動勢表示式垂直切割E=____傾斜切割E=_________旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)E=_______BlvBlvsinθ6/69l:導體切割磁感線有效長度。θ:v與B夾角。ω:繞導體棒一端轉(zhuǎn)動角速度。7/69如圖甲:θ=_____,E=_____。如圖乙:l=__,E=____。30°LBLv8/69知識點3自感、渦流1.自感現(xiàn)象:因為經(jīng)過導體本身_____發(fā)生改變而產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。2.自感電動勢:(1)定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應電動勢。(2)表示式:E=_____。電流9/69(3)自感系數(shù)L。①相關(guān)原因:與______________________________________等原因相關(guān)。②單位:亨利(H),慣用單位還有毫亨(mH)、微亨(μH)。1mH=____H,1μH=____H。3.渦流:當線圈中電流發(fā)生改變時,在它附近導體中產(chǎn)生像水旋渦一樣_________。線圈大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯10-310-6感應電流10/69【易錯辨析】(1)磁通量改變越大,產(chǎn)生感應電動勢也越大。()(2)磁通量改變越快,產(chǎn)生感應電動勢就越大。()(3)磁場相對導體棒運動時,導體棒中也能產(chǎn)生感應電動勢。()11/69(4)線圈匝數(shù)n越多,磁通量越大,產(chǎn)生感應電動勢越大。()(5)線圈中電流越大,自感系數(shù)也越大。()(6)自感電動勢妨礙電流改變,但不能阻止電流改變。()12/69提醒:(1)×。據(jù)E=可知,E與成正比,ΔΦ越大,E不一定越大。(2)√。描述是磁通量改變快慢,故磁通量改變越快,感應電動勢越大。(3)√。磁場運動時,若導體棒切割磁感線,則由E=Blv可知,也能產(chǎn)生感應電動勢。(4)×。磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān),感應電動勢大小與磁通量改變率相關(guān),與磁通量大小無關(guān)。13/69(5)×。自感系數(shù)由線圈本身原因決定,與電流大小無關(guān)。(6)√。妨礙不是阻止,妨礙只是延緩了電流改變。14/69考點1法拉第電磁感應定律了解和應用【關(guān)鍵要素精講】1.感應電動勢決定原因:(1)由E=n知,感應電動勢大小由穿過電路磁通量改變率和線圈匝數(shù)n共同決定,磁通量Φ較大或磁通量改變量ΔΦ較大時,感應電動勢不一定較大。15/69(2)為單匝線圈產(chǎn)生感應電動勢大小。2.法拉第電磁感應定律兩個特例:(1)回路與磁場垂直面積S不變,磁感應強度發(fā)生改變,則ΔΦ=ΔB·S,E=n·S。(2)磁感應強度B不變,回路與磁場垂直面積發(fā)生改變,則ΔΦ=B·ΔS,E=nB。16/69【高考命題探究】【典例1】(·浙江高考)如圖所表示,a、b兩個閉合正方形線圈用一樣導線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里勻強磁場,且磁感應強度隨時間均勻增大,不考慮線圈之間相互影響,則()世紀金榜導學號4272222317/69A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向感應電流B.a、b線圈中感應電動勢之比為9∶1C.a、b線圈中感應電流之比為3∶4D.a、b線圈中電功率之比為3∶118/69【解析】選B。a、b兩個正方形線圈內(nèi)磁場垂直于紙面向里,磁感應強度均勻增加,由楞次定律能夠判斷感應電流磁場垂直于紙面向外,再依據(jù)安培定則可知:兩線圈內(nèi)產(chǎn)生逆時針方向感應電流,A錯誤;由E=可知B正確;a、b兩個閉合正方形線圈用一樣導線制成,匝數(shù)相同,Ra∶Rb=3∶1,由閉合電路歐姆定律得Ia=,Ib=則,C項19/69錯誤;Pa=Ia2Ra,Pb=Ib2Rb則Pa∶Pb=27∶1,D錯誤。故選B。20/69【強化訓練】如圖所表示,一正方形線圈匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強磁場垂直,且二分之一處在磁場中。在Δt時間內(nèi),磁感應強度方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過程中,線圈中產(chǎn)生感應電動勢為()21/69【解析】選B。線圈在磁場中面積S=a2,穿過線圈磁通量改變量ΔΦ=2BS-BS=Ba2。依據(jù)法拉第電磁感應定律E=n得E=,所以B正確。22/69【規(guī)律總結(jié)】應使用方法拉第電磁感應定律應注意問題(1)公式求解是一個回路中某段時間內(nèi)平均電動勢,在磁通量均勻改變時,瞬時值才等于平均值。(2)求感應電動勢時,S應為線圈在磁場范圍內(nèi)有效面積。(3)應用Φ-t圖線求感應電動勢時,磁通量改變率對應Φ-t圖線上該點切線斜率。23/69【加固訓練】1.(多項選擇)(·鄭州模擬)如圖所表示,閉合金屬導線框放置在豎直向上勻強磁場中,磁場磁感應強度大小隨時間改變而改變。以下說法中正確是()24/69A.當磁感應強度增大時,線框中感應電流可能減小B.當磁感應強度增大時,線框中感應電流一定增大C.當磁感應強度減小時,線框中感應電流一定增大D.當磁感應強度減小時,線框中感應電流可能不變25/69【解析】選A、D。線框中感應電動勢為E=S,設(shè)線框電阻為R,則線框中電流I=,因為B增大或減小時,可能減小,可能增大,也可能不變。線框中感應電動勢大小只和磁通量改變率相關(guān),和磁通量改變量無關(guān),故選項A、D正確。26/692.如圖所表示,用兩根相同導線繞成匝數(shù)分別為n1和n2圓形閉合線圈A和B,兩線圈平面與勻強磁場垂直。當磁感應強度隨時間均勻改變時,兩線圈中感應電流之比IA∶IB為()27/69【解析】選B。導線相同,則電阻R相同,制作成匝數(shù)分別為n1、n2圓形線圈后,設(shè)其半徑分別為r1、r2,則n1·2πr1=n2·2πr2,,面積之比為兩線圈產(chǎn)生感應電動勢之比為28/69因為電阻R相等,故感應電流之比為B正確。29/69考點2導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢計算【關(guān)鍵要素精講】1.E=Blv三個特征:(1)正交性:本公式要求磁場為勻強磁場,而且B、l、v三者相互垂直。(2)有效性:公式中l(wèi)為導體切割磁感線有效長度。(3)相對性:E=Blv中速度v是導體與磁場相對速度。30/692.公式E=n與E=Blv比較:E=nE=Blv區(qū)分研究對象閉合回路回路中做切割磁感線運動部分導體研究內(nèi)容平均電動勢(1)若v為瞬時速度,則求是瞬時感應電動勢(2)若v為平均速度,則求是平均感應電動勢31/69E=nE=Blv區(qū)分適用范圍對任何電磁感應現(xiàn)象普遍適用只適適用于導體切割磁感線運動聯(lián)絡E=Blv由E=在一定條件下推導得到。導體切割磁感線運動時,慣用E=Blv求E,磁感應強度改變時,慣用E=n求E。32/69【高考命題探究】【典例2】(多項選擇)(·全國卷Ⅱ)法拉第圓盤發(fā)電機示意圖如圖所表示。銅圓盤安裝在豎直銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上勻強磁場B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時,關(guān)于流過電阻R電流,以下說法正確是()世紀金榜導學號4272222433/69A.若圓盤轉(zhuǎn)動角速度恒定,則電流大小恒定B.若從上往下看,圓盤順時針轉(zhuǎn)動,則電流沿a到b方向流動C.若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變,角速度大小發(fā)生改變,則電流方向可能發(fā)生改變D.若圓盤轉(zhuǎn)動角速度變?yōu)樵瓉?倍,則電流在R上熱功率也變?yōu)樵瓉?倍34/69【解析】選A、B。若圓盤轉(zhuǎn)動角速度恒定,則相當于無數(shù)切割磁感線導體運動速度恒定,切割磁感線感應電動勢為E=Br2ω也恒定,則電流大小恒定,A正確;由右手定則可知,從上往下看,只要圓盤順時針轉(zhuǎn)動,電流就沿a到b方向流動,不會改變,B正確,C錯誤;因為電流在R上熱功率與電流平方成正比,圓盤轉(zhuǎn)動35/69角速度變?yōu)樵瓉?倍時,圓盤切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢變?yōu)樵瓉?倍,電流也變?yōu)樵瓉?倍,電流在R上熱功率變?yōu)樵瓉?倍,選項D錯誤。36/69【感悟提升】(1)特點:本題屬于感應電流大小、方向分析問題。(2)方法:應用_________分析感應電流方向,依據(jù)________分析感應電動勢大小。(3)拓展:圓盤轉(zhuǎn)動時圓盤邊緣上P點外其它點與銅軸之間_____(選填“存在”或“不存在”)電勢差。右手定則存在37/69【強化訓練】1.(·海南高考)如圖,空間有一勻強磁場,一直金屬棒與磁感應強度方向垂直,當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直方向運動時,棒兩端感應電動勢大小為ε,將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直38/69折線,置于與磁感應強度相垂直平面內(nèi),當它沿兩段折線夾角平分線方向以速度v運動時,棒兩端感應電動勢大小為ε′。則等于()39/69【解析】選B。若直金屬棒長為L,則彎成折線后,有效切割長度為L。依據(jù)ε=BLv可知感應電動勢大小與有效切割長度成正比,故,B正確。40/692.如圖所表示,等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外勻強磁場,它底邊在x軸上且長為2L,高為L,紙面內(nèi)一邊長為L正方形導線框沿x軸正方向做勻速直線運動穿過勻強磁場區(qū)域,在t=0時刻恰好位于如圖所表示位置,以順時針方向為導線框中電流正方向,下面四幅圖中能夠正確表示導線框中電流—位移(i-x)關(guān)系是()41/6942/69【解析】選B。導線框前進L之前,切割磁感線右邊逐步變長,感應電流逐步增大。再前進,左邊進入磁場切割磁感線,感應電流減小,前進1.5L時,電流為零。再前進,電流為逆時針方向,感應電流為負值,且導線框從進磁場到出來過程中,只有前進1.5L時電流為零。故B正確。43/69【加固訓練】(多項選擇)半徑為a右端開小口導體圓環(huán)和長為2a導體直桿,單位長度電阻均為R0。圓環(huán)水平固定放置,整個內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下勻強磁場,磁感應強度為B。桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運動,桿一直有兩點與圓環(huán)良好接觸,從圓環(huán)中心O開始,桿位置由θ確定,如圖所表示。則()44/6945/69A.θ=0時,桿產(chǎn)生電動勢為2BavB.θ=時,桿產(chǎn)生電動勢為BavC.θ=0時,桿受安培力大小為D.θ=時,桿受安培力大小為46/69【解析】選A、D。當θ=0時,導體桿等效長度最大為2a,這時感應電動勢最大,為E=2Bav,A正確;依據(jù)F=BIl,I=聯(lián)立可得F=,C錯誤;當θ=時,導體桿等效長度為a,這時感應電動勢為E=Bav,B錯誤;依據(jù)F=BIl,I=聯(lián)立可得F=D正確,所以本題選A、D。47/69考點3自感現(xiàn)象和渦流【關(guān)鍵要素精講】1.自感電動勢特點:(1)流過線圈電流增加時,線圈中產(chǎn)生自感電動勢與電流方向相反,妨礙電流增加,使其遲緩地增加。(2)流過線圈電流減小時,線圈中產(chǎn)生自感電動勢與電流方向相同,妨礙電流減小,使其遲緩地減小。48/692.通電自感與斷電自感:通電自感斷電自感電路圖

器材規(guī)格A1、A2同規(guī)格,R=RL,L較大L很大(有鐵芯),RL<RA49/69通電自感斷電自感現(xiàn)象觀察S閉合瞬間,A2燈馬上亮起來,A1燈逐步變亮,最終一樣亮開關(guān)S斷開時,燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能50/693.分析自感現(xiàn)象方法——等效法:(1)線圈中電流增大時,線圈能夠等效成一阻值由較大逐步減小電阻,電流非線性逐步增大。(2)線圈中電流減小時,線圈可等效成一個電動勢由較大逐步減小電源,線圈中磁場能逐步轉(zhuǎn)化成電能,組成回路中電流沿原方向非線性逐步減小。51/69【高考命題探究】【典例3】如圖所表示,L為自感系數(shù)很大、直流電阻不計線圈,D1、D2、D3為三個完全相同燈泡,E為內(nèi)阻不計電源,在t=0時刻閉合開關(guān)S,當電路穩(wěn)定后D1、D2兩燈電流分別為I1、I2。當初刻為t1時斷開開52/69關(guān)S,若要求電路穩(wěn)定時流過D1、D2電流方向為電流正方向,則下列圖能正確定性描述電燈電流i與時間t關(guān)系是世紀金榜導學號42722225()

53/69【思索探究】(1)閉合開關(guān)時,線圈可等效為何?提醒:可等效為阻值由較大逐步減小電阻。(2)斷開開關(guān)時,線圈可等效為何?提醒:可等效為一個電動勢逐步減小電源。(3)若想讓D2在斷開開關(guān)時出現(xiàn)閃亮后逐步熄滅現(xiàn)象,對D1、D2電阻有什么要求?提醒:應使D1電阻小于D2電阻。54/69【解析】選D。開關(guān)閉合時,電感妨礙電流I1增大,所以I1慢慢增大最終穩(wěn)定;斷開開關(guān),電感妨礙電流I1減小,所以I1慢慢減小到0,電流方向未發(fā)生改變,故A、B均錯誤;開關(guān)閉合時,電感妨礙電流I1增大,I1慢慢增大,則I2慢慢減小,最終穩(wěn)定;斷開開關(guān),原來經(jīng)過D2電流馬上消失,但D1、D2、L組成一回路,經(jīng)過D1電流也經(jīng)過D2,所以I2慢慢減小,但電流方向與斷開前相反,故C錯誤,D正確。55/69【強化訓練】某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象,自己找來帶鐵芯線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E,用導線將它們連接成如圖所表示電路。檢驗電路后,閉合開關(guān)S,小燈泡發(fā)光;再斷開開關(guān)S,小燈泡僅有不顯著延時熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)屢次重復,仍未見老師演示時出現(xiàn)小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出原因,你認為最有可能造成小燈泡未閃亮原因是()56/69A.電源內(nèi)阻較大B.小燈泡電阻偏大C.線圈電阻偏大D.線圈自感系數(shù)較大57/69【解析】選C。從實物連接圖中能夠看出,線圈L與小燈泡并聯(lián),斷開開關(guān)S時,小燈泡A中原來電流馬上消失,線圈L與小燈泡組成閉合回路,因為自感,線圈中電流逐步變小,使小燈泡中電流變?yōu)榉聪蚯遗c線圈中電流相同。小燈泡未閃亮說明斷開S前,流過線圈電流較小,原因可能是線圈電阻偏大,故選項C正確。58/69【規(guī)律總結(jié)】斷電自感現(xiàn)象中,燈泡是否“閃亮”問題判斷(1)與線圈串聯(lián)燈泡,電流逐步減小,燈泡逐步變暗,電流方向不變。(2)與線圈并聯(lián)燈泡,59/69①若斷電前線圈中電流大于燈泡中電流,斷電時,燈泡閃亮后逐步變暗。②若斷電前線圈中電流小于等于燈泡中電流,斷電時,燈泡逐步變暗。60/69【加固訓練】1.(多項選擇)如圖所表示,電路中A和B是兩個完全相同小燈泡,L是一個自感系數(shù)很大、直流電阻為零電感線圈,C是電容很大電容器。當S閉合與斷開時,對A、B發(fā)光情況判斷