第九章第二講法拉第電磁感應(yīng)定律自感與渦流

1、一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1定義：在 現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電動(dòng) 勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，其電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻,2產(chǎn)生條件：無論電路是否閉合，只要穿過電路的 發(fā)生變化，電路中就一定產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電磁感應(yīng),磁,通量,3感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系 (1)在等效電源內(nèi)部電流由 極流向 極 (2)遵守 定律，即I .,負(fù),正,閉合電路歐姆,二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一 電路的 成正比 (2)公式： .,磁通量的變化率,2導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)運(yùn)動(dòng)方向和磁感線不垂直 E ； 為導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向跟 方向的夾角 (2)運(yùn)動(dòng)方向和磁感

2、線方向垂直：E . (3)導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)切割：E Bl2.,Blvsin,磁感線,Blv,三、自感與渦流 1自感現(xiàn)象：由于通過導(dǎo)體自身的 而產(chǎn)生 的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 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 、形狀、 ，以及是否有鐵芯等因素有關(guān) 單位：亨利(H)，1 mH H,1 H H.,電流發(fā)生變化,自感現(xiàn)象,大小,圈數(shù),103,106,(4)自感現(xiàn)象中自感線圈的作用 通電自感：通電時(shí)電流增大，阻礙電流增大，自感電動(dòng)勢(shì)和原來電流方向相反 斷電自感：斷電時(shí)電流減小，阻礙電流減小，自感電動(dòng)勢(shì)與原來電流方向相同 自感線圈的特點(diǎn)可以總

3、結(jié)為這樣幾句話：閉合時(shí)，像電阻；穩(wěn)定時(shí)，像導(dǎo)線；斷開時(shí)，像電源,3渦流 (1)概念：發(fā)生電磁感應(yīng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中的旋渦 樣的 (2)產(chǎn)生原因：變化的電流產(chǎn)生 ，激發(fā)出 ，形成感應(yīng)電流,感應(yīng)電流,變化的磁場(chǎng),感生,電場(chǎng),(3)應(yīng)用 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)體的運(yùn)動(dòng) 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,安培力,阻礙,感應(yīng)電流,1.下列說法正確的是 () A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 一定越大 B線圈中的磁通量越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一 定越大 C線圈處在磁場(chǎng)越

4、強(qiáng)的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)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(yīng)電動(dòng) 勢(shì)越大,答案：D,2.穿過閉合回路的磁通量隨時(shí)間t變化的圖象分別如圖9 21所示，下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的論述，正確的是 (),A圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變 B圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大 C圖中，回路在0t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于 在t1t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大,答案：D,3關(guān)于線圈的自感系數(shù)，下面說法正確的是 () A線圈的自感系數(shù)越大，自感電動(dòng)勢(shì)就一定越大 B線圈中電流等于零時(shí)，自感系數(shù)也等于零 C線圈中電流變化越快，自感系數(shù)

5、越大 D線圈的自感系數(shù)由線圈本身的因素及有無鐵芯決定,解析：自感系數(shù)是由線圈自身的匝數(shù)、大小、形狀、有無鐵芯等因素決定的，故B、C錯(cuò)，D對(duì)；電動(dòng)勢(shì)不僅由自感系數(shù)決定，還與電流變化快慢有關(guān)，故A錯(cuò),答案：D,4如圖922所示，在x0的區(qū)域 內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂 直于xy平面(紙面)向里具有一 定電阻的矩形線框abcd位于xy平 面內(nèi)，線框的ab邊與y軸重合 令線框從t0的時(shí)刻起由靜止開 始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流 (取逆時(shí)針方向的電流為正)隨時(shí)間t的變化圖線It圖可能是圖923中的 (),解析：線框勻加速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd邊切割磁感線，由右手定則知電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，方向

6、為負(fù)；由EBlv知，v均勻增加，電流成線性增大，故C項(xiàng)正確,答案：C,5如圖924所示，電路中A、B 是完全相同的燈泡，L是一帶鐵 芯的線圈開關(guān)S原來閉合，則 開關(guān)S斷開的瞬間 () AL中的電流方向改變，燈泡 B立即熄滅 BL中的電流方向不變，燈泡A比B熄滅慢 CL中的電流方向改變，燈泡A比B熄滅慢 DL中的電流方向不變，燈泡B要過一會(huì)兒才熄滅,解析：當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，L與燈泡A組成回路，由于自感，L中的電流由原來數(shù)值逐漸減小，電流方向不變，A燈熄滅要慢；B燈電流瞬間消失，立即熄滅，正確的選項(xiàng)為B.,答案：B,典例啟迪 例1如圖925(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2

7、R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(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,思路點(diǎn)撥解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三個(gè)方面： (1)磁場(chǎng)的面積為r22. (2)圓形線圈有阻值 (3)B均勻減小，線圈中的電流為定值,歸納領(lǐng)悟,(2)對(duì)公式的理解,題組突破 1如圖926所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位 于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個(gè)圓 心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有 勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)

8、磁感應(yīng)強(qiáng)度的 大小相等，方向相反且均與紙面垂 直導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，M端通過滑動(dòng)觸點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，t0時(shí)恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng),電阻R的電流方向?yàn)檎瑘A環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計(jì)，則桿從t0開始轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，電流隨t變化的圖象是圖927中的 (),答案：C,2一線圈匝數(shù)為10匝，兩接線端連一C100 F的電容器， 組成如圖928甲所示的回路，回路所圍面積S0.1 m2，取穿過線圈垂直向里的方向?yàn)榇艌?chǎng)的正方向，穿過 回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化如圖乙所示則關(guān)于 電容器兩極板上的電荷量大小及M、N兩極板帶電的正負(fù)，下列說法中正確

9、的是 (),A帶電荷量1.2103 C，M極板帶正電 B帶電荷量1.2103 C，N極板帶正電 C帶電荷量1.2104 C，M極板帶正電 D帶電荷量1.2104 C，N極板帶正電,答案：A,典例啟迪 例2在范圍足夠大，方向豎直向下的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中，B0.2 T，有一水平放置的光 滑框架，寬度為L(zhǎng)0.4 m，如圖929 所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻 為1 的金屬桿cd，框架電阻不計(jì)若桿 cd以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開始做勻變速運(yùn)動(dòng)，求：,(1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？ (2)第5 s末回路中的電流多大？ (3)第5 s末作用在桿cd上的水平外力多大？,(3)桿cd

10、勻加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：FF安ma 即FBILma0.164 N.,答案(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N,歸納領(lǐng)悟,題組突破 3如圖9210所示，在豎直向下 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一水平放置的 金屬棒ab以水平速度v0拋出設(shè) 在整個(gè)過程中，棒的取向不變且 不計(jì)空氣阻力，則在金屬棒運(yùn)動(dòng) 過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小變化情況是 () A越來越大B越來越小 C保持不變 D無法判斷,解析：金屬棒水平拋出后，在垂直于磁場(chǎng)方向的速度不變，由EBLv可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不變C項(xiàng)正確,答案：C,4(2010全國(guó)卷)某地的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方 向向下，大小為4.5105 T一靈敏電壓表連

11、接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00 m，該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過設(shè)落潮時(shí)，海水自西向東流，流速為2 m/s.下列說法正確的是 () A河北岸的電勢(shì)較高 B河南岸的電勢(shì)較高 C電壓表記錄的電壓為10mV D電壓表記錄的電壓為5 mV,解析：由右手定則知，感應(yīng)電流方向由南指向北，所以河北岸電勢(shì)高，A正確，由EBLv得E9103 V，C錯(cuò),答案：A,5(2010山東高考)如圖9211所 示，空間存在兩個(gè)磁場(chǎng)，磁感應(yīng) 強(qiáng)度大小均為B，方向相反且垂 直紙面，MN、PQ為其邊界，OO 為其對(duì)稱軸一導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)為 l的正方形閉合回路abcd，回路在 紙面內(nèi)以恒定速度v0向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到關(guān)于

12、OO對(duì)稱的位置時(shí)下列判斷錯(cuò)誤的是 (),A穿過回路的磁通量為零 B回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2Blv0 C回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向 D回路中ab邊與cd邊所受安培力方向相同,解析：本題考查磁通量、法拉第電磁感應(yīng)定律、右手定則、安培力、左手定則等電磁學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，意在考查考生理解和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；當(dāng)回路運(yùn)動(dòng)到關(guān)于OO對(duì)稱的位置時(shí)，穿過回路的兩個(gè)相反方向的磁場(chǎng)面積相等，且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，穿過回路的磁通量為零，選項(xiàng)A正確；ab、cd兩個(gè)邊均切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可判斷出，兩個(gè)邊產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向均為逆時(shí)針方向，所以回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2Blv0，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

13、根據(jù)左手定則可判斷出回路中ab、cd兩個(gè)邊所受安培力的方向相同，選項(xiàng)D正確,答案：C,典例啟迪 例3在如圖9212所示的電路中， a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡，L為自感 線圈，E為電源，S為開關(guān)關(guān)于兩燈 泡點(diǎn)亮和熄滅的先后次序，下列說法 正確的是 (),A合上開關(guān)，a先亮，b后亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí) 熄滅 B合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a先熄滅， b后熄滅 C合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a、b同時(shí) 熄滅 D合上開關(guān)，a、b同時(shí)亮；斷開開關(guān)，b先熄滅，a 后熄滅,思路點(diǎn)撥通電時(shí)，線圈相當(dāng)于較大電阻逐漸減小的過程，斷電時(shí)，線圈中的電流逐漸減小為零,解析合上開關(guān)，b燈先亮，由于L的自

14、感作用，a燈逐漸變亮；斷開開關(guān)，線圈L和燈b、a組成串聯(lián)回路，a、b一起變暗直至熄滅故選C.,答案C,歸納領(lǐng)悟 (1)線圈總是阻礙電流變化電流增大時(shí)，它阻礙電流 的增大，相當(dāng)于電阻；電流減小時(shí)，它阻礙電流的減小，相當(dāng)于電源 (2)斷電時(shí)，與線圈組成的閉合電路中，電流的大小和 方向與線圈中原來電流相同,題組突破 6(2011銀川模擬)在圖9213所示的電路中，兩個(gè)靈 敏電流表G1和G2的零點(diǎn)都在刻度盤中央，當(dāng)電流從 “”接線柱流入時(shí)，指針向右擺；電流從“”接線柱流入時(shí)，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(shí)際情況的是 (),AG1表指針向左擺，G2表指針向右擺 BG1表指針向右擺，

15、G2表指針向左擺 CG1、G2表的指針都向左擺 DG1、G2表的指針都向右擺,答案： B,解析：電路接通后線圈中電流方向向右，當(dāng)電路斷開時(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,7如圖9214所示是測(cè)定自感 系數(shù)很大的線圈L的直流電阻 的電路，L兩端并聯(lián)一只電壓 表，用來測(cè)自感線圈的直流電 壓，在測(cè)量完畢后，將電路解 體時(shí)應(yīng)先 () A斷開S1 B斷開S2 C拆除電流表 D拆除電阻R,解析：當(dāng)S1、S2均閉合時(shí)，電壓表與線圈L并聯(lián)；當(dāng)S2閉合而S1斷開時(shí)，電壓表與線圈L串聯(lián)，所以在干路斷開前后自感線圈L中電流方向相同而電壓表中電流方向相反只要不斷開S2，線圈L與電壓表就會(huì)組成回路，在斷開干路時(shí)，L中產(chǎn)生