《（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第22講 法拉第電磁感應定律 自感和渦流課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第22講 法拉第電磁感應定律 自感和渦流課件.ppt（47頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第22講法拉第電磁感應定律自感和渦流,一 法拉第電磁感應定律,二 自感和渦流,三 電磁阻尼和電磁驅動,教材研讀,突破一 法拉第電磁感應定律的應用,突破二 導體棒切割磁感線產生感應電動勢的計算,突破三 自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象,重難突破,一、法拉第電磁感應定律,教材研讀,二、自感和渦流,1.自感現(xiàn)象 (1)概念:由于線圈本身的電流變化而產生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。由于自感而產生的感應電動勢叫做自感電動勢。 (2)自感電動勢方向:當線圈中電流增大時,自感電動勢與原電流方向相反;當線圈中電流減小時,自感電動勢與原電流方向相同。 (3)自感電動勢作用:阻礙線圈中原電流的變化。 (4)自感系數(shù)L,A.相關因素

2、:與線圈的形狀、大小、圈數(shù),以及是否有鐵芯有關。 B.單位:亨利(H),1 H=103mH,1 mH=103H。 2.渦流 當線圈中電流發(fā)生變化時,在它附近的任何導體中都會產生 感應電流,這種電流看起來像水中的旋渦,所以叫渦流。它是整塊導體發(fā)生的電磁感應現(xiàn)象。,三、電磁阻尼和電磁驅動,1.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, 安培力的方向總是阻礙導體的運動。 2.電磁驅動:如果磁場相對于導體轉動,在導體中會產生感應電流, 使導體受到安培力的作用,安培力使導體運動起來。 3.電磁阻尼和電磁驅動的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應用。,1.判斷下列說法的正誤: (1)線圈中磁通量

3、變化越大,產生的感應電動勢越大。() (2)線圈中的電流越大,自感系數(shù)也越大。() (3)磁場相對于導體棒運動時,導體棒中也可能產生感應電動勢。() (4)對于同一線圈,當電流變化越快時,線圈中的自感電動勢越大。() (5)自感電動勢阻礙電流的變化,但不能阻止電流的變化。(),2.(多選)穿過一個電阻為1 的單匝閉合線圈的磁通量始終是每秒鐘均勻地減少4 Wb,則(BD) A.線圈中感應電動勢一定是每秒減少4 V B.線圈中感應電動勢一定是4 V C.線圈中感應電流一定是每秒減少4 A D.線圈中感應電流一定是4 A,3.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框做骨架,把線圈圍繞在鋁框上,這樣做是(B

4、C) A.防止渦流而設計的 B.利用渦流而設計的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅動的作用,突破一法拉第電磁感應定律的應用,重難突破,1.磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的比較,4.求解感應電動勢常見情況與方法,典例1(2016浙江理綜,16,6分)如圖所示,a、b兩個閉合正方形線圈用同樣的導線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長la=3lb,圖示區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場,且磁感應強度隨時間均勻增大,不考慮線圈之間的相互影響,則(B) A.兩線圈內產生順時針方向的感應電流 B.a、b線圈中感應電動勢之比為91 C.a、b線圈中感應電流之比為34 D.a、b線圈中電功率之比為31,解析磁場均

5、勻增大,穿過兩線圈的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知兩線圈內會產生逆時針方向的感應電流,選項A錯誤;由法拉第電磁感應定律E=n=nl2,得==,選項B正確;由電阻定律R=,得==, 由閉合電路歐姆定律可得I=,即==,選項C錯誤;由P=得 ==,選項D錯誤。,方法規(guī)律 應用法拉第電磁感應定律應注意的三個問題 (1)公式E=n求解的是一個回路中某段時間內的平均電動勢,在磁通 量均勻變化時,瞬時值才等于平均值。 (2)利用公式E=nS求感應電動勢時,S為線圈在磁場范圍內的有效面積。 (3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關,與時間長短無關。推導如下:q=t=t=。,1-1如圖所示,勻強磁場

6、中有兩個導體圓環(huán)a、b,磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為21,圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為Ea和Eb。不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(B) A.EaEb=41,感應電流均沿逆時針方向 B.EaEb=41,感應電流均沿順時針方向 C.EaEb=21,感應電流均沿逆時針方向 D.EaEb=21,感應電流均沿順時針方向,解析由題意可知=k,導體圓環(huán)中產生的感應電動勢E==S= r2,因rarb=21,故EaEb=41;由楞次定律知感應電流的方向均 沿順時針方向,選項B正確。,1-2(多選)如圖甲所示,abcd是匝數(shù)為100匝、邊長為10 cm、總電

7、阻為 0.1 的正方形閉合導線圈,放在與線圈平面垂直的圖示勻強磁場中,磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖乙所示,則以下說法正確的是 ( ACD) A.導線圈中產生的是交變電流 B.在t=2.5 s時導線圈產生的感應 電動勢為1 V C.在02 s內通過導線橫截面的電荷量為20 C D.在t=1 s時,導線圈內電流的瞬時功率為10 W,解析在02 s內,磁感應強度變化率為=1 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應 定律,產生的感應電動勢E1=nS=1000.121 V=1 V;在23 s內,磁感應 強度變化率為=2 T/s,根據(jù)法拉第電磁感應定律,產生的感應電動勢 E2=nS=1000.122 V=2 V

8、。導線圈中產生的感應電流為交變電流, 選項A正確;在t=2.5 s時,產生的感應電動勢為E2=2 V,選項B錯誤;在02 s內,感應電流I==10 A,通過導體橫截面的電荷量q=It1=20 C,選項C正 確;在t=1 s時,導線圈內感應電流的瞬時功率P=E1I=110 W=10 W,選項D正確。,突破二導體棒切割磁感線產生感應電動勢的計算,1.公式E=Blv的使用條件 (1)勻強磁場。 (2)B、l、v三者相互垂直。 2.E=Blv的“四性” (1)正交性:本公式是在一定條件下得出的,除磁場為勻強磁場外,還需B、l、v三者互相垂直。,(2)瞬時性:若v為瞬時速度,則E為相應的瞬時感應電動勢。

9、 (3)有效性:公式中的l為導體切割磁感線的有效長度。 如圖中,導體的有效長度為a、b間的距離。,(4)相對性:E=Blv中的速度v是導體相對磁場的速度,若磁場也在運動,應注意速度間的相對關系。,3.導體轉動切割磁感線 當導體在垂直于磁場的平面內,繞一端以角速度勻速轉動時,產生的感應電動勢為E=Bl=Bl2,如圖所示。,4.公式E=n與E=Blv的區(qū)別與聯(lián)系,典例2如圖所示,兩根足夠長的平行光滑金屬導軌MN、PQ放在水平面上,左端向上彎曲,導軌間距為L,電阻不計,水平段導軌所處空間存在方向豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小為B。導體棒的質量分別為ma=m,mb=2m,電阻值分別為Ra=R,Rb

10、=2R。b棒靜止放置在水平導軌上足夠遠處,與導軌接觸良好且與導軌垂直;a棒在弧形導軌上距水平面h高度處由靜止釋放,運動過程中導體棒與導軌接觸良好且始終與導軌垂直,重力加速度為g,則( ),解析設a棒剛進入磁場時的速度為v,從開始下落到進入磁場,根據(jù)機械能守恒定律有mgh=mv2,a棒切割磁感線產生感應電動勢E=BLv,根據(jù) 閉合電路歐姆定律有I=,聯(lián)立解得I=,故A錯誤。b棒受到 的安培力F=BIL=,方向水平向右,B正確。設兩棒最后穩(wěn)定時 的速度為v,從a棒進入磁場到兩棒速度達到穩(wěn)定,兩棒組成的系統(tǒng)外力之和為零,根據(jù)動量守恒定律有mv=3mv,解得v==,C正確。從a棒,進入磁場到兩棒共速的

11、過程,安培力做功把機械能轉化為電能,設a棒產生的內能為Ea,b棒產生的內能為Eb,根據(jù)能量守恒定律有mv2=3mv2+ Ea+Eb,兩棒串聯(lián),內能與電阻成正比,即Eb=2Ea,解得Ea=mgh,故D正確。,規(guī)律總結 求解感應電動勢常見情況與方法,2-1(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中。圓盤旋轉時,關于 流過電阻R的電流,下列說法正確的是(AB) A.若圓盤轉動的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時針轉動,則電流沿a到b的方向流動 C.若圓盤轉動方向不變,角速度大小發(fā)生

12、變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍,解析設圓盤的半徑為L,可認為圓盤由無數(shù)根輻條構成,則每根輻條切割磁感線產生的感應電動勢E=BL2,整個回路中的電源為無數(shù)個電動 勢為E的電源并聯(lián)而成,電源總內阻為零,故回路中電流I==,由此 可見A正確。R上的熱功率P=I2R=,由此可見,變?yōu)樵瓉淼?倍時, P變?yōu)樵瓉淼?倍,故D錯。由右手定則可判知B正確。電流方向與導體切割磁感線的方向有關,而與切割的速度大小無關,故C錯。,2-2(多選)半徑為a且右端開小口的導體圓環(huán)和長為2a的導體直桿,單位長度電阻均為R0。圓環(huán)水平固定放置,整個內部

13、區(qū)域分布著豎直向下的勻強磁場,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,桿始終有兩點與圓環(huán)良好接觸,從圓環(huán)中心O開始,桿的位置由確定,如圖所示。則(AD),A.=0時,桿產生的電動勢為2Bav B.= 時,桿產生的電動勢為Bav,C.=0時,桿受的安培力大小為 D.= 時,桿受的安培力大小為,解析=0時,感應電動勢E1=BLv=2Bav,故A項正確。=時,E2=B2a cosv=Bav,故B項錯誤。由L=2a cos ,E=BLv,I=,R=R02a cos +(+2 )a,得在=0時,F==,故C項錯誤。=時F=,故D 項正確。,2-3如圖所示,兩平行導軌間距L=0

14、.1 m,足夠長的光滑的傾斜部分和粗糙的水平部分圓滑連接,傾斜部分與水平面的夾角=30,垂直斜面方向向上的勻強磁場的磁感應強度B=0.5 T,水平部分沒有磁場。金屬棒ab的質量m=0.005 kg,電阻r=0.02 ,運動中與導軌接觸良好,并且始終垂直于導軌,電阻R=0.08 ,其余電阻不計,金屬棒從斜面上離水平面高h=1.0 m以上任何地方由靜止釋放,在水平面上滑行的最大距離x都是1.25 m,g=10 m/s2。求: (1)棒在斜面上的最大速度的大小; (2)棒與水平面間的動摩擦因數(shù); (3)從高度h=1.0 m處滑下后電阻R上產生的熱量。,突破三自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象,1.通電自感和斷電自感

15、的比較,2.渦流現(xiàn)象 (1)渦流:塊狀金屬放在變化磁場中,或者讓它在磁場中運動時,金屬塊內產生的旋渦狀感應電流。 (2)產生原因:金屬塊內磁通量變化感應電動勢感應電流。 (3)渦流的利用:冶煉金屬的高頻感應爐利用強大的渦流產生焦耳熱使金屬熔化;家用電磁爐也是利用渦流原理制成的。 (4)渦流的減少:各種電機和變壓器中,用涂有絕緣漆的硅鋼片疊加成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯,以減少渦流。,典例3(多選)如圖所示,L是一個自感系數(shù)較大的線圈(直流電阻可忽略不計),a、b是兩個完全相同的燈泡,則下列說法中正確的是(AD) A.開關S閉合后,a燈立即亮,然后逐漸熄滅 B.開關S閉合后,b燈立即亮,然后逐漸熄滅

16、 C.電路接通穩(wěn)定后,兩個燈泡亮度相同 D.電路接通穩(wěn)定后,開關S斷開時,a燈閃亮一下后逐漸熄滅,解析閉合開關的瞬間,經過線圈的電流增大,線圈會阻礙電流的增大,此時線圈等效為無窮大的電阻視為斷路,則燈泡a和b串聯(lián),兩燈立即變亮,穩(wěn)定后,理想線圈將與之并聯(lián)的電路短路,即a燈熄滅,b燈更亮,故A正確,B、C錯誤。開關斷開時,線圈會阻礙電流的減小,此時線圈等效為新電源,對構成閉合回路的a燈供電,故a燈先閃亮一下后逐漸熄滅,b燈立即熄滅,則D正確。,3-1(多選)如圖,A、B是相同的白熾燈,L是自感系數(shù)很大、電阻可忽略的自感線圈。下面說法正確的是(BD) A.閉合開關S時,A、B燈同時亮,且達到正常

17、B.閉合開關S時,B燈比A燈先亮,最后一樣亮 C.閉合開關S時,A燈比B燈先亮,最后一樣亮 D.斷開開關S時,A燈與B燈同時慢慢熄滅,解析由于自感的作用,閉合開關S時,B燈比A燈先亮,最后一樣亮,選項A、C錯誤,B正確;斷開開關S時,L中產生自感電動勢,A燈與B燈同時慢慢熄滅,選項D正確。,典例4(多選)關于渦流,下列說法中正確是(ABC) A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置 B.家用電磁爐是利用渦流來加熱食物的 C.阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動 D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能增大渦流,解析真空冶煉爐是用渦流來熔化金屬對其進行冶煉的,故A正確;電磁爐利用高頻電流在電磁爐內部線圈中產生磁場,當含鐵質鍋具放置爐面時,鐵磁性鍋體被磁化,鍋具即切割交變磁感線而在鍋具底部產生交變的渦流,故B正確;阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動,故C正確;在整塊導體內部發(fā)生電磁感應而產生感應電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象,要損耗能量,不用整塊的硅鋼鐵芯,其目的是減小渦流,故D錯誤。,解析金屬球在運動過程中,穿過金屬球的磁通量不斷變化,在金屬球內形成閉合回路,產生渦流,金屬球受到的安培力做負功,金屬球產生的熱量不斷地增加,機械能不斷地減少,直至金屬球停在半圓軌道的最低點,C正確,A、B錯誤;根據(jù)能量守恒定律得系統(tǒng)產生的總熱量為mgR,D正確。,