第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流,知識排查,法拉第電磁感應(yīng)定律,1.內(nèi)容：感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的_成正比。,磁通量的變化率,3.導(dǎo)體切割磁感線的情形,(1)導(dǎo)體棒的運動速度v和磁感應(yīng)強度B的方向平行時，E_。 (2)導(dǎo)體棒的運動速度v和磁感應(yīng)強度B的方向垂直時，E_。,0,Blv,1.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)電動勢叫做_ 。 (2)表達式：E _。 (3)自感系數(shù)L 相關(guān)因素：與線圈的_ 、形狀、 _以及是否有鐵芯有關(guān)。 單位：亨利(H)，1 mH_ H，1 H_ H。,自感和渦流,103,106,電流,自感電動勢,大小,匝數(shù),2.渦流,(1)定義：當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生_，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。 (2)應(yīng)用 渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用，如_。 渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用，如_。,感應(yīng)電流,真空冶煉爐,探雷器,1.電磁阻尼：當導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到_，安培力的方向總是_導(dǎo)體的相對運動。 2.電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生_使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來。 3.電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了_的推廣應(yīng)用。,電磁阻尼和電磁驅(qū)動,安培力,阻礙,感應(yīng)電流,楞次定律,小題速練,1.思考判斷 (1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大() (2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大() (3)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大() (4)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大() (5)磁場相對于導(dǎo)體棒運動時，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢() (6)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() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),2.人教版選修32P17T1改編將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是() A.感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān) B.穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大 C.穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大 D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 答案C,3.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是() A.防止渦流而設(shè)計的 B.利用渦流而設(shè)計的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動的作用 解析線圈通電后，在安培力作用下，發(fā)生轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，就是渦流。渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用，選項B、C正確。 答案BC,法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用,1.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解,2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況,【典例】輕質(zhì)細線吊著一質(zhì)量為m0.42 kg、邊長為L1 m、匝數(shù)n10的正方形線圈，其總電阻為r1 。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場，如圖1甲所示。磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示。(取g10 m/s2),圖1 (1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是順時針還是逆時針； (2)求線圈的電功率； (3)求在t4 s時輕質(zhì)細線的拉力大小。,解析(1)由楞次定律知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向。 (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得,F安F線mg 聯(lián)立解得F線1.2 N。 答案(1)逆時針(2)0.25 W(3)1.2 N,【拓展延伸】(1)在【典例】中磁感應(yīng)強度為多少時，細線的拉力剛好為0? (2)在【典例】中求在t6 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量？ 解析(1)細線的拉力剛好為0時滿足： F安mg，F(xiàn)安nBIL 聯(lián)立解得B0.84 T (2)由qIt得q0.56 C3 C。 答案(1)0.84 T(2)3 C,應(yīng)用電磁感應(yīng)定律需注意的三個問題,1.(2016北京理綜，16)如圖2所示，勻強磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)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(chǎn)生的感應(yīng)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(),圖2,A.EaEb41，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 B.EaEb41，感應(yīng)電流均沿順時針方向 C.EaEb21，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 D.EaEb21，感應(yīng)電流均沿順時針方向,答案B,2.人教版選修32P21T4改編如圖3所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則(),A.Q1Q2，q1q2 B.Q1Q2，q1q2 C.Q1Q2，q1q2 D.Q1Q2，q1q2,圖3,答案A,3.如圖4甲所示，一個圓形線圈的匝數(shù)n1 000，線圈面積S200 cm2，線圈的電阻r1 ，線圈外接一個阻值R4 的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，求：,圖4 (1)前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢的大小，以及通過R的電流方向； (2)前5 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢。,解析(1)前4 s內(nèi)磁通量的變化21S(B2B1)200104(0.40.2) Wb4103 Wb 由法拉第電磁感應(yīng)定律得,(2)前5 s內(nèi)磁通量的變化21S(B2B1)200104(0.20.2) Wb0。,答案(1)1 V電流方向自下而上(2)0,1.平動切割 (1)常用公式：若運動速度v和磁感線方向垂直，則感應(yīng)電動勢EBlv。 其中B、l、v三者兩兩垂直。 (2)有效長度：公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度 (3)相對性：EBlv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動時，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系。,切割磁感線運動的那部分導(dǎo)體相當于電路中的電源。常見的情景有以下兩種：,導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,2.轉(zhuǎn)動切割,圖5 (1)AB邊兩端的電勢差UAB； (2)在整個過程中通過導(dǎo)體截面的電荷量q； (3)拉力F的大小。,解析(1)線框在拉出過程中，CD邊切割磁感線，相當于電源，EBL0v，,(2)通過導(dǎo)體截面的電荷量為,(3)由于線框勻速運動，所以FF安，,1.(2018上海閔行區(qū)模擬)如圖6所示，在外力的作用下，導(dǎo)體桿OC可繞O軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向里，A、O間接有電阻R，桿和框架電阻不計，則所施外力的功率為(),圖6,答案C,2.(2017全國卷，20)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖7(a)所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t0時刻進入磁場。線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)。下列說法正確的是(),圖7,A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5 T B.導(dǎo)線框運動的速度的大小為0.5 m/s C.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外 D.在t0.4 s至t0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N,答案BC,圖8,答案B,1.自感現(xiàn)象的四大特點,(1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。 (2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。 (3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導(dǎo)體。 (4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(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。,互感和自感,2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題,【典例】在如圖9所示的電路中，線圈的自感系數(shù)很大，且其直流電阻可以忽略不計。D1和D2是兩個完全相同的小燈泡，在開關(guān)S閉合和斷開時(燈絲不會斷)，D1和D2的亮度的變化情況是(),A.S閉合，D1很亮且亮度不變，D2逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；S斷開，D2立即滅，D1逐漸變亮 B.S閉合，D1不亮，D2很亮；S斷開，D2立即滅 C.S閉合，D1和D2同時亮，而后D1滅，D2亮度不變；S斷開，D2立即滅，D1亮一下才滅 D.S閉合，D1和D2同時亮，后D1逐漸熄滅，D2則逐漸變得更亮；S斷開，D2立即滅，D1亮一下后才逐漸熄滅,圖9,解析當S接通時，L的自感系數(shù)很大，瞬時L所在的電路視為斷路，相當于D1與D2串聯(lián)，故D1和D2同時亮且亮度相同。隨著通過L的電流逐漸增大，L的分流作用增大，因L的直流電阻不計，D1的電流逐漸減小為零。由于總電阻變小，總電流變大，D2變得更亮。當S斷開時，原電源不再提供電流，D2處于斷路而立即滅。L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流減小，且與D1構(gòu)成回路，則D1將亮一下后再逐漸熄滅。故選項D正確。 答案D,1.如圖10所示是研究自感實驗的實物電路，L1、L2是兩個規(guī)格相同的小燈泡，L為自感線圈，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使兩個燈泡的亮度相同，然后斷開開關(guān)S，則(),圖10,A.閉合開關(guān)S，L1、L2都逐漸變亮 B.閉合開關(guān)S，L2立刻變亮，L1逐漸變亮 C.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，L仍有自感電動勢 D.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，斷開S，L沒有自感電動勢 解析L1與線圈相連，閉合開關(guān)后線圈發(fā)生自感，L1逐漸變亮，L2與滑動變阻器相連，閉合開關(guān)后，L2立刻變亮，選項A錯誤，B正確；自感現(xiàn)象在開關(guān)閉合和斷開的時候發(fā)生，電路穩(wěn)定后，線圈沒有自感電動勢，選項C、D錯誤。 答案B,2.如圖11所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感線圈L的直流電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值。在t0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在tt1時刻斷開S。下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是(),圖11,答案B,1.渦流,渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動,2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較,1.(多選)如圖12所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少。以下說法正確的是(),圖12,A.電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快 B.電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快 C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小 D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大,答案AD,2.如圖13所示，蹄形磁鐵的兩極間，放置一個線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO轉(zhuǎn)動，磁鐵按如圖示方向轉(zhuǎn)動時，線圈的運動情況是(),圖13 A.俯視，線圈順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 B.俯視，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速 D.線圈靜止不動,解析本題“原因”是磁鐵有相對線圈的運動，“效果”便是線圈要阻礙兩者的相對運動，但線圈阻止不了磁鐵的運動，線圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，如果二者轉(zhuǎn)速相同，就沒有相對運動，線圈就不會轉(zhuǎn)動，故選項C正確。 答案C,