第二節(jié)第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律自感法拉第電磁感應(yīng)定律自感課堂互動講練課堂互動講練經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練第第二二節(jié)節(jié)法法拉拉第第電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)定定律律 自自感感基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、法拉第電磁感應(yīng)定律一、法拉第電磁感應(yīng)定律1法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的過這一電路的磁通量的_成正比成正比變化率變化率2導(dǎo)體切割磁感線的情形導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)若若B、l、v相互垂直，則相互垂直，則E_.(2)EBlvsin，為運動方向與磁感線方向的夾角為運動方向與磁感線方向的夾角(3)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動：導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動：Blv二、自感和渦流二、自感和渦流1自感現(xiàn)象：當導(dǎo)體中電流發(fā)生變化時，導(dǎo)體自感現(xiàn)象：當導(dǎo)體中電流發(fā)生變化時，導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢總是本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢總是_導(dǎo)體中原來電流的導(dǎo)體中原來電流的_，這種由于導(dǎo)體本身電，這種由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象2自感電動勢自感電動勢阻礙阻礙變化變化大小大小圈數(shù)圈數(shù)亨利亨利(H)1031063.日光燈日光燈(1)啟動器相當于一個自動開關(guān)，當啟動器自動斷啟動器相當于一個自動開關(guān)，當啟動器自動斷開時，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生開時，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生_(如圖如圖1221)(2)鎮(zhèn)流器是一個鎮(zhèn)流器是一個_很大的線圈，其作用很大的線圈，其作用是：是：(1)日光燈啟動時，產(chǎn)生日光燈啟動時，產(chǎn)生_(2)日光燈正常發(fā)光時，可以日光燈正常發(fā)光時，可以_自感電動勢自感電動勢自感系數(shù)自感系數(shù)瞬時高壓瞬時高壓降壓限流降壓限流圖圖1221名師點撥名師點撥 ：自感作用延緩了電路中電流的自感作用延緩了電路中電流的變化，使得在通電瞬間含電感的電路相當于變化，使得在通電瞬間含電感的電路相當于斷路；斷電時電感線圈相當于一個電源，通斷路；斷電時電感線圈相當于一個電源，通過放電回路將儲存的能量釋放出來過放電回路將儲存的能量釋放出來課堂互動講練課堂互動講練1.關(guān)于電路中感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確關(guān)于電路中感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是的是()A穿過電路的磁通量越大，感應(yīng)電動勢就越大穿過電路的磁通量越大，感應(yīng)電動勢就越大B電路中磁通量的改變量越大，感應(yīng)電動勢就電路中磁通量的改變量越大，感應(yīng)電動勢就越大越大C電路中磁通量改變越快，感應(yīng)電動勢就越大電路中磁通量改變越快，感應(yīng)電動勢就越大D若電路中某時刻磁通量為零，則該時刻感應(yīng)若電路中某時刻磁通量為零，則該時刻感應(yīng)電流一定為零電流一定為零解析：解析：選選C.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢正比于磁通量的變化率，電動勢正比于磁通量的變化率，C選項中磁通選項中磁通量變化越快，則磁通量的變化率越大，故量變化越快，則磁通量的變化率越大，故C選選項正確，項正確，A、B選項錯誤某時刻的磁通量為選項錯誤某時刻的磁通量為零，但該時刻磁通量的變化率不一定為零，零，但該時刻磁通量的變化率不一定為零，所以感應(yīng)電流也就不一定為零，所以感應(yīng)電流也就不一定為零，D選項錯誤，選項錯誤，故選故選C.特別提醒：特別提醒：(1)對公式對公式EBlv，要在理解的基礎(chǔ)上，要在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù)如果應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù)如果B、l、v中任意中任意兩個量平行，則導(dǎo)體在磁場中運動時不切割磁感兩個量平行，則導(dǎo)體在磁場中運動時不切割磁感線，線，E0.(2)若導(dǎo)線是曲線，則若導(dǎo)線是曲線，則l應(yīng)是導(dǎo)線的有效長度，即當應(yīng)是導(dǎo)線的有效長度，即當導(dǎo)線垂直切割磁感線時，導(dǎo)線垂直切割磁感線時，l是兩端點的連線在垂直是兩端點的連線在垂直于于v方向上的投影長度方向上的投影長度(3)整個回路中感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段整個回路中感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零2(2009年高考山東理綜卷年高考山東理綜卷)如圖如圖1222所所示，一導(dǎo)線彎成半徑為示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回的半圓形閉合回路虛線路虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強度為右側(cè)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面回路以速度場，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑向右勻速進入磁場，直徑CD始終與始終與MN垂垂直從直從D點到達邊界開始到點到達邊界開始到C點進入磁場為止，點進入磁場為止，下列結(jié)論正確的是下列結(jié)論正確的是()圖圖1222三、對自感現(xiàn)象的進一步理解三、對自感現(xiàn)象的進一步理解1自感線圈的作用自感線圈的作用(1)使線圈中的電流漸變而不突變，即電流從一個使線圈中的電流漸變而不突變，即電流從一個值到另一個值總需要一定的時間值到另一個值總需要一定的時間(2)在阻礙電流增大的過程中本身儲存了磁場能，在阻礙電流增大的過程中本身儲存了磁場能，而在阻礙電流減小的過程中，又把儲存的磁場能而在阻礙電流減小的過程中，又把儲存的磁場能釋放出來釋放出來(3)當流過自感線圈的電流不變時，線圈僅起導(dǎo)線當流過自感線圈的電流不變時，線圈僅起導(dǎo)線(或電阻或電阻)的作用的作用2自感電動勢的方向自感電動勢的方向(1)如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢就要阻礙原來電流的增大，即感應(yīng)電流的方向與就要阻礙原來電流的增大，即感應(yīng)電流的方向與原電流方向相反原電流方向相反(2)如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢就要阻礙原來電流的減小，即感應(yīng)電流的方向與就要阻礙原來電流的減小，即感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同原電流的方向相同通電自感通電自感斷電自感斷電自感電路圖電路圖器材要求器材要求A1、A2同規(guī)格，同規(guī)格，RRL，L較大較大L很大很大(有鐵芯有鐵芯)，RLRA現(xiàn)象現(xiàn)象在在S閉合瞬間，閉合瞬間，A2燈燈立即亮起來，立即亮起來，A1燈逐燈逐漸變亮，最終一樣亮漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)在開關(guān)S斷開時，燈斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸突然閃亮一下后再漸漸熄滅漸熄滅3通電自感和斷電自感的對比通電自感和斷電自感的對比通電自感通電自感斷電自感斷電自感原因原因由于開關(guān)閉合時，由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流過電感線圈的電流迅速增大，使線流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，阻礙了電流的增大，使流過燈使流過燈A1的電流的電流比流過燈比流過燈A2的電流的電流增加得慢增加得慢S斷開時，線圈斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；使電流繼續(xù)存在一段時間；燈燈A中電流反向不會立即熄中電流反向不會立即熄滅若滅若RLIA，則則A燈熄滅前要閃亮一燈熄滅前要閃亮一下若下若RLRA，原來的電流，原來的電流ILIA，則燈，則燈A逐漸熄滅不再逐漸熄滅不再閃亮一下閃亮一下能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化情況化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能電能轉(zhuǎn)化為磁場能 磁場能轉(zhuǎn)化為電能磁場能轉(zhuǎn)化為電能特別提醒：特別提醒：(1)通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加且與電流方向相反，此時含線圈電流的增加且與電流方向相反，此時含線圈L的的支路相當于斷開支路相當于斷開 (2)斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當于電源，同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當于電源，它提供的電流從原來的它提供的電流從原來的IL逐漸變小但流過燈逐漸變小但流過燈A的的電流方向與原來相反電流方向與原來相反(3)自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向使過程停止，更不能使過程反向3如圖如圖1223所示，自感線圈的電阻比燈泡所示，自感線圈的電阻比燈泡的電阻的電阻R小得多，圖中方框為一直流電源，小得多，圖中方框為一直流電源，S一直一直合上時，燈泡正常發(fā)光；合上時，燈泡正常發(fā)光；S斷開的瞬間，經(jīng)過燈斷開的瞬間，經(jīng)過燈泡的電流方向為泡的電流方向為aRb，那么，那么()A直流電源的左邊為正極直流電源的左邊為正極B直流電源的右邊為正極直流電源的右邊為正極CS一直合上時，一直合上時，abDS斷開的瞬間，斷開的瞬間，ab圖圖1223解析：解析：選選BD.S斷開瞬間，由于加在線圈和燈泡兩端的電壓斷開瞬間，由于加在線圈和燈泡兩端的電壓立即消失，通過線圈的電流減小，如果線圈為一直導(dǎo)線時，立即消失，通過線圈的電流減小，如果線圈為一直導(dǎo)線時，電流會急劇減小至電流會急劇減小至0，燈泡也立即熄滅；但線圈在電流減小，燈泡也立即熄滅；但線圈在電流減小時，會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的急劇減小，延遲電流變時，會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的急劇減小，延遲電流變化的時間，線圈原有的電流方向不改變，且通過與之串聯(lián)的化的時間，線圈原有的電流方向不改變，且通過與之串聯(lián)的燈泡，使燈泡的亮度逐漸減弱由于線圈原有電流大于燈泡燈泡，使燈泡的亮度逐漸減弱由于線圈原有電流大于燈泡的電流，所以當?shù)碾娏?，所以當S斷開時斷開時 ，燈泡會先閃亮一下再逐漸熄，燈泡會先閃亮一下再逐漸熄滅這里線圈相當于燈泡的電源由以上分析可知，經(jīng)過燈滅這里線圈相當于燈泡的電源由以上分析可知，經(jīng)過燈泡的電流為泡的電流為aRb，則線圈中原有的電流方向為，則線圈中原有的電流方向為bLa，即電源與即電源與b點相接處為正極，點相接處為正極，B選項正確選項正確S閉合時，閉合時，ba；S斷開時，線圈相當于電源，則有斷開時，線圈相當于電源，則有ab，D選項正確選項正確經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究公式公式En/t的應(yīng)用的應(yīng)用 有一面積為有一面積為S100 cm2的金屬環(huán)如圖的金屬環(huán)如圖1224甲所示，電阻為甲所示，電阻為R0.1 ，環(huán)中磁場變化規(guī)，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖乙所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在律如圖乙所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在t1到到t2時間內(nèi)時間內(nèi)(1)環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？(2)通過金屬環(huán)的電荷量為多少？通過金屬環(huán)的電荷量為多少？圖圖1224【答案答案】(1)見解析見解析(2)0.01 C (滿分樣板滿分樣板12分分) (2011年福建莆田質(zhì)檢年福建莆田質(zhì)檢)如圖如圖1225所示，水平面上固定一個間距所示，水平面上固定一個間距L1 m的光滑平行金屬導(dǎo)軌，整個導(dǎo)軌處在豎直方向的光滑平行金屬導(dǎo)軌，整個導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強度的磁感應(yīng)強度B1 T的勻強磁場中，導(dǎo)軌一端接的勻強磁場中，導(dǎo)軌一端接阻值阻值R9 的電阻導(dǎo)軌上有質(zhì)量的電阻導(dǎo)軌上有質(zhì)量m1 kg、電、電阻阻r1 、長度也為、長度也為1 m的導(dǎo)體棒，在外力的作用的導(dǎo)體棒，在外力的作用下從下從t0開始沿平行導(dǎo)軌方向運動，其速度隨時開始沿平行導(dǎo)軌方向運動，其速度隨時間的變化規(guī)律是間的變化規(guī)律是 ，不計導(dǎo)軌電阻求：，不計導(dǎo)軌電阻求：公式公式EBlv的應(yīng)用的應(yīng)用(1)t4 s時導(dǎo)體棒受到的安培力的大??；時導(dǎo)體棒受到的安培力的大?。?2)請在坐標圖中畫出電流平方與時間的關(guān)系請在坐標圖中畫出電流平方與時間的關(guān)系(I2t)圖象，并通過該圖象計算出圖象，并通過該圖象計算出4 s時間內(nèi)電阻時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)上產(chǎn)生的熱量生的熱量圖圖1225作出圖象如圖作出圖象如圖1226所示所示(4分分)圖圖1226【答案答案】(1)0.4 N(2)2.88 J【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】求感應(yīng)電動勢時，首先應(yīng)弄清求感應(yīng)電動勢時，首先應(yīng)弄清產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的類型，然后選取適當規(guī)律產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的類型，然后選取適當規(guī)律如圖如圖1227所示，平行導(dǎo)軌間距為所示，平行導(dǎo)軌間距為d，左端跨接一個電阻，左端跨接一個電阻R，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌，方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面一根金屬棒與導(dǎo)軌成所在平面一根金屬棒與導(dǎo)軌成角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度電阻均不計當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在在金屬導(dǎo)軌上滑行時，通過電阻金屬導(dǎo)軌上滑行時，通過電阻R的電流是的電流是()圖圖1227 如圖如圖1228所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r00.10 /m，導(dǎo)軌的，導(dǎo)軌的端點端點P、Q用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l0.20 m有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強度感應(yīng)強度B與時間與時間t的關(guān)系為的關(guān)系為Bkt，比例系數(shù)，比例系數(shù)k0.020 T/s.一電阻不計的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過一電阻不計的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直在程中保持與導(dǎo)軌垂直在t0時刻，金屬桿緊靠在時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壎?，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在的另一端滑動，求在t6.0 s時金屬桿所受的安培力時金屬桿所受的安培力感生電動勢、動生電動勢同時存在的問題感生電動勢、動生電動勢同時存在的問題圖圖1228【思路點撥思路點撥】金屬桿運動產(chǎn)生動生電動勢，磁金屬桿運動產(chǎn)生動生電動勢，磁場變化產(chǎn)生感生電動勢，回路中的總電動勢大小場變化產(chǎn)生感生電動勢，回路中的總電動勢大小等于動生電動勢和感生電動勢之和等于動生電動勢和感生電動勢之和【答案答案】1.44103 N【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】解答本題的關(guān)鍵是要能分析出回路解答本題的關(guān)鍵是要能分析出回路中存在著兩個感應(yīng)電動勢中存在著兩個感應(yīng)電動勢由磁感應(yīng)強度的變化由磁感應(yīng)強度的變化引起的感生電動勢和由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的動引起的感生電動勢和由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的動生電動勢，并且要分析清楚這兩個電動勢在回路中生電動勢，并且要分析清楚這兩個電動勢在回路中極性間的關(guān)系，即是同向的還是反向的極性間的關(guān)系，即是同向的還是反向的 (2010年高考江蘇卷年高考江蘇卷)如圖如圖1229所示的所示的電路中，電源的電動勢為電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為r，電感，電感L的的電阻不計，電阻電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡的阻值大于燈泡D的阻值在的阻值在t0時刻閉合開關(guān)時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在，經(jīng)過一段時間后，在tt1時時刻斷開刻斷開S.下列表示下列表示A、B兩點間電壓兩點間電壓UAB隨時間隨時間t變變化的圖象中，正確的是化的圖象中，正確的是()自感問題分析自感問題分析圖圖1229圖圖12210【答案答案】B【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】(1)自感線圈中的電流增加時，自感線圈中的電流增加時，電流增加的越來越慢，電流減小時，減小的越電流增加的越來越慢，電流減小時，減小的越來越慢來越慢(2)斷電時，線圈中的電流方向不變斷電時，線圈中的電流方向不變