(對應學生用書P168)一、法拉第電磁感應定律()1感應電動勢(1)感應電動勢：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源導體的電阻相當于電源內(nèi)阻問題探究1導體切割磁感線和閉合電路的磁場發(fā)生變化都能產(chǎn)生感應電動勢，但作為電源的電路部分一樣嗎？提示不一樣導體切割磁感線時是切割磁感線的那部分為電源，其余的均為外電路；而閉合電路中的磁場發(fā)生變化引起的電動勢是把整個閉合電路都作為電源二、自感，渦流()1互感現(xiàn)象兩個線圈之間并沒有導線相連，但當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象互感現(xiàn)象可以把能量由一個線圈傳遞到另一個線圈，變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的2自感現(xiàn)象當一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應電動勢，同樣也在它本身激發(fā)出感應電動勢的現(xiàn)象 (3)自感系數(shù)L 相關因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關 單位：亨利(H,1 mH103 H,1 H106 H)4渦流塊狀金屬放在變化的磁場中或在磁場中運動時，金屬內(nèi)部將產(chǎn)生感應電流，這種電流在金屬塊內(nèi)部像水的旋渦所以叫渦流(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(qū)動：如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產(chǎn)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(對應學生用書P168)要點一對法拉第電磁感應定律的理解 (2011廣東)將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是()A感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關B穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大C穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大D感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同答案C要點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算1.導體平動切割磁感線對于導體平動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算式EBlv，應從以下幾個方面理解和掌握 (1)正交性本公式是在一定條件下得出的，除了磁場是勻強磁場外，還需B、l、v三者相互垂直實際問題中當它們不相互垂直時，應取垂直的分量進行計算，公式可為EBlvsin，為B與v方向間的夾角 (2)瞬時性若v為瞬時速度，則E為相應的瞬時感應電動勢(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，應注意速度間的相對關系 (5)有效性公式中的l為有效切割長度，即導體與v垂直的方向上的投影長度下圖中有效長度分別為：2導體轉動切割磁感線在利用上述公式計算電動勢時，要特別注意：先判定屬于哪種情況，是否符合公式的使用條件如圖所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線MN右側有磁感應強度為B的勻強磁場，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CD始終與MN垂直從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列結論正確的是()A感應電流方向不變BCD段直導線始終不受安培力C感應電動勢最大值EmBav答案ACD要點三通電自感和斷電自感的比較 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)現(xiàn)象現(xiàn)象在在S閉合瞬間，燈閉合瞬間，燈A2立即立即亮起來，燈亮起來，燈A1逐漸變亮，逐漸變亮，最終一樣亮最終一樣亮在開關在開關S斷開時，燈斷開時，燈A漸漸熄滅或漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅閃亮一下再熄滅原因原因由于開關閉合時，流過電感線由于開關閉合時，流過電感線圈的電流增大，使線圈產(chǎn)生自圈的電流增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，感電動勢，阻礙了電流的增大，使流過燈使流過燈A1的電流比流過燈的電流比流過燈A2的電流增加得慢的電流增加得慢S斷開時，線圈斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；燈存在一段時間；燈A中電流反向不中電流反向不會立即熄滅若會立即熄滅若RLIA，則，則A燈熄滅前要閃亮一下；燈熄滅前要閃亮一下；若若RLRA，原來的電流，原來的電流ILIA，則，則燈燈A逐漸熄滅不再閃亮一下逐漸熄滅不再閃亮一下能量轉能量轉化情況化情況電能轉化為磁場能電能轉化為磁場能磁場能轉化為電能磁場能轉化為電能 (1)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L的支路相當于斷開(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IL逐漸變小但流過燈A的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，但它不能使過程停止，更不能使過程反向在右圖所示的電路中，帶鐵芯的、電阻較小的線圈L與燈A并聯(lián)，合上電鍵S，燈A正常發(fā)光，則下列說法正確的是()A當斷開S時，燈A立即熄滅B當斷開S時，燈A突然閃亮后熄滅C若用電阻值與線圈L相同的電阻取代L接入電路，當斷開S時，燈A立即熄滅D若用電阻值與線圈L相同的電阻取代L接入電路，當斷開S時，燈A突然閃亮后熄滅解析當S斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，和A形成回路，又線圈L電阻較小，故A突然閃亮后熄滅若用電阻代替線圈L，則無自感現(xiàn)象，斷開S時，燈A立即熄滅選項B、C正確答案BC(對應學生用書P169)題型一感應電動勢的兩種求法 例1在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強磁場中，B0.2 T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L0.4 m，如右圖所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻為1 的金屬桿cd，框架電阻不計若桿cd以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開始做勻變速運動，求：(1)在5 s內(nèi)平均感應電動勢是多少？(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？思路誘導解答本題時應把握以下兩點：(1)分清求解感應電動勢時用速度的平均值還是瞬時值(2)求解第(3)問時合理應用牛頓第二定律(3)桿cd勻加速運動，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(1)在計算感應電動勢時，要審清題意，看清題目要求的是平均感應電動勢還是瞬時感應電動勢，并正確地選用公式(2)在電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源，其電阻為內(nèi)電阻，外電路則由電阻、電容等電學元件組成如圖所示，邊長為a的正方形閉合線框ABCD在勻強磁場中繞AB邊勻速轉動，磁感應強度為B，初始時刻線框所在平面與磁感線垂直，經(jīng)過t時間后轉過120角，求：(1)線框內(nèi)感應電動勢在t時間內(nèi)的平均值；(2)轉過120角時感應電動勢的瞬時值題型二電荷量計算的問題 例2如右圖所示，導線全部為裸導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強磁場，磁感應強度為B，一根長度大于2r的導線MN以速率v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端電路的固定電阻為R，其余電阻不計，求MN從圓環(huán)的左端滑到右端的過程中電阻R上的電流的平均值和通過電阻R的電荷量如圖甲所示，一個電阻為R，面積為S的矩形導線框abcd，水平放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45角，o、o分別是ab邊和cd邊的中點現(xiàn)將線框右半邊obco繞oo逆時針旋轉90到圖乙所示位置在這一過程中，導線中通過的電荷量是()答案A題型三電磁感應現(xiàn)象中的電路問題(1)解決電磁感應現(xiàn)象中電路問題的基本方法確定電源：先判斷產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的是哪一部分導體，則該部分導體可視為等效電源分析電路結構，畫出等效電路圖運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解(2)電路問題常見的一些分析誤區(qū)不能正確分析感應電動勢及感應電流的方向因產(chǎn)生感應電動勢那部分電路為電源部分，故該部分電路中的電流應為電源內(nèi)部的電流，而外電路中的電流方向仍是從高電勢到低電勢應用歐姆定律分析求解電路時，沒有注意到等效電源的內(nèi)阻對電路的影響對連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應該是外電壓，而不是等效電源的電動勢例3(15分)(2011寧波模擬)光滑平行金屬導軌在水平面內(nèi)固定，導軌間距l(xiāng)0.5 m，導軌左端接阻值為R2 的電阻，右端接阻值為RL4 的小燈泡，導軌電阻不計如圖1所示，在導軌的MNQP矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的磁場，MN、PQ間距d2 m，此區(qū)域磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖2所示垂直導軌跨接一金屬桿，其電阻r2 .在t0時刻，用水平恒力F拉金屬桿，使其由靜止開始自GH位置往右運動在金屬桿由GH位置運動到PQ位置的過程中，小燈泡的亮度始終沒有變化，求： (1)通過小燈泡的電流； (2)金屬桿勻速運動的速度v； (3)金屬桿的質(zhì)量m.思路誘導要解決此題，需做好以下幾點：(1)誰是電源？發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的導體，就是電源，比如金屬桿到MN位置之前，整個包圍磁場的閉合導體框應為電源(2)小燈泡的亮度始終沒有變化意味著什么？既然燈泡亮度不變，就說明在金屬桿進入磁場時磁場應不再變化，且桿恰好勻速運動(3)電路的構造是怎樣的？在金屬桿由GH位置運動到MN位置之前，金屬桿與電阻R并聯(lián)，再與小燈泡RL串聯(lián)，可以畫出等效電路圖如圖3所示；金屬桿由MN位置運動到PQ位置的過程中，又變成了R與RL并聯(lián)，再與r串聯(lián)，可畫出等效電路圖如圖4所示這樣根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)關系，以及牛頓第二定律就求出問題的答案(2)由小燈泡的亮度始終沒有變化，可知金屬桿開始進入磁場時磁場應不再變化，且桿恰好做勻速運動，即桿進入磁場的時刻為t4 s，且F安F.接下來金屬桿切割磁感線運動產(chǎn)生感應電動勢，電路為R與RL并聯(lián)，再與r串聯(lián)，等效電路圖如圖4所示由于燈泡中電流不變，所以流過桿的電流為I總0.3 A，(2分)(2010重慶)法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設想，并進行了實驗研究實驗裝置的示意圖可用圖表示，兩塊面積均為S的矩形金屬板，平行、正對、豎直地全部浸在河水中，間距為d，水流速度處處相同，大小為v，方向水平金屬板與水流方向平行，地磁場磁感應強度的豎直分量為B，水的電阻率為，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導線和電鍵K連接到兩金屬板上，忽略邊緣效應求：(1)該發(fā)電裝置的電動勢；(2)通過電阻R的電流強度；(3)電阻R消耗的電功率(對應學生用書P171)半徑為r、電阻為R的n匝線圈在邊長為l的正方形abcd之外，勻強磁場充滿并垂直穿過該正方形區(qū)域，如圖甲所示當磁場隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示時，則穿過線圈磁通量的變化率為_，t0時刻線圈產(chǎn)生的感應電流為_如下圖(a)所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R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磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如下圖(b)所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計，求0至t1時間內(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 易錯點2：導體切割磁感線的有效長度不明確導致錯誤如圖所示的兩條平行虛線之間存在勻強磁場，虛線的距離為l，磁場方向垂直紙面向里abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ab與bc間的距離也為l.t0時刻，bc邊與磁場區(qū)域邊界重合，如圖所示現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域取沿abcda的感應電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應電流I隨時間t變化的圖線可能是()易錯分析誤認為線圈在進入磁場的過程中，切割磁感線的有效長度等于bc的長度不變；線圈在出磁場的過程中，切割磁感線的有效長度等于ad的長度不變，實際上線圈在進入和出磁場的過程中切割磁感線的導體的有效長度是變化的正確解答進入磁場的過程，穿過閉合線圈的磁通量增加，產(chǎn)生逆時針方向(負方向)的感應電流，切割磁感線的有效長度減小，感應電流減?。怀龃艌鲞^程，穿過閉合線圈的磁通量減小，產(chǎn)生順時針方向(正方向)的感應電流，切割磁感線的有效長度減小，產(chǎn)生的感應電流減小答案為A.(2011蘇州)如右圖所示，MN、PQ為兩條平行的水平放置的金屬導軌，左端接有定值電阻R，金屬棒ab斜放在兩導軌之間，與導軌接觸良好，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于導軌平面，設金屬棒與兩導軌接觸點之間的距離為L，金屬棒與導軌間夾角為60，以速度v水平向右勻速運動，不計導軌和棒的電阻，則流過金屬棒中的電流為() 答案B(對應學生用書P172)1穿過閉合回路的磁通量隨時間t變化的圖象分別如下圖中所示，下列關于回路中產(chǎn)生的感應電動勢的論述，正確的是()A圖中，回路產(chǎn)生的感應電動勢恒定不變B圖中，回路產(chǎn)生的感應電動勢一直在變大C圖中，回路在0t1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢大于在t1t2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢D圖中，回路產(chǎn)生的感應電動勢先變小后變大答案CD2如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略下列說法中正確的是()A合上開關S接通電路時，A2先亮，A1后亮，然后一樣亮B合上開關S接通電路時，A1和A2始終一樣亮C斷開開關S切斷電路時，A2立刻熄滅，A1過一會兒才熄滅D斷開開關S切斷電路時，A1和A2都要過一會兒才熄滅解析通電瞬間，L中有自感電動勢產(chǎn)生，與L在同一支路的燈A1要逐漸變亮，而A2和電源構成回路則立即亮；穩(wěn)定后，A1與A2并聯(lián)，兩燈一樣亮斷開開關瞬間，L中有自感電動勢；相當于電源，與A1、A2構成回路，所以兩燈都過一會兒熄滅綜上所述，選項A、D正確答案AD3如圖所示，三個相同的金屬圓環(huán)內(nèi)存在著不同的有界勻強磁場，虛線表示環(huán)的某條直徑，已知所有磁場的磁感應強度隨時間變化關系都滿足Bkt，磁場方向如圖所示測得A環(huán)內(nèi)感應電流強度為I，則B環(huán)和C環(huán)內(nèi)感應電流強度分別為()AIBI、IC0BIBI、IC2ICIB2I、IC2I DIB2I、IC0答案D4如圖所示，兩光滑平行導軌MN、PQ水平放置在勻強磁場中，間距為L，磁感應強度為B的磁場與導軌所在平面垂直質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直導軌且可沿導軌自由移動，導軌左端M、P接一定值電阻，其阻值為R，金屬棒ab和導軌電阻均不計現(xiàn)將金屬棒ab沿導軌由靜止向右拉使之平動，保持拉力的功率恒定，金屬棒ab最終以速度3v做勻速運動求：(1)金屬棒勻速運動時，拉力的大?。?2)在此過程中，當ab的速度為v時的加速度的大小