高考物理復習 高效學習方略 92 法拉第電磁感應定律 自感和渦流課件

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1、 一、感應電動勢 1概念：在 中產(chǎn)生的電動勢 (1)感生電動勢：由于磁場的變化而激發(fā)出感生電場，由感生電場而產(chǎn)生的感應電動勢 (2)動生電動勢：由于導體在磁場中運動而產(chǎn)生的感應電動勢電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象磁通量磁通量 電源電源 電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻 閉合電路閉合電路 磁通量的變化率磁通量的變化率 匝數(shù)匝數(shù) Blv 電流電流 自感電動勢自感電動勢 大小大小 匝數(shù)匝數(shù) 鐵芯鐵芯 2自感現(xiàn)象的應用日光燈原理 (1)日光燈的電路圖：主要由燈管、 和啟動器組成 (2)啟動器的作用：自動開關 (3)鎮(zhèn)流器有兩個作用：啟動時，通過啟動器的通斷，在鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生 ，從而激發(fā)日光燈管內(nèi)的氣體導電正常工作時，鎮(zhèn)流器的

2、線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的變化，這時鎮(zhèn)流器就起著 的作用，保證日光燈的正常工作鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器瞬間高電壓瞬間高電壓降壓限流降壓限流 3渦流 (1)定義：當線圈中的電流隨時間變化時，線圈附近的任何導體中都會產(chǎn)生 ，電流在導體內(nèi) 回路很像水的旋渦，因此把它叫做渦電流，簡稱渦流 (2)渦流的應用： 、 、 等 (3)渦流的防止：為減小渦流，電動機、變壓器鐵芯是用 疊成的，而不采用整塊硅鋼鐵芯感應電流感應電流自成閉合自成閉合真空冶煉爐真空冶煉爐探雷器探雷器安檢門安檢門互相絕緣的薄硅鋼片互相絕緣的薄硅鋼片 1下列關于感應電動勢大小的說法中，正確的是() A線圈中磁通量變化越大，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢一定

3、越大 B線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 C線圈放在磁感應強度越強的地方，產(chǎn)生的感應電動勢一定越大 D線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大 2如圖所示的幾種情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢為BLv的是() A乙和丁 B甲、乙、丁 C甲、乙、丙、丁 D只有乙 解析B公式EBLv中的L應指導體的有效切割長度，甲、乙、丁中的有效長度均為L，電動勢EBLv，而丙的有效長度為Lsin ，電動勢EBLvsin ，故B項正確 3一閉合線圈，放在隨時間均勻變化的磁場中，線圈平面和磁場方向垂直，若想使線圈中感應電流增強一倍，下列方法可行的是() A使線圈匝數(shù)增加一倍 B使線圈面積增加一倍 C使

4、線圈匝數(shù)減少一半 D使磁感應強度的變化率增大一倍 4.在如圖所示的電路中，a、b為兩個完全相同的燈泡，L為自感線圈，E為電源，S為開關關于兩燈泡點亮和熄滅的先后次序，下列說法正確的是() A合上開關，a先亮，b后亮；斷開開關，a、b同時熄滅 B合上開關，b先亮，a后亮；斷開開關，a先熄滅，b后熄滅 C合上開關，b先亮，a后亮；斷開開關，a、b同時熄滅 D合上開關，a、b同時亮；斷開開關，b先熄滅，a后熄滅 解析C當自感線圈中的電流瞬間發(fā)生變化時，線圈要產(chǎn)生自感電動勢去阻礙電流的變化 本題開關S閉合時，由于線圈對電流的阻礙作用，通過a燈的電流要緩慢增大，因此b燈先亮；當開關S斷開時，同樣由于線圈

5、L的自感作用，aLb回路中要產(chǎn)生順時針方向的電流，因此，a、b兩燈將同時熄滅 5如圖所示，面積為0.2 m2的100匝 線圈處在勻強磁場中，磁場方向垂直于線圈平面已知磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B(20.2t)T，定值電阻R16 ，線圈電阻R24 ，求a、b兩點間的電壓Uab. 要點一對法拉第電磁感應定律的理解 【例1】半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場，磁感應強度為B0.2 T，磁場方向垂直紙面向里，半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心地放置，磁場與環(huán)面垂直，其中a0.4 m，b0.6 m，金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R02 ，一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均忽略不計 一導體

6、圓環(huán)的電阻為4 ，半徑為0.05 m，圓環(huán)平面垂直勻強磁場放置如圖所示磁感應強度為4 T，兩根電阻均為2 的導線Oa和Ob，Oa固定，a端b端均與環(huán)接觸，Ob以4 rad/s的角速度逆時針沿圓環(huán)轉(zhuǎn)動求：當Ob的b端從a端滑過180時，通過導線Oa中的電流是多少？ 要點二導體切割磁感線所產(chǎn)生感應電動勢的計算 1.導體平動切割磁感線所產(chǎn)生感應電動勢的計算 (1)當L、v與B兩兩垂直，且導體上各點以相同的速率在勻強磁場中切割磁感線時，產(chǎn)生的感應電動勢大小為： EBLv. (2)當LB，Lv，而B與v成夾角時，如圖甲所示，導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小為：EBLvsin . (3)若導線是曲折的，

7、則L應是導線的有效切割長度，即為導線兩端點在v、B所決定平面的垂線上的投影長度如圖乙所示的3種情況，感應電動勢相同 (4)公式EBLv中，若v為一段時間內(nèi)的平均速度，則E為平均感應電動勢；若v為瞬時速度，則E為瞬時感應電動勢 【例2】金屬桿MN和PQ間距為l，MP間接有電阻R，磁場如圖所示，磁感應強度為B，金屬棒AB長為2l，由圖示位置以A為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)過90(順時針)求該過程中(其他電阻不計)： (1)R上的最大電功率 (2)通過R的電荷量 如圖所示，平行導軌間距為d，一端跨接一個電阻R.勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于平行金屬導軌所在平面一根金屬棒與導軌成角放置，金屬棒與導軌的電

8、阻均不計當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導軌上滑行時，通過電阻R的電流強度是() 要點三自感現(xiàn)象及互感現(xiàn)象 1.通電自感和斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，RRL，L較大L很大(有鐵芯)，RLRA通電自感斷電自感現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當抽掉鐵芯后，重做實驗，斷開開關S時，會看到燈A馬上熄滅)原因由于開關閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關S時，流過線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動勢

9、，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；在S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RLRA，使得流過A燈的電流在開關斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能 2.互感 兩個線圈之間未經(jīng)導線連接，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，這種現(xiàn)象稱為互感 互感過程中產(chǎn)生的電動勢稱為互感電動勢 互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎 在電子電路中，互感現(xiàn)象會影響電路的正常工作，應設法減小電路間的互感 【例3】(2011北京理綜)某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈L、小燈泡A、開關S和電池組E，用導線將

10、它 們連接成如圖所示的電路檢查電路后，閉合開關S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關S，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象雖經(jīng)多次重復，仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是() A電源的內(nèi)阻較大 B小燈泡電阻偏大 C線圈電阻偏大 D線圈的自感系數(shù)較大 解析C開關斷開時延時熄滅現(xiàn)象的顯著程度取決于電路閉合時線圈L中的電流I1和燈泡A中電流I2的大小關系當I1比I2大時，開關斷開時，燈泡會先亮一下，再熄滅I1比I2大得越多，燈泡的延時熄滅現(xiàn)象越顯著電路閉合時線圈L和燈泡A并聯(lián)，由并聯(lián)電路特點可知，線圈電阻偏大時，I1就偏小，延時現(xiàn)象就不明顯，選項B錯誤，

11、C正確；電源內(nèi)阻的大小對電流I1和I2的大小關系沒有影響，選項A錯誤；線圈的自感系數(shù)大，產(chǎn)生的自感電動勢也大，阻礙作用就越強，燈泡熄滅的時間應越長，故選項D錯誤 (2010江蘇高考)如圖所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感L的電阻不計，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() 易錯點 在分析導體棒動態(tài)問題中盲目套用公式 【例】如圖所示，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于豎直平面內(nèi)的形框，水平導體棒MN可沿兩側(cè)足夠長的光滑導軌下滑而不分離，除R外，裝置的其余部分電阻都可忽略不計，將

12、MN無初速度釋放，要使電流穩(wěn)定后R的熱功率變?yōu)樵瓉淼膬杀?，在其他條件不變的情況下，可以采用的辦法有() 1(2011廣東理綜)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 解析C根據(jù)法拉第電磁感應定律可知感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，即磁通量變化越快，感應電動勢越大，C項正確；根據(jù)楞次定律可知，當原磁場減小時，感應電流的磁場才與其方向相同，D項

13、錯誤 2.穿過某線圈的磁通量隨時間變化的關系如圖所示，在下列幾段時間內(nèi)，線圈中感應電動勢最小的是() A02 s B24 s C45 s D510 s 解析D圖象斜率越小，表明磁通量的變化率越小，感應電動勢也就越小 4.如圖所示，多匝線圈和電池的內(nèi)阻均為零，兩個電阻的阻值均為R，開關S原來是斷開的，電路中的電流為I0.現(xiàn)將S閉合，于是線圈中產(chǎn)生自感電動勢，此自感電動勢() A有阻礙電流的作用，最后電流由I0減小為零 B有阻礙電流的作用，最后總電流小于I0 C有阻礙電流增大的作用，因而電流保持I0不變 D有阻礙電流增大的作用，但電流還是要增大到2I0 C閉合開關S待電路達到穩(wěn)定后，D1熄滅，D2

14、比原來更亮 D閉合開關S待電路達到穩(wěn)定后，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅 解析ACD由于線圈的電阻可忽略不計、自感系數(shù)足夠大，在開關閉合的瞬間線圈的阻礙作用很大，線圈中的電流為零，所以通過D1、D2的電流大小相等，A項正確，B項錯誤閉合開關S待電路達到穩(wěn)定時線圈短路，D1中電流為零，回路電阻減小，D2比原來更亮，C項正確閉合開關S待電路達到穩(wěn)定后，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，線圈和D1形成回路，D1閃亮一下再熄滅，故A、C、D三項正確 6如圖所示，在寬為0.5 m的平行導軌上垂直導軌放置一個有效電阻為r0.6 的直導體棒ab，在導軌的兩端分別連接兩個電 阻R14 、R26 ，其他電阻不計整個裝置處在垂直導軌平面向里的勻強磁場中，如圖所示，磁感應強度B0.1 T當直導體棒在導軌上以v6 m/s的速度向右運動時，求：直導體棒兩端的電壓和流過電阻R1和R2的電流大小