南方新課堂2019物理一輪課件：10.2法拉第電磁感應(yīng)定律·自感

1、第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律,自感,考點(diǎn) 1 法拉第電磁感應(yīng)定律 1.法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小， 跟_成正比. (2)表達(dá)式：_，其中 n 為線圈的匝數(shù).,磁通量的變化率,(3)公式的變形. 當(dāng)線圈面積 S 不變，垂直于線圈平面的磁場(chǎng) B 發(fā)生變化,當(dāng)磁場(chǎng) B 不變，垂直于磁場(chǎng)的線圈面積 S 發(fā)生變化時(shí)，,2.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),BLv,(1)表達(dá)式：EBLvsin. (2)當(dāng) B、L、v 三者兩兩垂直時(shí)：E_. 注意：以上兩式是由法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出來(lái)的特 殊情況，因此只適用于計(jì)算部分導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感 線運(yùn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電

2、動(dòng)勢(shì)大小. 式中為 B 和 v 的方向夾角，L為切割磁感線的有效長(zhǎng)度.,3.兩個(gè)公式的區(qū)別,當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時(shí)，算出的才是瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì). (2)EBLvsin常用于計(jì)算_電動(dòng)勢(shì).若 v 為平均速 度，算出的就是平均電動(dòng)勢(shì).,平均,瞬時(shí),4.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速轉(zhuǎn) 5.感應(yīng)電量：在t 時(shí)間內(nèi)閉合電路的磁通量變化量為，,【自主檢測(cè)】 1.在我國(guó)的某港口使用天車(chē)吊運(yùn)集裝箱，若豎直吊掛集裝 箱的鋼絲繩長(zhǎng)為 L，且正吊著貨物以速度 v 由西向東運(yùn)行.若此 地地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，其方向與水平面的夾角為，,則此鋼絲繩產(chǎn)生的感應(yīng)電

3、動(dòng)勢(shì)為(,),A.上端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 BLvsin B.上端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 BLvcos C.下端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 BLvsin D.下端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 BLvcos 答案：B,2.如圖 10-2-1 甲所示，A、B 是兩個(gè)同心圓，半徑之比 RA RB21，A、B 是由相同材料、粗細(xì)一樣的導(dǎo)體做成的，小圓 B 外無(wú)磁場(chǎng)，B 內(nèi)磁場(chǎng)的變化如圖乙所示，求 A、B 中電流大小 之比.(不計(jì)兩圓中電流形成磁場(chǎng)的相互作用),圖 10-2-1,解：設(shè) A、B 的電阻率為，橫截面積為 S，則 A、B 的 電阻分別為

4、,即 A、B 中電流大小之比為 21.,電磁感應(yīng),大小,匝數(shù),亨(H),考點(diǎn) 2 自感和渦流 1.自感現(xiàn)象：是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的 _現(xiàn)象.由于自感而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì).,3.自感系數(shù) L 與線圈的_、形狀、_以及是否有 鐵芯有關(guān)，單位是_.,4.自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止 (1)應(yīng)用：如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器，無(wú)線電設(shè)備中和電容,器一起組成的振蕩電路等.,雙線,渦流,(2)防止：制作精密電阻時(shí)，采用_繞法，防止自感 現(xiàn)象的發(fā)生，減小因自感而造成的誤差. 5.渦流：塊狀金屬在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，或者處在變化的磁場(chǎng)中， 金屬塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉 合回路，叫做

5、_. 自感現(xiàn)象遵循電磁感應(yīng)的所有規(guī)律，自感電動(dòng)勢(shì) 總是阻礙原來(lái)導(dǎo)體中電流的變化符合“增反減同”的規(guī)律.,【自主檢測(cè)】,圖 10-2-2,3.如圖1022所示的電路中，L1、L2為完全相同的燈泡，線圈L的電阻忽略不計(jì).下列說(shuō)法正確的是() A.合上開(kāi)關(guān)S接通電路時(shí)，L2先亮L1后亮，最 后一樣亮 B.合上開(kāi)關(guān)S接通電路時(shí)，L1和L2始終一樣亮 C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S切斷電路時(shí)，L2立即熄滅，L1過(guò)一會(huì)兒才熄滅 D.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S切斷電路時(shí)，L1、L2同時(shí)立即熄滅,解析：接通電路時(shí)，由于線圈的自感作用，L1 支路相當(dāng)于 斷路，電流增大得慢，L1 后亮；穩(wěn)定后，線圈的作用消失，又 相當(dāng)于短路，L1、L2 并聯(lián)，

6、亮度一樣；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，都過(guò)一會(huì)兒 才熄滅.,答案：A,4.(雙選)如圖 10-2-3 所示，A、B 為大小、形狀均相同且內(nèi) 壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度.兩個(gè) 相同的磁性小球，同時(shí)從 A、B 管上端的管口無(wú)初速度釋放， 穿過(guò) A 管的小球比穿過(guò) B 管的小球先落到地面，下面對(duì)于兩管,的描述中可能正確的是(,),A.A 管是用塑料制成的，B 管是用銅制成的 B.A 管是用鋁制成的，B 管是用膠木制成的 C.A 管是用膠木制成的，B 管是用塑料制成的,D.A 管是用膠木制成的，B 管是用鋁制成的,圖 10-2-3,解析：磁性小球穿過(guò)銅管或鋁管時(shí)，管中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 又據(jù)楞次定律

7、可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙小球的下落；而 當(dāng)小球穿過(guò)塑料管或膠木管時(shí)，管中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，小球做 自由落體運(yùn)動(dòng).故選項(xiàng) A、D 正確.,答案：AD,熱點(diǎn) 1 法拉第電磁感應(yīng)定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 【例 1】一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁場(chǎng)方 向垂直，先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在 1 s 時(shí)間內(nèi) 均勻地增大到原來(lái)的兩倍，接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變， 在 1 s 時(shí)間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半.先后,兩個(gè)過(guò)程中，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為(,),1 A. 2,B.1,C.2,D.4,答案：B,D.ab 棒中電流大小為,【觸類旁通】 1.(雙選，2011 年珠海模擬)如圖

8、10-2-4 所示，間距為 L 的 平行金屬導(dǎo)軌上有一電阻為 r 的金屬棒 ab 與導(dǎo)軌接觸良好.導(dǎo)軌 一端連接電阻 R，其他電阻不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，金屬棒 ab,以速度 v 向右做勻速運(yùn)動(dòng)，則(,),A.回路中電流為逆時(shí)針?lè)较?B.電阻 R 兩端的電壓為 BLv C.ab 棒受到的安培力的方向向左,圖 10-2-4,答案：AC,熱點(diǎn) 2 電磁感應(yīng)中的力學(xué)平衡問(wèn)題 【例2】?jī)筛叫械谋砻娲植趯?dǎo)軌與水平面成 60，導(dǎo)軌上 端有一個(gè)可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的金屬棒 MN，導(dǎo)軌下端用導(dǎo)線連接,一個(gè)“4 V,2 W”的小燈泡.如圖 10-2-5 甲所示，在導(dǎo)軌矩形區(qū),域 abdc 內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向下的

9、勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域的長(zhǎng) 度 lab4 m，寬度 lbd80 m.在 t0 時(shí)刻金屬棒 MN 從圖中位置 由靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始往下滑動(dòng)，直至穿過(guò)磁場(chǎng)邊界 cd，并觀察到此 過(guò)程中燈泡一直正常發(fā)光.磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙 實(shí)線所示.導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻可以忽略不計(jì).求：,(1)金屬棒的電阻 R. (2)金屬棒的質(zhì)量 m.,(3) 導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦系數(shù).(保留兩位有效數(shù)字),圖 10-2-5,審題突破：由題意“此過(guò)程中燈泡一直正常發(fā)光”結(jié)合圖 象知，金屬棒在 t4 s 末進(jìn)入磁場(chǎng)，金屬棒進(jìn)磁場(chǎng)前磁場(chǎng)增強(qiáng) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與金屬棒進(jìn)磁場(chǎng)后切割磁感線產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等.,聯(lián)立得 R312 .,(

10、2)依題意知金屬棒 04 s 內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在 t4 s 進(jìn)入磁場(chǎng)，4 s 后在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng).設(shè)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)前 的加速度為 a，金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為 v.則,EBLv 聯(lián)立得 v20 m/s a5 m/s2, ,未進(jìn)入磁場(chǎng)前，由牛頓第二定律得, ,mg sin 60mgcos 60ma 根據(jù)金屬棒在磁場(chǎng)中受力平衡得 mgsin 60mgcos 60BIlab 聯(lián)立得 m0.8 kg. (3)由得 ag sin 60gcos 60 聯(lián)立得0.71.,方法技巧：求解電磁感應(yīng)中的力學(xué)平衡問(wèn)題的思路方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大,小和方向.,(2)求回路

11、電流.,(3)分析導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方,向).,(4)列出動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解.,【觸類旁通】,2.(2011 年廣雅中學(xué)模擬)兩根相距為 L 的足夠長(zhǎng)的平行金 屬直角導(dǎo)軌 MNP 與 MNP 如圖 10-2-6 所示那樣放置， MN 與 MN在同一水平面內(nèi)，NP 與 NP沿豎直方向.水 平金屬細(xì)桿 ab、cd 分別與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，cd 桿質(zhì) 量為 m、與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路 總電阻為 R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向豎直向下 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng) ab 桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力作用下以某一 速度沿導(dǎo)軌勻速向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd 桿

12、恰好豎直向下勻速運(yùn)動(dòng).重力 加速度為 g.求：,(1)通過(guò) cd 桿的電流大小和方向.,(2)ab 桿向左勻速運(yùn)動(dòng)的速度 v 多大？,圖 10-2-6,解：(1)cd 桿向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè) cd 桿與導(dǎo)軌的摩擦力為 fcd，安培力為 Fcd，有, ,mgfcd fcdFcd FcdBIL 由式得通過(guò) cd 桿的電流 電流方向由 d 到 c.,(2)設(shè) ab 桿勻速運(yùn)動(dòng)的速度為 v，則 ab 桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì),EBLv,熱點(diǎn) 3 公式 EBLv 的應(yīng)用,【例 3】如圖 10-2-7 所示，長(zhǎng)為 6 m 的導(dǎo)體 MN 在磁感應(yīng) 強(qiáng)度 B0.1 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以 MN 上的一點(diǎn) O 為軸，沿著順 時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn).角速度5 rad/s，O 點(diǎn)距 M 端為 2 m，求 MN 的電勢(shì)差.,圖 10-2-7,易錯(cuò)提醒：公式 EBLv 的應(yīng)用是有條件的，它適用于導(dǎo),體平動(dòng)且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況，對(duì)于這種導(dǎo) 體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的情況，導(dǎo)體各部分的速 度不同，本公式不再適用.,正確解析：因?qū)w繞 O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，則 NO 段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng),勢(shì)為,同理，MO 段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,所以UMNUMUN UMUO(UNUO) UMOUNO 3 V.,【觸類旁通】,3.如圖 10-2-8 所示，在跟勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)放置一個(gè) 折成銳角的裸導(dǎo)線 M