2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題九 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感課件

1、第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感 考點 1 法拉第電磁感應(yīng)定律 1.感應(yīng)電動勢 (1)感應(yīng)電動勢：在_中產(chǎn)生的電動勢.產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源，導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于 _. (2) 感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：遵循_ 定律，即 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 電源內(nèi)阻 閉合電路歐姆 2.法拉第電磁感應(yīng)定律 磁通量的變化率 (1)內(nèi)容：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路中感應(yīng)電動勢的大小， 跟_成正比. (2)表達(dá)式：_，其中 n 為線圈的匝數(shù). (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 B 發(fā)生變化 時，E_. 當(dāng)磁場 B 不變，垂直于磁場的線圈面積 S 發(fā)生變化時， E_. 3.導(dǎo)體切割磁感線時

2、產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 (1)表達(dá)式：EBlvsin . Blv 有效長度 (2)當(dāng) B、l、v 三者兩兩垂直時：E_. 注意：以上兩式是由法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出來的特 殊情況，因此只適用于計算部分導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場中做切割磁感 線運(yùn)動時的感應(yīng)電動勢大小. 式中為 B 和 v 的方向夾角，l 為切割磁感線的_. 4.兩個公式的區(qū)別 (1)En t 常用于計算在t 時間內(nèi)的_電動勢.只有 當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時，算出的才是瞬時電動勢. (2)EBlvsin ，若 v 為平均速度，算出的就是_電 動勢，若 v 為瞬時速度，算出的就是_電動勢. 平均 平均 瞬時 5.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

3、 當(dāng)長度為 l 導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度 勻速轉(zhuǎn)動時，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E_. 6.感應(yīng)電量：平行閉合線圈的匝數(shù)為 n，在t 時間內(nèi)閉合 電路的磁通量變化量為，回路總電阻為 R，則通過電路中某 一橫截面的電量 q_. 考點 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)生變化時而產(chǎn)生的 _現(xiàn)象.由于自感而產(chǎn)生的電動勢叫做自感電動勢. 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.渦流：塊狀金屬在磁場中運(yùn)動，或者處在變化的磁場中， 金屬塊內(nèi)部會產(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_. 電磁感應(yīng) 大小圈數(shù) 亨利(H)

4、 渦流 【基礎(chǔ)自測】 1.如圖 9-2-1 所示的幾種情況中，金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電 動勢為 Blv 的是() 甲乙丙丁 圖 9-2-1 A.乙和丁 C.甲、乙、丙、丁 B.甲、乙、丁 D.只有乙 解析：公式 EBlv 中的 l 應(yīng)指導(dǎo)體的有效切割長度，甲、 乙、丁中的有效長度均為 l，電動勢 EBlv，而丙有效長度為 lsin ，電動勢 EBlvsin ，B 正確. 答案：B 2.一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁場方向垂直. 先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強(qiáng)度在 1 s 時間內(nèi)均勻地增大 到原來的兩倍.接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，在 1 s 時間 內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來

5、的一半.先后兩個過程 中，線框中感應(yīng)電動勢的比值為() A.1 2 B.1C.2D.4 答案：B 3.在勻強(qiáng)磁場中，有一個接有電容器的單匝導(dǎo)線回路，如 圖 9-2-2 所示，已知 C30 F，L15 cm，L28 cm，磁場以 5102 T/s的速率增加，則() 圖 9-2-2 A.電容器上極板帶正電，帶電荷量為6105C B.電容器上極板帶負(fù)電，帶電荷量為6105C C.電容器上極板帶正電，帶電荷量為6109C D.電容器上極板帶負(fù)電，帶電荷量為6109C L1L22104 V，電容器的 解析：電容器兩極板間的電勢差 U 等于感應(yīng)電動勢 E，由 法拉第電磁感應(yīng)定律，可得 E B t 帶電荷量

6、QCUCE6109 C，再由楞次定律可知上極板 的電勢高，帶正電，C 正確. 答案：C 4.如圖 9-2-3 所示，將直徑為 d，電阻為 R 的閉合金屬環(huán)從 勻強(qiáng)磁場 B 中拉出，這一過程中通過金屬環(huán)某一截面的電荷量 為() 圖 9-2-3 答案：A 物理量 項目 磁通量 磁通量的變化量 磁通量的變化率 意義 某時刻穿過 某個面的磁 感線的條數(shù) 某段時間內(nèi)穿過某個 面的磁通量變化多少 穿過某個面的磁通量 變化的快慢 熱點 1 法拉第電磁感應(yīng)定律的簡單應(yīng)用 比較 (續(xù)表) 【典題 1】(2018 年新課標(biāo)卷)如圖9-2-4，導(dǎo)體軌道OPQS 固定，其中 PQS 是半圓弧，Q 為半圓弧的中心，O

7、為圓心.軌道 的電阻忽略不計.OM 是有一定電阻，可繞 O 轉(zhuǎn)動的金屬桿.M 端 位于 PQS 上，OM 與軌道接觸良好.空間存在半圓所在平面垂直 的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B，現(xiàn)使 OM 從 OQ 位置以 恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到 OS 位置并固定(過程)；再使磁感應(yīng) 強(qiáng)度的大小以一定的變化率從 B 增加到 B(過程 ).在過程、中，流過 OM 的電荷量相等，則 等于() 圖 9-2-4 A.5 4 B.3 2 C.7 4 D.2 答案：B 熱點 2 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算 熱點歸納 1.EBlv 的三個特性： (1)正交性：本公式要求磁場為勻強(qiáng)磁場，而且 B、l、v 三 者

8、互相垂直. (2)有效性：公式中的 l 為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度.如圖 9-2-5 中，導(dǎo)體棒的有效長度為 ab 間的距離. 圖 9-2-5 (3)相對性：EBlv 中的速度 v 是導(dǎo)體相對磁場的速度，若 磁場也在運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系. 圖 9-2-6 2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線： 公式EBlv 區(qū) 別 研究 對象 閉合回路 回路中做切割磁感線運(yùn)動的那部 分導(dǎo)體 研究 內(nèi)容 求的是t 時間內(nèi)的平均 感應(yīng)電動勢，E 與某段時 間或某個過程對應(yīng) (1)若 v 為瞬時速度，則求的是瞬 時感應(yīng)電動勢 (2)若 v 為平均速度，則求的是平 均感應(yīng)電動勢 適用 范圍 對任何電路普遍適用 只適用于導(dǎo)體

9、垂直于勻強(qiáng)磁場做 切割磁感線的運(yùn)動 (續(xù)表) 考向 1 公式的理解 【典題 2】(多選，2017 年新課標(biāo)卷)兩條平行虛線間存 在一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)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 9-2-7 甲所示.已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線 運(yùn)動，cd 邊于 t0 時刻進(jìn)入磁場.線框中感應(yīng)電動勢隨時間變 化的圖線如圖乙所示(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() 甲乙 圖 9-2-7 A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 0.5 T B.導(dǎo)線框運(yùn)動速度的大小為 0.5 m/s C.磁感應(yīng)強(qiáng)度

10、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 【遷移拓展】(2018 屆福建廈門下學(xué)期第一次質(zhì)檢)某電磁 緩沖車是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行制動緩沖，它的緩沖過程可等 效為：小車車底安裝著電磁鐵，可視為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小為 B，方向豎直向下；水平地面固定著閉合矩形線圈 abcd， 線圈的總電阻為 R，ab 邊長為 L，如圖 9-2-8 所示(俯視).緩沖小 車水平通過線圈上方，線圈與磁場的作用使小車做減速運(yùn)動， 從而實現(xiàn)緩沖.已知小車總質(zhì)量為 m，受到地面的摩擦力為 f， 小車磁場剛抵達(dá)線圈時，速度大小為 v0.

11、求： (1)小車磁場剛抵達(dá)線圈時，線圈中感應(yīng)電流 I 的大小及 ab 段中電流的方向. (2)小車緩沖過程中的最大加速度 am 的大小. 圖 9-2-8 考向 2 有效切割長度的理解 【典題 3】如圖 9-2-9 所示，空間有一勻強(qiáng)磁場，一直金屬 棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，當(dāng)它以速度 v 沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度 都垂直的方向運(yùn)動時，棒兩端的感應(yīng)電動勢大小為 E，將此棒 彎成兩段長度相等且相互垂直的折彎，置于與 磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi)，當(dāng)它沿兩段折線 夾角平分線的方向以速度 v 運(yùn)動時，棒兩端的 圖 9-2-9 答案：B 方法技巧：本題關(guān)鍵要準(zhǔn)確理解公式 EBlv 中 l 的含義， 知道 l 是有效

12、的切割長度，即速度垂直方向上金屬棒的長度. 考向 3 導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的問題 【典題 4】(多選，2016 年新課標(biāo)卷)法拉第圓盤發(fā)電機(jī) 的示意圖如圖9-2-10 所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片 P、Q 分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的 勻強(qiáng)磁場 B 中.圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻 R 的電流，下列說法 正確的是() 圖 9-2-10 A.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定 B.若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿 a 到 b 的方 向流動 C.若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方 向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?2

13、 倍，則電流在 R 上的 熱功率也變?yōu)樵瓉淼?2 倍 解析：將圓盤看成由無數(shù)輻條組成，各輻條都在切割磁感 線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，當(dāng)圓盤順時針轉(zhuǎn)動 時(從上往下看)，根據(jù)右手定則可判斷，圓盤上感應(yīng)電流從邊 緣向中心，流過電阻 R 的電流方向從 a 到 b，B 正確；由法拉 故 A 正確，C 錯誤；當(dāng)角速度變?yōu)樵瓉淼?2 倍時，感應(yīng)電動 流在 R 上的熱功率 PI2R 變?yōu)樵瓉淼?4 倍，D 錯誤. 答案：AB 易錯提醒：公式EBlv 的應(yīng)用是有條件的，它適用于導(dǎo)體 平動且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況，對于這種導(dǎo)體 棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的情況，導(dǎo)體各部分的速度 不同

14、，本公式不再適用. 熱點 3 自感現(xiàn)象 熱點歸納 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(dāng)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(jìn)行，但它不能使過程停止，更不能使過程反 向. 種類通電自感斷電自感 自感 電路 器材 規(guī)格 L1、L2燈同規(guī)格，RRL， L較大 L 很大(有鐵芯) 自感 現(xiàn)象 在S閉合瞬間，L2燈立即亮 起來，L1燈逐漸變亮，最 終一樣亮 在開關(guān) S 斷開時，L 燈漸漸 熄滅 2.兩種自感現(xiàn)象的比較： 種類通電自感斷電自感

15、 產(chǎn)生 原因 開關(guān)閉合時，流過 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，流過 L1燈的電流比流過 L2燈的電流增加得 慢 斷開開關(guān)S時，流過線圈L的電流 減小，自感電動勢阻礙電流的減小， 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L燈，L 燈不會立即熄滅，若RLR燈，原 來的電流ILI燈，則L燈熄滅前要 閃亮一下；若RLR燈，自感電流 ILI燈，則L燈逐漸熄滅，不再閃 亮一下 (續(xù)表) 種類通電自感斷電自感 等效 理解 自感線圈的作用相當(dāng)于一 個阻值無窮大的電阻短時 間內(nèi)減小為零(或減小為自 感線圈的直流電阻) 自感線圈的作用相當(dāng)于一個 瞬時電源(電源電動勢在短 時間內(nèi)減小為零) 能量 轉(zhuǎn)化 電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能 (續(xù)表) 【典題 5】(2017 年北京卷)演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖如 圖 9-2-11 甲和乙所示，L1 和 L2 為