[原創(chuàng)]2015年物理一輪復(fù)習(xí)課件專題十 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感

1、第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律自感一、法拉第電磁感應(yīng)定律1磁通量變化率：表示磁通量變化的快慢，大小為2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_成正比磁通量的變化率(2)表達(dá)式：_，其中 n 為線圈的匝數(shù)(3)公式的變形：當(dāng)線圈面積不變，垂直于線圈平面的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，EnSB.t當(dāng)磁場(chǎng)不變，垂直于磁場(chǎng)的線圈面積發(fā)生變化時(shí)，Ent 3導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：(1)表達(dá)式：EBLvsin. 為B和v的方向夾角，L為切割磁感線的有效長(zhǎng)度(2)當(dāng) B、L、v 三者兩兩垂直時(shí)：E_.BLv注意：以上兩式是法拉第電磁感應(yīng)定律的特殊情況，只適用于部分導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)

2、中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小【自我檢測(cè)】1(雙選，惠州2013 屆調(diào)研)一環(huán)形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)第 1 s 內(nèi)磁感線垂直線圈平面向里，如圖 10-2-1 甲所示若磁感強(qiáng)度 B 隨時(shí)間 t 變化的關(guān)系如圖乙所示，那么下列選項(xiàng)正確的是()圖10-2-1A. 第 1 s 內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小逐漸增加B. 第 2 s 內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小恒定C. 第 3 s 內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较駾. 第 4 s 內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较虼鸢福築D二、自感和渦流電磁感應(yīng)1 自感現(xiàn)象：由導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的_現(xiàn)象自感現(xiàn)象遵循電磁感應(yīng)的所有規(guī)律2自感電動(dòng)勢(shì)的方向：由楞

3、次定律知，自感電動(dòng)勢(shì)總是_原來(lái)導(dǎo)體中電流的變化當(dāng)回路中的電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)和原來(lái)電流的方向_；當(dāng)回路中的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)和原來(lái)電流的方向_自感對(duì)電路中的電流變化有_作用，使電流不能_阻礙相反相同延遲突變3自感系數(shù)：?jiǎn)挝皇莀，由線圈_的性質(zhì)決定線圈越長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度上線圈的匝數(shù)越多，橫截面積越大，它的自感系數(shù)越_線圈中插入鐵芯，自感系數(shù)會(huì)增大很多4自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止：亨(H)本身大(1)應(yīng)用：如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器，振蕩電路等日光燈電路是由啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器和燈管組成的_在日光燈啟動(dòng)時(shí)起到開(kāi)關(guān)作用，正常工作時(shí)斷開(kāi)；鎮(zhèn)流器的作用是在燈開(kāi)始點(diǎn)亮?xí)r起_的作用，在日光燈正常發(fā)光時(shí)起_作用啟動(dòng)器產(chǎn)生瞬

4、時(shí)高壓降壓限流(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雙線渦流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_考點(diǎn)1對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解重點(diǎn)歸納1磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率：可能很大，（續(xù)表）注意：三者的大小無(wú)必然關(guān)系，當(dāng)0 時(shí)，tt是t 圖象上某可能很小，也可能為零磁通量的變化率點(diǎn)切線的斜率3.感應(yīng)電荷量：(1)原理：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中有電流通過(guò)電路，那么也就有電荷量通過(guò)，由電流的定義可知，在很短時(shí)間內(nèi)的qIt，根(2)感應(yīng)電荷量由磁通量變化大小及電路的電阻 R

5、決定，與變化時(shí)間無(wú)關(guān)(3)qIt 也適用一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)該電路的平均電荷量(若一直變大或變小，則q 等于總電荷量) 典例剖析例1：如圖 10-2-2 所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為 r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，一根長(zhǎng)度大于 2r 的導(dǎo)線 MN 以速率 v 在圓環(huán)上無(wú)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(jì)，求 MN 從圓環(huán)的左端滑到右端的過(guò)程中電阻 R 上的電流的平均值和通過(guò)電阻R 的電荷量圖 10-2-2思維點(diǎn)撥：(1)求電荷量要從電流的平均值來(lái)考慮；答題規(guī)范：MN 做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，有效切割長(zhǎng)度在不斷變化，用EBlv 難以求得平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從另一角

6、度看，回路中的磁通量在不斷變化，可利用法拉第電磁感應(yīng)定律求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從左端到右端磁通量的變化量BSBr2從左到右的時(shí)間t2rv根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)【觸類旁通】1(2013年廣東潮州期末)如圖 10-2-3 所示，“U”形金屬框架固定在水平面上，處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中現(xiàn)使 ab 棒突然獲得一初速度 v 向右運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()Aab 做勻減速運(yùn)動(dòng)圖 10-2-3B回路中電流均勻減小Ca 點(diǎn)電勢(shì)比 b 點(diǎn)電勢(shì)低D安培力對(duì) ab 棒做負(fù)功答案：D考點(diǎn)2自感現(xiàn)象的分析重點(diǎn)歸納1通電自感：(1)電路圖如圖 10-2-4 所示為了方便比較，使 L1、L2 同規(guī)格，RRL，自感

7、系數(shù) L 較大(2)現(xiàn)象：在 S 閉合瞬間，燈 L2 立即亮起來(lái)，燈 L1 逐漸變亮，最終一樣亮(3)由于開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，流過(guò)電感線圈的電流迅速增大，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，圖 10-2-4阻礙了電流的增大，使流過(guò)燈 L1 的電流比流過(guò)燈 L2 的電流增加得慢這個(gè)過(guò)程電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能2斷電自感：(1)電路圖如圖 10-2-5 所示為使現(xiàn)象明顯，L 應(yīng)很大，即有鐵芯(2)現(xiàn)象：S 斷開(kāi)時(shí)，燈 L 漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅圖 10-2-5(3)原因：S 斷開(kāi)時(shí)，線圈 L 產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間，燈 L 中電流反向，不會(huì)立即熄滅；若 RLIL，則 L 燈熄滅前要閃亮一下若RLR

8、L，S斷開(kāi)前電流ILIL，則燈 L 逐漸熄滅，不再閃亮一下這個(gè)過(guò)程磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能典例剖析例2：如圖 10-2-6 所示，L 為自感系數(shù)較大的線圈，電)路穩(wěn)定后燈泡 L 正常發(fā)光，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān) S 的瞬間會(huì)有(A燈 L 立即熄滅B燈 L 慢慢熄滅圖 10-2-6C燈 L 突然閃亮一下再慢慢熄滅D燈 L 突然閃亮一下再突然熄滅解析：本題中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S 斷開(kāi)時(shí)，由于通過(guò)自感線圈的電流從有到零，線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，但由于線圈L 與燈L 在S 斷開(kāi)后不能形成閉合回路，故在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后通過(guò)燈L 的電流為零，燈立即熄滅答案：A備考策略：(1)通電時(shí)線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加，感應(yīng)電流與原電流方向相反

9、，此時(shí)含線圈L 的支路相當(dāng)于斷開(kāi)(2)斷電時(shí)線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中電流的減少，感應(yīng)電流與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當(dāng)于電源，它提供的電流從原來(lái)的IL 逐漸變小(3)線圈的自感系數(shù)越大，現(xiàn)象越明顯自感電動(dòng)勢(shì)只是延緩了過(guò)程的進(jìn)行，但它不能使過(guò)程停止，更不能使過(guò)程反向【觸類旁通】2如圖 10-2-7 所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為 E，內(nèi)阻為r，電感 L 的電阻不計(jì)，電阻 R 的阻值大于燈泡 L 的阻值，在 t0 時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān) S，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在 tt1 時(shí)刻斷開(kāi) S，下列表示 A、B兩點(diǎn)間電壓 UAB 隨時(shí)間 t 變化的圖象中，)正確的是(答案：B圖 10-2-7方法

10、 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁學(xué)、力學(xué)綜合考查的關(guān)鍵基礎(chǔ)，考查最多的是磁場(chǎng)不變，導(dǎo)體因?yàn)榍懈畲艌?chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所引申出去的各種問(wèn)題這里主要介紹切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算和判斷方法1平動(dòng)類型感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算：用 EBlv 計(jì)算，重點(diǎn)是找到有效長(zhǎng)度和有效速度(1)該類型中導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 恒定不變，l 為有效切割長(zhǎng)度(2)正交性：B、l、v 相互垂直時(shí)公式成立不垂直時(shí) EBlvsin ，為 B 與 v 的夾角(3)有效性：式中的 l 為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體在垂直于 v方向上的投影長(zhǎng)度2轉(zhuǎn)動(dòng)類型感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算：用 EBSt，主要是找到面積變化率(1)該類

11、型主要是導(dǎo)體或桿在與磁場(chǎng)平面成一定角度的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(2)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圖 10-2-8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBSt Bll2t12Bl2，如圖 10-2-8 所示 3產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體電勢(shì)高低的判斷：(1)導(dǎo)體切割磁感線：任意一小段導(dǎo)體切割磁感線時(shí)，讓磁感線穿過(guò)右手掌心，大姆指指向?qū)Ь€的運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向這一側(cè)的導(dǎo)體端電勢(shì)高注意：切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，感應(yīng)電流流向高電勢(shì)那端；外導(dǎo)體中的電流流向低電勢(shì)處(2)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的判斷其電動(dòng)勢(shì)大小為 EnSBt.判斷時(shí)先由楞次定律和安培定則確定感應(yīng)電流方向(若電路斷路，則假設(shè)構(gòu)建它

12、通路)，然后根據(jù)變化磁場(chǎng)之內(nèi)的電路電流流向高電勢(shì)、變化磁場(chǎng)之外的電路電流流向低電勢(shì)來(lái)判斷電勢(shì)的高低例3：(江蘇2013 屆一模)如圖10-2-9所示，固定的光滑金屬導(dǎo)軌間距為 L，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，上端 a、b 間接有阻值為 R的電阻，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，且處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中質(zhì)量為 m、電阻為 r 的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連后放在導(dǎo)軌上初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有沿軌道向上的初速度 v0.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸已知彈簧的勁度系數(shù)為 k，彈簧的中心軸線與導(dǎo)軌平行(1)求初始時(shí)刻通過(guò)電阻 R 的電流 I 的大小和方向(2

13、)當(dāng)導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時(shí)，速度變?yōu)?v，求此時(shí)導(dǎo)體棒的加速度大小 a.(3)導(dǎo)體棒最終靜止時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為 Ep，求導(dǎo)體棒從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直到停止的過(guò)程中，電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱 Q.圖 10-2-9審題突破：此題的關(guān)鍵是感應(yīng)電流電流通過(guò)R 產(chǎn)生焦耳熱，電流通過(guò)導(dǎo)體棒使導(dǎo)體受到磁場(chǎng)力的作用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)屬于平動(dòng)類型，磁場(chǎng)、有效切割長(zhǎng)度不變，但速度不斷改變，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷改變，感應(yīng)電流也不斷改變電路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q 需要利用能量守恒求解圖10-2-10題外拓展：本類題的最大的特點(diǎn)是電磁學(xué)與力學(xué)知識(shí)相結(jié)合，應(yīng)注意：1.受力分析，如重力、支持力、摩擦力、安培力等；找出關(guān)鍵信息，如“靜止”、“勻速”、“勻加速”等，建立方程.2.運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，找出每個(gè)過(guò)程的物理關(guān)系式.3.功能關(guān)系的熟練運(yùn)用，如重力、安培力、摩擦力等做功情況，以及與之對(duì)應(yīng)的能量變化關(guān)系.,本題中，若改變磁場(chǎng)的大小，導(dǎo)體棒最終靜止時(shí)，電阻R 產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)如何變化？【觸類旁通】3(201