第九章 電磁感應(yīng)2

第2節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用-2-一、法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)概念:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象

中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。

(2)產(chǎn)生條件:穿過(guò)回路的磁通量

發(fā)生改變,與電路是否閉合

無(wú)關(guān)

。

(3)方向判斷:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用楞次定律

或右手定則

判斷。

2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率

成正比。

(2)公式:

,其中n為線圈匝數(shù)

。

-3-3.導(dǎo)體棒切割磁感線常見(jiàn)的情況

-4-二、自感和渦流1.自感現(xiàn)象當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),它產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)不僅在鄰近的電路中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),同樣也在它本身激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這種由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。2.自感電動(dòng)勢(shì)(1)定義:在自感現(xiàn)象

中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

(2)自感系數(shù)L①相關(guān)因素:與線圈的長(zhǎng)度

、形狀、匝數(shù)

以及是否有鐵芯有關(guān)。

②單位:亨利(H),1mH=10-3

H,1μH=10-6

H。

-5-3.渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),由于電磁感應(yīng),附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流

,這種電流像水的旋渦,所以叫渦流。

4.電磁阻尼導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙

導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。

5.電磁驅(qū)動(dòng)如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流

使導(dǎo)體受到安培力而使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

-6--7-1.將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中,線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,下列表述正確的是()A.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)B.穿過(guò)線圈的磁通量越大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大C.穿過(guò)線圈的磁通量變化越快,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向始終相同答案解析解析關(guān)閉感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)成正比,與磁通量的變化率成正比,與磁通量變化大小無(wú)直接關(guān)系,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向可能相同,故選項(xiàng)C正確。答案解析關(guān)閉C-8-2.(多選)無(wú)煙、無(wú)明火、無(wú)污染、不產(chǎn)生有害氣體、無(wú)微波輻射、高效節(jié)能等是電磁爐的優(yōu)勢(shì)所在。電磁爐是利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)的磁感線通過(guò)含鐵質(zhì)鍋底部時(shí),即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物。下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是()A.鍋體中的渦流是由恒定的磁場(chǎng)產(chǎn)生的B.恒定磁場(chǎng)越強(qiáng),電磁爐的加熱效果越好C.鍋體中的渦流是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的D.提高磁場(chǎng)變化的頻率,可提升電磁爐的加熱效果答案解析解析關(guān)閉渦流是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的,故鍋體內(nèi)是變化的磁場(chǎng),由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,磁場(chǎng)變化頻率越高,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,故C、D正確。答案解析關(guān)閉CD-9-3.關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),下列說(shuō)法中正確的是()A.線圈中的磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大B.線圈放在磁感應(yīng)強(qiáng)度越大的地方,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定越大C.線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2V,則穿過(guò)線圈的磁通量的變化率一定為2Wb/sD.線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2V,則線圈電源的“-”極比“+”極電勢(shì)低2V答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-10-4.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng),MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1;若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋2。通過(guò)電阻R的電流方向及E1與E2之比E1∶E2分別為()A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2答案解析解析關(guān)閉桿MN向右勻速滑動(dòng),由右手定則判知,通過(guò)R的電流方向?yàn)閍→c;又因?yàn)镋=BLv,所以E1∶E2=1∶2,故選項(xiàng)C正確。答案解析關(guān)閉C-11-5.(多選)如圖所示,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻r不能忽略。A、B是兩個(gè)相同的小燈泡,L是一個(gè)自感系數(shù)相當(dāng)大的線圈。關(guān)于這個(gè)電路的以下說(shuō)法正確的是()A.開(kāi)關(guān)閉合到電路中電流穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi),A燈立刻亮,而后逐漸變暗,最后亮度穩(wěn)定B.開(kāi)關(guān)閉合到電路中電流穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi),B燈立刻亮,而后逐漸變暗,最后亮度穩(wěn)定C.開(kāi)關(guān)由閉合到斷開(kāi)的瞬間,A燈閃亮一下再熄滅D.開(kāi)關(guān)由閉合到斷開(kāi)的瞬間,電流自右向左通過(guò)A燈答案解析解析關(guān)閉開(kāi)關(guān)閉合到電路中電流穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi),因?yàn)殡娫磧?nèi)阻不可忽略,隨著自感線圈阻礙作用的減弱,電路中電流增大,路端電壓減小,A燈首先立刻亮,而后逐漸變暗,最后亮度穩(wěn)定,B燈逐漸變亮,最后亮度穩(wěn)定,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。開(kāi)關(guān)由閉合到斷開(kāi)的瞬間,電流自右向左通過(guò)A燈,但A燈不會(huì)閃亮一下再熄滅,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。答案解析關(guān)閉AD-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三(2015·重慶理綜,4)如圖為無(wú)線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為n,面積為S。若在t1到t2時(shí)間內(nèi),勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于線圈軸線向右穿過(guò)線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到B2,則該段時(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢(shì)差φa-φb()答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三解題探究:①a和b之間的電勢(shì)差是否恒定?②能否判斷a、b兩端哪端電勢(shì)高?提示:恒定。

提示:根據(jù)楞次定律可判定。

-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一矩形閉合線圈abcd,線圈平面與磁場(chǎng)垂直。已知線圈的匝數(shù)N=100,邊長(zhǎng)ab=1.0m、bc=0.5m,電阻r=2Ω。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0~1s內(nèi)從零均勻變化到0.2T。在1~5s內(nèi)從0.2T均勻變化到-0.2T,取垂直紙面向里為磁場(chǎng)的正方向。求:

(1)0.5s時(shí)線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E和感應(yīng)電流的方向;(2)在1~5s內(nèi)通過(guò)線圈的電荷量q;(3)在0~5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱Q。答案:(1)10

V

adcba(或逆時(shí)針)

(2)10

C

(3)100

J-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1考點(diǎn)三-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算

1.公式E=Blv的使用條件(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(2)B、l、v三者相互垂直。-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練22.E=Blv的“四性”(1)正交性:本公式是在一定條件下得出的,除磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,還需B、l、v三者互相垂直。(2)瞬時(shí)性:若v為瞬時(shí)速度,則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)有效性:公式中的L為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度。如圖,棒的有效長(zhǎng)度為ab間的距離。

(4)相對(duì)性:E=Blv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也在運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(2015全國(guó)理綜Ⅱ,15)如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長(zhǎng)度為l。下列判斷正確的是()A.Ua>Uc,金屬框中無(wú)電流B.Ub>Uc,金屬框中電流方向沿a—b—c—aC.Ubc=,金屬框中無(wú)電流D.Uac=,金屬框中電流方向沿a—c—b—a解題探究:三角形轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),切割磁感線的是哪幾條邊?提示:bc、ac。

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2注:l為切割磁感線的有效長(zhǎng)度。

-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例2對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(2015·安徽理綜,19)如圖所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。已知金屬桿MN傾斜放置,與導(dǎo)軌成θ角,單位長(zhǎng)度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(dòng)(金屬桿滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好)。則()

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3通電自感和斷電自感

1.自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)(1)自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。(2)通過(guò)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(shí),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(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。-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練32.自感中“閃亮”與“不閃亮”問(wèn)題

-27-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3(多選)如圖甲、乙所示,電路中的電阻R和自感線圈L的電阻值都很小,且小于燈泡A的電阻,接通S,使電路達(dá)到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則()

A.在電路甲中,斷開(kāi)S后,A將逐漸變暗B.在電路甲中,斷開(kāi)S后,A將先變得更亮,然后才逐漸變暗C.在電路乙中,斷開(kāi)S后,A將逐漸變暗D.在電路乙中,斷開(kāi)S后,A將先變得更亮,然后才逐漸變暗答案解析解析關(guān)閉題圖甲所示電路中,燈A和線圈L串聯(lián),電流相同,斷開(kāi)S時(shí),線圈上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙原電流的減小,通過(guò)R、A形成回路,燈A逐漸變暗。題圖乙所示電路中,電阻R和燈A串聯(lián),燈A和電阻R的總電阻大于線圈L的電阻,電流則小于線圈L中的電流,斷開(kāi)S時(shí),電源不給燈供電,而線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小,通過(guò)R、A形成回路,燈A中電流比原來(lái)大,變得更亮,然后逐漸變暗。答案解析關(guān)閉AD-28-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3規(guī)律總結(jié):分析自感現(xiàn)象的兩點(diǎn)注意(1)通過(guò)自感線圈中的電流不能發(fā)生突變,即通電過(guò)程中,電流是逐漸變大,斷電過(guò)程中,電流是逐漸變小,此時(shí)線圈可等效為“電源”,該“電源”與其他電路元件形成回路。(2)斷電自感現(xiàn)象中燈泡是否“閃亮”問(wèn)題的判斷,在于對(duì)電流大小的分析,若斷電后通過(guò)燈泡的電流比原來(lái)強(qiáng),則燈泡先閃亮后再慢慢熄滅。-29-考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三例3對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3如圖所示,電路中L是一電阻可忽略不計(jì)的電感線圈,a、b為L(zhǎng)上的左右兩端點(diǎn),A、B、C為完全相同的三個(gè)燈泡,原來(lái)開(kāi)關(guān)S是閉合的,三個(gè)燈泡均在發(fā)光。某時(shí)刻將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),則下列說(shuō)法正確的是()

A.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn),A燈閃亮后緩慢熄滅B.b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),B、C燈閃亮后緩慢熄滅C.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn),B、C燈閃亮后緩慢熄滅D.b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),B、C燈不會(huì)閃亮只是緩慢熄滅答案解析解析關(guān)閉開(kāi)關(guān)S閉合電路穩(wěn)定時(shí),電感線圈支路的總電阻較B、C燈支路的電阻小,故流過(guò)A燈的電流I1大于流過(guò)B、C燈的電流I2。通過(guò)電感線圈的電流方向由a到b,a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),由于與電源斷開(kāi),電感線圈會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象,相當(dāng)于電源,電流由b點(diǎn)流出,b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),阻礙流過(guò)A燈的電流減小,瞬間流過(guò)B、C燈支路的電流I1>I2,故B、C燈閃亮一下后再緩慢熄滅,A燈緩慢熄滅,故B正確。答案解析關(guān)閉B-30-123451.(多選)如圖甲所示,電路中螺線管匝數(shù)n=1500匝,橫截面積

S=20cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF。在一段時(shí)間內(nèi),穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的規(guī)律變化如圖乙所示。則下列說(shuō)法中正確的是()

A.螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1VB.閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率為5×10-2WC.電路中的電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電D.S斷開(kāi)后,流經(jīng)R2的電荷量為1.8×10-5C答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-31-123452.(2015·江蘇單科,4)如圖所示,用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同,邊長(zhǎng)MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態(tài)。若磁場(chǎng)發(fā)生微小變化,天平最容易失去平衡的是()答案解析解析關(guān)閉由于線圈匝數(shù)相同,線圈中電流大小相等,由F安=nBIL可知線圈容易失去平衡的是處在磁場(chǎng)中有效長(zhǎng)度大的,本題只有選項(xiàng)A正確。答案解析關(guān)閉A-32-123453.某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象,自己找來(lái)帶鐵芯的線圈L、小燈泡A、開(kāi)關(guān)S和電池組E,用導(dǎo)線將它們連接成的電路如圖所示。檢查電路后,閉合開(kāi)關(guān)S,小燈泡發(fā)光;再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)多次重復(fù),仍未見(jiàn)老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出原因。你認(rèn)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)較大答案解析解析關(guān)閉在斷電自感現(xiàn)象中,斷電時(shí)線圈與小燈泡構(gòu)成回路,線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,線圈相當(dāng)于電源,與原電源內(nèi)阻無(wú)關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;如果小燈泡電阻偏大,則通過(guò)線圈的電流較大,斷電時(shí)可能看到顯著的小燈泡閃亮現(xiàn)象和延時(shí)熄滅現(xiàn)象,