高三一輪電磁感應(yīng)第二節(jié)課課件

第2節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律自感、渦流4、與感應(yīng)電流的關(guān)系：遵守閉合電路歐姆定律，即：一．感應(yīng)電動勢1、概念：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢．2、條件：無論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就一定有感應(yīng)電動勢．3、方向：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)于電源內(nèi)阻，其中電流方向由低電勢指向高電勢．B減小B減小+-5．感生電場與感生電動勢、動生電動勢(1)感生電場：磁場變化時(shí)在周圍空間激發(fā)出的

．(2)感生電動勢：由

產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做感生電動勢．(3)動生電動勢：由于

而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做動生電動勢．導(dǎo)體運(yùn)動電場感生電場(1)感生電動勢和動生電動勢都屬于感應(yīng)電動勢，但二者產(chǎn)生機(jī)理有所不同．(2)在實(shí)際的感應(yīng)電動勢中，可能既有感生電動勢，同時(shí)也有動生電動勢．二．法拉第電磁感應(yīng)定律1、法拉第電磁感應(yīng)定律⑴內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比．⑵公式：(n為線圈的匝數(shù))特別提醒：①感應(yīng)電動勢的大小由穿過電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)n共同決定，而與磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系．③通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān)，與時(shí)間長短無關(guān)．②用公式求感應(yīng)電動勢時(shí)，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積[思路點(diǎn)撥]求電荷量要從電流的平均值來考慮．【例與練】穿過閉合回路的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的圖象分別如下圖①～④所示．下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的論述中正確的是()A．圖①中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變B．圖②中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大C．圖③中，回路在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D．圖④中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小再變大D【例與練】如下圖所示，三個(gè)相同的金屬圓環(huán)內(nèi)存在不同的有界勻強(qiáng)磁場，虛線表示環(huán)的某條直徑．已知所有磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系都滿足B＝kt，方向如圖所示．測得A環(huán)中感應(yīng)電流強(qiáng)度為I，則B環(huán)和C環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流強(qiáng)度分別為()A．IB＝I，IC＝0 B．IB＝I，IC＝2IC．IB＝2I，IC＝2I

D．IB＝2I，IC＝0D【例與練】一個(gè)由電阻均勻的導(dǎo)線繞制成的閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，線圈平面與磁場方向成60°角，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，用下列哪種方法可使感應(yīng)電流增加一倍()A．把線圈匝數(shù)增加一倍B．把線圈面積增加一倍C．把線圈半徑增加一倍D．改變線圈與磁場方向的夾角解析：設(shè)導(dǎo)線的電阻率為ρ，橫截面積為S0，線圈的半徑為r，則:C2．某地的地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下，大小為4.5×10－5T.一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00m，該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過．設(shè)落潮時(shí)，海水自西向東流，流速為2m/s.下列說法正確的是()A．電壓表記錄的電壓為5mVB．電壓表記錄的電壓為9mVC．河南岸的電勢較高D．河北岸的電勢較高解析：由于海水自西向東流，由左手定則可判斷海水中的正離子所受磁場力向北，負(fù)離子所受磁場力向南，所以河北岸電勢較高，D正確；電壓表的示數(shù)E＝B⊥Lv＝4.5×10－5×100×2V＝9×10－3V＝9mV，B正確．答案：BD經(jīng)典題型探究公式E＝nΔΦ/Δt的應(yīng)用有一面積為S＝100cm2的金屬環(huán)如圖9－2－3甲所示，電阻為R＝0.1Ω，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖乙所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在t1到t2時(shí)間內(nèi)(1)環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？(2)通過金屬環(huán)的電荷量為多少？例1【答案】(1)見解析(2)0.01C⑵運(yùn)動方向和磁感線方向垂直：E＝Blv.三、導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢⑴運(yùn)動方向和磁感線不垂直①E＝Blvsinθ；②θ為導(dǎo)線運(yùn)動方向跟磁感線方向的夾角．①本公式是在一定條件下得出的，除了磁場是勻強(qiáng)磁場外，還需B、l、v三者相互垂直．實(shí)際問題中當(dāng)它們不相互垂直時(shí)，應(yīng)取垂直的分量進(jìn)行計(jì)算．②導(dǎo)體平動切割磁感線時(shí)，若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動勢；若v為瞬時(shí)速度，則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢．應(yīng)用公式E=Blv時(shí)應(yīng)注意：1．導(dǎo)體平動切割磁感線③公式中的l為有效切割長度．棒的有效長度為ab的弦長甲：l＝cd·sinβ(容易錯(cuò)認(rèn)為l＝ab·sinβ)．乙：沿v1方向運(yùn)動時(shí)，l＝MN；沿v2方向運(yùn)動時(shí)，l＝0.丙圖：沿v1方向運(yùn)動時(shí)，l＝R沿v2方向運(yùn)動時(shí)，l＝0沿v3方向運(yùn)動時(shí)，l＝R丁：a、b、c、d四種情況的l相同。vvvvabcd?、蹺＝Blv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運(yùn)動時(shí)，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系．2導(dǎo)體棒以棒上某點(diǎn)為軸在垂直磁場平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：①導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸勻速轉(zhuǎn)動：②導(dǎo)體棒以棒中點(diǎn)為軸勻速轉(zhuǎn)動：E=0③導(dǎo)體棒以棒中任意點(diǎn)為軸勻速轉(zhuǎn)動：OωABOωAB（AO或BO兩點(diǎn)的電勢差不為零。）提示：往往用來求Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢；而E＝Blvsinθ常用來求瞬時(shí)感應(yīng)電動勢．但兩公式又是統(tǒng)一的，一般來說，公式適用于磁場變化求感應(yīng)電動勢，E＝Blv適用于切割磁感線求感應(yīng)電動勢．拓展：若一個(gè)金屬圓盤繞圓心勻速轉(zhuǎn)動，邊緣與圓心之間存在電勢差：OAω特別提醒：求通過回路的電量時(shí)必須求平均電動勢，再求平均電流，然后求電量。R特別提醒：(1)對公式E＝Blv，要在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù)．如果B、l、v中任意兩個(gè)量平行，則導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時(shí)不切割磁感線，E＝0.(2)若導(dǎo)線是曲線，則l應(yīng)是導(dǎo)線的有效長度，即當(dāng)導(dǎo)線垂直切割磁感線時(shí)，l是兩端點(diǎn)的連線在垂直于v方向上的投影長度．(3)整個(gè)回路中感應(yīng)電動勢為零時(shí)，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零．如圖9－2－4所示，水平面上固定一個(gè)間距L＝1m的光滑平行金屬導(dǎo)軌，整個(gè)導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌一端接阻值R＝9Ω的電阻．導(dǎo)軌上有質(zhì)量m＝1kg、電阻r＝1Ω、長度也為1m的導(dǎo)體棒，在外力的作用下從t＝0開始沿平行導(dǎo)軌方向運(yùn)動，其速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v＝2，不計(jì)導(dǎo)軌電阻．求：公式E＝Blv的應(yīng)用例2(1)t＝4s時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力的大??；(2)請?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出電流平方與時(shí)間的關(guān)系(I2－t)圖象，并通過該圖象計(jì)算出4s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量．(1)t＝4s時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力的大?。?2)請?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出電流平方與時(shí)間的關(guān)系(I2－t)圖象，并通過該圖象計(jì)算出4s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量．平行導(dǎo)軌間距為d，左端跨接一個(gè)電阻R，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面．一根金屬棒與導(dǎo)軌成θ角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)．當(dāng)金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導(dǎo)軌上滑行時(shí)，通過電阻R的電流是()2．(2009年高考山東理綜卷改編）如圖9－2－1所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是()A．感應(yīng)電流方向不變B．CD段直導(dǎo)線始終不受安培力C．感應(yīng)電動勢最大值Em＝Bav[例1]半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.2T，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a＝0.4m，b＝0.6m，金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R0＝2Ω，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(jì)．(1)若棒以v0＝5m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求棒滑動到圓環(huán)直徑OO′的瞬時(shí)(如圖所示)，MN中的電動勢和流過燈L1的電流．[思路點(diǎn)撥]

求解此題時(shí)需注意以下兩點(diǎn)：(1)“金屬棒MN滑動到圓環(huán)直徑OO′的瞬時(shí)”，切割磁感線的有效長度為磁場區(qū)域的直徑．(2)“以O(shè)O′為軸向上翻轉(zhuǎn)90°后”，隱含著線圈的有效面積減小一半．[答案]

(1)0.8V0.4A(2)1.28×10－2W【例與練】放在絕緣水平面上的兩條平行導(dǎo)軌MN和PQ之間寬度為L，在MNQP間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，B的方向垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，其他部分電阻不計(jì)．導(dǎo)軌右端接一電容為C的電容器，長為2L的金屬棒放在導(dǎo)軌上與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，其a端放在導(dǎo)軌PQ上．現(xiàn)將金屬棒以a端為軸，以角速度ω沿導(dǎo)軌平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°角，如圖所示，解答下列問題(設(shè)導(dǎo)軌長度比2L長得多)．(1)電阻R中流過的最大感應(yīng)電流；(2)通過電阻R的總電量．解析：(1)從ab棒以a端為軸旋，直到b端脫離導(dǎo)軌的過程中，其感應(yīng)電動勢不斷增大，對C不斷充電，同時(shí)又與R構(gòu)成回路，如圖所示．R上的最大電壓：通過R的最大電流：（2）ab脫離導(dǎo)軌前通過R的電量：ab棒轉(zhuǎn)動到d點(diǎn)時(shí)，電容哭器的帶電量：2．在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L＝0.4m，如圖所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1Ω的金屬桿cd，框架電阻不計(jì)．若桿cd在水平外力的作用下以恒定加速度a＝2m/s2，由靜止開始做勻變速運(yùn)動，求：(1)在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少？(2)第5s末回路中的電流多大？(3)第5s末作用在桿cd上的水平外力多大？答案：(1)0.4V(2)0.8A(3)0.164N兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0＝0.10Ω/m，導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l＝0.20m．有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020T/s.一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直．在t＝0時(shí)刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在t＝6.0s時(shí)金屬桿所受的安培力．感生電動勢、動生電動勢同時(shí)存在的問題【思路點(diǎn)撥】金屬桿運(yùn)動產(chǎn)生動生電動勢，磁場變化產(chǎn)生感生電動勢，回路中的總電動勢大小等于動生電動勢和感生電動勢之和．【規(guī)律總結(jié)】解答本題的關(guān)鍵是要能分析出回路中存在著兩個(gè)感應(yīng)電動勢——由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的感生電動勢和由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的動生電動勢，并且要分析清楚這兩個(gè)電動勢在回路中極性間的關(guān)系，即是同向的還是反向的．2．如右圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場，磁場寬度均為L.邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上．使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍芊从尘€框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖()二、自感和渦流1．自感現(xiàn)象：當(dāng)導(dǎo)體中電流發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個(gè)電動勢總是______導(dǎo)體中原來電流的______，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．自感電動勢阻礙變化大小圈數(shù)亨利(H)10－310－63自感電動勢的方向：當(dāng)回路中的電流增加時(shí)，自感電動勢和原來電流的方向相反；當(dāng)回路中的電流減小時(shí)，自感電動勢和原來電流的方向相同．自感對電路中的電流變化有延遲作用，使電流不能突變．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，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)現(xiàn)象在S閉合瞬間，燈A2立即亮起來，燈A1逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí)，燈A漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅原因由于開關(guān)閉合時(shí)，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，使流過燈A1的電流比流過燈A2的電流增加得慢S斷開時(shí)，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間；燈A中電流反向不會立即熄滅．若RL＜RA，原來的IL＞IA，則燈A熄滅前要閃亮一下．若RL≥RA，原來的電流IL≤IA，則燈A逐漸熄滅不再閃亮一下(1)通電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加且與電流方向相反，使電流相對緩慢地增加．(2)斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同，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的IL逐漸變?。?3)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．(4)電流穩(wěn)定時(shí)，若線圈有電阻時(shí)就相當(dāng)于一個(gè)定值電阻，若不計(jì)線圈的電阻時(shí)就相當(dāng)于一根導(dǎo)線．(5)通電瞬間含電感的電路相當(dāng)于斷路,斷電時(shí)電感線圈相當(dāng)于一個(gè)電源1.如圖所示的電路中，A1和A2是完全相同的燈泡，線圈L的電阻可以忽略．下列說法中正確的是()A.合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A2先亮，A1后亮，然后一樣亮B.合上開關(guān)S接通電路時(shí)，A1和A2始終一樣亮C.斷開開關(guān)S切斷電路時(shí)，A2立刻熄滅，A1過一會兒才熄滅D.斷開開關(guān)S切斷電路時(shí)，A1和A2都要過一會兒才熄滅解析：通電瞬間，L中有自感電動勢產(chǎn)生，與L在同一支路的燈A1要逐漸變亮，而A2和電源構(gòu)成回路，A2立刻亮；穩(wěn)定后A1與A2并聯(lián)，兩燈一樣亮．?dāng)嚅_開關(guān)瞬間，L中有自感電動勢，相當(dāng)于電源，與A1、A2構(gòu)成回路，所以兩燈都過一會兒才熄滅．選項(xiàng)AD正確．答案：AD例2：如圖所示，E為電池，L是電阻可忽略不計(jì)、自感系數(shù)足夠大的線圈，D1、D2是兩個(gè)規(guī)格相同的燈泡，S是控制電路的開關(guān)．對于這個(gè)電路，下列說法正確的是()A.剛閉合S的瞬間，通過D1、D2的電流大小相等B.剛閉合S的瞬間，通過D1、D2的電流大小不相等C.閉合S待電路達(dá)到穩(wěn)定，D1熄滅，D2比原來更亮D.閉合S待電路達(dá)到穩(wěn)定，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅【點(diǎn)撥】剛閉合S的瞬間由于電感的自感作用，兩個(gè)燈泡串聯(lián)在一起；電路穩(wěn)定后電感中有電流流過后，D1處于短路狀態(tài)；電路達(dá)到穩(wěn)定再將S斷開的瞬間，L和D1組成閉合回路．解析：剛閉合S的瞬間由于電感的自感作用，電流不會立即從電感中流過，兩個(gè)燈泡串聯(lián)在一起，因此通過D1、D2的電流大小相等；電路穩(wěn)定后電感中有電流流過后，D1處于短路狀態(tài)；電路達(dá)到穩(wěn)定再將S斷開瞬間，L和D1組成閉合回路．答案：ACD點(diǎn)睛筆記解決自感問題應(yīng)首先確定電源即電路中的自感線圈，分析電路的串并聯(lián)關(guān)系，找出電流的流向.[例3]

如圖所示的電路中，三個(gè)相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接，電感的電阻忽略不計(jì)．開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí)，下列判斷正確的有()A．a(chǎn)先變亮，然后逐漸變暗B．b先變亮，然后逐漸變暗C．c先變亮，然后逐漸變暗D．b、c都逐漸變暗[思路點(diǎn)撥]分析此類問題應(yīng)先明確原電流的方向，然后判斷自感電流的方向及大小變化．在斷開開關(guān)時(shí)還要看線圈和用電器能不能形成回路．[自主解答]

a、b、c三個(gè)燈泡相同，設(shè)S閉合時(shí)通過三個(gè)燈泡的電流均是I，則L1中的電流為2I，L2中的電流為I.在S斷開瞬間，L1中的電流由2I逐漸減小，L2的電流由I逐漸減小，L1、L2中的產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同，故b、c兩燈的電流逐漸減小，即b、c兩燈逐漸變暗，B、C錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；兩個(gè)支路的電流匯集后為2I通過a燈，a燈電流由2I反向減弱，故a燈中的先變亮再逐漸變暗，即A正確．[答案]

AD如圖9－2－8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(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值．在t＝0時(shí)刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時(shí)間后，在t＝t1時(shí)刻斷開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【規(guī)律總結(jié)】

(1)自感線圈中的電流增加時(shí)，電流增加的越來越慢，電流減小時(shí)，減小的越來越慢．(2)斷電時(shí)，線圈中的電流方向不變．3．渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生像_________狀的感應(yīng)電流．(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時(shí)，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到_________，安培力的方向總是_________導(dǎo)體的運(yùn)動．(2)電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會