第2講-法拉第電磁感應定律-自感-渦流課件

第2講法拉第電磁感應定律自感渦流第2講法拉第電磁感應定律自感渦流一、法拉第電磁感應定律1.感應電動勢(1)概念：在______________中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的________發(fā)生改變，與電路是否閉合______。(3)方向判斷：感應電動勢的方向用__________或__________判斷。知識要點電磁感應現(xiàn)象磁通量無關楞次定律右手定則一、法拉第電磁感應定律1.感應電動勢知識要點電磁感應現(xiàn)象磁通3.導體切割磁感線的情形(1)若B、l、v相互垂直，則E＝______。(2)v∥B時，E＝0。2.法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的_________成正比。變化率歐姆Blv3.導體切割磁感線的情形2.法拉第電磁感應定律變化率歐姆Bl二、自感、渦流1.自感現(xiàn)象(1)概念：由于導體本身的______變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。(2)自感電動勢①定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫做____________。②表達式：E＝______。(3)自感系數(shù)L①相關因素：與線圈的______、形狀、______以及是否有鐵芯有關。②單位：亨利(H)，1mH＝_____H，1μH＝_____H。電流自感電動勢大小匝數(shù)10－310－6二、自感、渦流1.自感現(xiàn)象電流自感電動勢大小匝數(shù)10－3102.渦流(1)渦流：當線圈中電流變化時，附近的任何導體(如金屬塊)中產(chǎn)生的旋渦狀_____________。(2)產(chǎn)生原因：金屬塊內(nèi)________變化→感應電動勢→感應電流。3.電磁阻尼當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是______導體的相對運動。4.電磁驅(qū)動如果磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生__________使導體受到安培力而運動起來。感應電流磁通量阻礙感應電流2.渦流感應電流磁通量阻礙感應電流1.如圖1所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中。在Δt時間內(nèi)，磁感應強度的方向不變，大小由B均勻地增大到2B。在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢為(

)答案B基礎診斷圖11.如圖1所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與2.如圖2所示，在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動，MN中產(chǎn)生的感應電動勢為E1；若磁感應強度增為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)镋2。則通過電阻R的電流方向及E1與E2之比為(

)A.c→a，2∶1 B.a→c，2∶1C.a→c，1∶2 D.c→a，1∶2答案C圖22.如圖2所示，在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場3.金屬探測器已經(jīng)廣泛應用于安檢場所。關于金屬探測器，下列說法正確的是(

)A.金屬探測器可用于食品生產(chǎn)，防止細小的沙石顆?；烊胧称分蠦.金屬探測器探測地雷時，探測器的線圈中產(chǎn)生渦流C.金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應出渦流D.探測過程中金屬探測器與被測物體相對靜止或相對運動探測效果相同圖33.金屬探測器已經(jīng)廣泛應用于安檢場所。關于金屬探測器，下列說解析金屬探測器只能探測金屬，不能防止細小的沙石顆?；烊胧称分?，選項A錯誤；金屬探測器探測金屬時，被測金屬中感應出渦流，選項B錯誤，C正確；探測過程中金屬探測器應與被測物體相對運動，相對靜止時無法得到探測結果，選項D錯誤。答案C解析金屬探測器只能探測金屬，不能防止細小的沙石顆?；烊胧称?.如圖4所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其電阻忽略不計，LA、LB是兩個相同的燈泡，且在下列實驗中不會燒毀，電阻R2阻值約等于R1的兩倍，則(

)A.閉合開關S時，LA、LB同時達到最亮，且LB更亮一些B.閉合開關S時，LA、LB均慢慢亮起來，且LA更亮一些C.斷開開關S時，LA慢慢熄滅，LB馬上熄滅D.斷開開關S時，LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅圖44.如圖4所示，電感線圈L的自感系數(shù)足夠大，其電阻忽略不計，解析由于燈泡LA與線圈L和R1串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)，當S閉合瞬間，通過線圈的電流突然增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，所以LB比LA先亮，A、B項錯誤；由于LA所在的支路電阻阻值較小，故穩(wěn)定時電流較大，即LA更亮一些，當S斷開瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，兩燈組成的串聯(lián)電路中，電流從線圈中穩(wěn)定工作時電流大小開始減小，即從IA減小，故LA慢慢熄滅，LB閃亮后才慢慢熄滅。C項錯誤，D項正確。答案D解析由于燈泡LA與線圈L和R1串聯(lián)，燈泡LB與電阻R2串聯(lián)1.決定感應電動勢大小的因素法拉第電磁感應定律的理解和應用1.決定感應電動勢大小的因素法拉第電磁感應定律的理解和應用2.磁通量變化通常有兩種方式2.磁通量變化通常有兩種方式【例1】(多選)(2019·全國Ⅰ卷，20)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時間變化的勻強磁場，其邊界如圖5(a)中虛線MN所示。一硬質(zhì)細導線的電阻率為ρ、橫截面積為S，將該導線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心O在MN上。t＝0時磁感應強度的方向如圖(a)所示；磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖(b)所示。則在t＝0到t＝t1的時間間隔內(nèi)(

)圖5【例1】(多選)(2019·全國Ⅰ卷，20)空間存在一方向第2講-法拉第電磁感應定律-自感-渦流課件答案BC答案BC1.(多選)粗細均勻的導線繞成匝數(shù)為n、半徑為r的圓形閉合線圈。線圈放在磁場中，磁場的磁感應強度隨時間均勻增大，線圈中產(chǎn)生的電流為I，下列說法正確的是(

)A.電流I與匝數(shù)n成正比B.電流I與線圈半徑r成正比C.電流I與線圈面積S成正比D.電流I與導線橫截面積S0成正比圖61.(多選)粗細均勻的導線繞成匝數(shù)為n、半徑為r的圓形閉合線答案BD答案BD2.(多選)(2020·山東省泰安市質(zhì)檢)如圖7甲所示，線圈兩端a、b與一電阻R相連，線圈內(nèi)有垂直于線圈平面向里的磁場，t＝0時刻起，穿過線圈的磁通量按圖乙所示的規(guī)律變化，下列說法正確的是(

)圖72.(多選)(2020·山東省泰安市質(zhì)檢)如圖7甲所示，線圈第2講-法拉第電磁感應定律-自感-渦流課件答案AC答案AC3.(2019·江蘇卷，14)如圖8所示，勻強磁場中有一個用軟導線制成的單匝閉合線圈，線圈平面與磁場垂直。已知線圈的面積S＝0.3m2、電阻R＝0.6Ω，磁場的磁感應強度B＝0.2T?，F(xiàn)同時向兩側拉動線圈，線圈的兩邊在Δt＝0.5s時間內(nèi)合到一起。求線圈在上述過程中(1)感應電動勢的平均值E；(2)感應電流的平均值I，并在圖中標出電流方向；(3)通過導線橫截面的電荷量q。圖83.(2019·江蘇卷，14)如圖8所示，勻強磁場中有一個用磁通量的變化ΔΦ＝BΔS代入數(shù)據(jù)得E＝0.12V。磁通量的變化ΔΦ＝BΔS代入數(shù)據(jù)得E＝0.12V。代入數(shù)據(jù)得I＝0.2A(電流方向如右圖)。(3)電荷量q＝IΔt代入數(shù)據(jù)得q＝0.1C。答案(1)0.12V

(2)0.2A電流方向見圖(3)0.1C代入數(shù)據(jù)得I＝0.2A(電流方向如右圖)。E＝Blv的三個特性(1)正交性：本公式要求磁場為勻強磁場，而且B、l、v三者任意兩者均互相垂直。(2)有效性：公式中的l為導體棒切割磁感線的有效長度。圖9中，導體棒的有效長度為a、b間的距離。導體棒平動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢——真題溯源之教材解讀圖9E＝Blv的三個特性導體棒平動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢——(3)相對性：E＝Blv中的速度v是導體棒相對磁場的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關系。(3)相對性：E＝Blv中的速度v是導體棒相對磁場的速度，若【例2】

[人教版選修3－2P21·T4]如圖4.5－6，單匝線圈ABCD在外力作用下以速度v向右勻速進入勻強磁場，第二次又以速度2v勻速進入同一勻強磁場。求：圖4.5－6單匝線圈在外力作用下勻速進入勻強磁場【例2】[人教版選修3－2P21·T4]如圖4.5－6，單(1)第二次進入與第一次進入時線圈中電流之比；(2)第二次進入與第一次進入時外力做功的功率之比；(3)第二次進入與第一次進入時線圈中產(chǎn)生熱量之比。(1)第二次進入與第一次進入時線圈中電流之比；答案(1)2∶1

(2)4∶1

(3)2∶1答案(1)2∶1(2)4∶1(3)2∶1【拓展提升1】

(多選)(2017·全國Ⅱ卷，20)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直。邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖10(a)所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正)。下列說法正確的是(

)圖10【拓展提升1】(多選)(2017·全國Ⅱ卷，20)兩條平行A.磁感應強度的大小為0.5TB.導線框運動的速度大小為0.5m/sC.磁感應強度的方向垂直于紙面向外D.在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內(nèi)，導線框所受的安培力大小為0.1NA.磁感應強度的大小為0.5T答案BC答案BC圖11圖11第2講-法拉第電磁感應定律-自感-渦流課件答案D答案D圖12圖12答案B答案B2.如圖13所示，在慶祝反法西斯勝利70周年閱兵盛典上，我國預警機“空警－2000”在通過天安門上空時機翼保持水平，以4.5×102km/h的速度自東向西飛行。該機的翼展(兩翼尖之間的距離)為50m，北京地區(qū)地磁場的豎直分量向下，大小為4.7×10－5T，則(

)A.兩翼尖之間的電勢差為2.9VB.兩翼尖之間的電勢差為1.1VC.飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢高D.飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢低圖132.如圖13所示，在慶祝反法西斯勝利70周年閱兵盛典上，我國解析飛機的飛行速度為4.5×102km/h＝125m/s，飛機兩翼尖之間的電動勢為E＝BLv＝4.7×10－5×50×125V＝0.29V，A、B項錯誤；飛機從東向西飛行，磁場豎直向下，根據(jù)右手定則可知，飛機左方翼尖的電勢高于右方翼尖的電勢，C項正確，D項錯誤。答案C解析飛機的飛行速度為4.5×102km/h＝125m/圖14導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢——真題溯源之教材解讀圖14導體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢——真題溯源之教材【例3】

[人教版選修3－2·P14·T7]1831年10月28日，法拉第在一次會議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(圖4.3－14甲)。它是利用電磁感應的原理制成的，是人類歷史上的第一臺發(fā)電機。據(jù)說，在法拉第表演他的圓盤發(fā)電機時，一位貴婦人問道：“法拉第先生，這東西有什么用呢？”法拉第答道：“夫人，一個剛剛出生的嬰兒有什么用呢？”【例3】[人教版選修3－2·P14·T7]1831年10月圖乙是這個圓盤發(fā)電機的示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸。使銅盤轉(zhuǎn)動，電阻R中就有電流通過。圖4.3－14法拉第的圓盤發(fā)電機圖乙是這個圓盤發(fā)電機的示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊(1)說明圓盤發(fā)電機的原理；(2)圓盤如圖示方向轉(zhuǎn)動，請判斷通過R的電流方向。解析(1)圓盤看作是由無數(shù)長度等于半徑的銅輻條組成的，在轉(zhuǎn)動圓盤時，每根輻條都做切割磁感線的運動。輻條和外電路恰好構成閉合電路，電路中便有電流產(chǎn)生。隨著圓盤不斷旋轉(zhuǎn)，總有一些半徑做切割磁感線運動，因此外電路中便有了持續(xù)不斷的電流。(2)根據(jù)右手定則知：電流從D點流出，因此通過R的電流方向為D→R→C。答案(1)見解析(2)D→R→C(1)說明圓盤發(fā)電機的原理；【拓展提升3】(多選)(2016·全國Ⅱ卷，20)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖15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磁場B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時，關于流過電阻R的電流，下列說法正確的是(

)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?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍圖15【拓展提升3】(多選)(2016·全國Ⅱ卷，20)法拉第圓答案AB答案AB圖16圖16答案B答案B1.(2015·全國Ⅱ卷)如圖17，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上。當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長度為l。下列判斷正確的是(

)圖171.(2015·全國Ⅱ卷)如圖17，直角三角形金屬框abc放答案C答案C圖18圖18第2講-法拉第電磁感應定律-自感-渦流課件答案AC答案AC1.自感現(xiàn)象的四大特點 (1)自感電動勢總是阻礙線圈中原電流的變化。 (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，自感線圈就相當于普通導體。 (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行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向。渦流、自感現(xiàn)象的理解及應用考向自感現(xiàn)象1.自感現(xiàn)象的四大特點渦流、自感現(xiàn)象的理解及應用考向自感現(xiàn)象2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，燈泡立刻變亮，然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，線圈中電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2>I1，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并【例4】

(2017·北京理綜，19)圖19甲和乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關S2，燈A2逐漸變亮。而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是(

)

甲乙圖19【例4】(2017·北京理綜，19)圖19甲和乙是教材中演A.圖甲中，A1與L1的電阻值相同B.圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C.圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同D.圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等A.圖甲中，A1與L1的電阻值相同解析

在圖甲中，斷開開關S1瞬間，L1與A1

構成閉合回路，通過燈A1的電流與L1相同，又因燈A1突然閃亮，即通過A1電流增大，則可推出，閉合S1待電路穩(wěn)定后，通過L1

的電流大于通過燈A1的電流，根據(jù)L1與A1并聯(lián)，所以L1的電阻小于A1的電阻，故選項A、B錯誤；在圖乙中，閉合開關S2，最終A2與A3亮度相同，即電流相同，所以L2與變阻器R的電阻相同；閉合開關S2的瞬間，L2中電流小于變阻器R中電流，故選項C正確，D錯誤。答案

C解析在圖甲中，斷開開關S1瞬間，L1與A1構成閉合回路，考向【例5】

鋪設海底金屬油氣管道時，焊接管道需要先用感應加熱的方法對焊口兩側進行預熱。將被加熱管道置于感應線圈中，當感應線圈中通以電流時管道發(fā)熱。下列說法中正確的是(

)渦流A.管道發(fā)熱是由于線圈中的電流直接流經(jīng)管道引起的B.感應加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱加熱管道的C.感應線圈中通以恒定電流時也能在管道中產(chǎn)生電流D.感應線圈中通以正弦交流電在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電圖20考向【例5】鋪設海底金屬油氣管道時，焊接管道需要先用感應加解析管道發(fā)熱是由于線圈的作用，導致管道有渦流，A錯誤；感應加熱是利用線圈變化的磁場，從而產(chǎn)生感應電流，形成渦流，B錯誤；感應線圈中通過恒定電流時，線圈磁場不變，從而無法產(chǎn)生電流，C錯誤；感應線圈中通以正弦交流電，在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電，D正確。答案D解析管道發(fā)熱是由于線圈的作用，導致管道有渦流，A錯誤；感應1.如圖21所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采用電磁感應原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變