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,考點(diǎn) 1,法拉第電磁感應(yīng)定律,1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(dòng)勢(shì)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(chǎng) B 發(fā)生變化,時(shí)，En,SB . t,當(dāng)磁場(chǎng) B 不變，垂直于磁場(chǎng)的線圈面積 S 發(fā)生變化時(shí)，,En,BS t,.,2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.,BLv,(2)當(dāng) B、L、v 三者兩兩垂直時(shí)：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(jì)算部分導(dǎo)體在勻

2、強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感 線運(yùn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小 式中為 B 和 v 的方向夾角，L 為切割磁感線的有效長(zhǎng)度,3兩個(gè)公式的區(qū)別,平均,瞬時(shí),有當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時(shí)，算出的才是瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì) (2)EBLvsin常用于計(jì)算_電動(dòng)勢(shì)若 v 為平均速 度，算出的就是平均電動(dòng)勢(shì).,【跟蹤訓(xùn)練】 1在我國(guó)的某港口使用天車吊運(yùn)集裝箱，若豎直吊掛集裝 箱的鋼絲繩長(zhǎng)為 L，且正吊著貨物以速度 v 由西向東運(yùn)行若 此地地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，其方向與水平面的夾角為,，則此鋼絲繩產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(),B,A.上端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為BLvsin B.上端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大

3、小為BLvcos C.下端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為BLvsin D.下端為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為BLvcos,2如圖 1021 甲所示，A、B 是兩個(gè)同心圓，半徑之比 RARB21，A、B 是由相同材料、粗細(xì)一樣的導(dǎo)體做成的， 小圓 B 外無磁場(chǎng)，B 內(nèi)磁場(chǎng)的變化如圖乙所示，求 A、B 中電 流大小之比(不計(jì)兩圓中電流形成磁場(chǎng)的相互作用),圖 1021,即 A、B 中電流大小之比為 21.,考點(diǎn) 2,自感和渦流,電磁感應(yīng),1自感現(xiàn)象：自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是 由于導(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,阻礙,相反,相同,

4、2自感電動(dòng)勢(shì)的方向：由楞次定律知，自感電動(dòng)勢(shì)總是 _原來導(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_,突變,延遲,3自感系數(shù) L：它由線圈_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)增大很多自感系數(shù)的,單位是_,本身,大,亨(H),啟動(dòng)器,4自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止,產(chǎn)生瞬時(shí)高壓,降壓限流,(1)應(yīng)用：如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器，無線電設(shè)備中和電容 器一起組成的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

5、日光燈啟動(dòng)時(shí)起到開關(guān)作用，正常工 作時(shí)斷開；鎮(zhèn)流器的作用是在燈開始點(diǎn)亮?xí)r起_ 的作用，在日光燈正常發(fā)光時(shí)起_作用,(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 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_,雙線,渦流,A合上開關(guān) S 接通電路時(shí)，L2 先亮 L1 后亮，最后一樣亮 B合上開關(guān) S 接通電路時(shí)，L1 和 L2 始終 一樣亮 C斷開開關(guān) S 切斷電路時(shí)，L2 立即熄滅，,【跟蹤訓(xùn)練】 3如圖 1022 所示的電路中，L1、L2 為完全相同的燈,泡，線圈 L 的電阻

6、忽略不計(jì)下列說法中正確的是(),L1 過一會(huì)兒才熄滅,D斷開開關(guān) S 切斷電路時(shí)，L1、L2 同時(shí)立即熄滅,圖 1022,解析：接通電路時(shí)，由于線圈的自感作用，L1 支路相當(dāng)于 斷路，電流增大得慢，L1 后亮；穩(wěn)定后，線圈的作用消失，又 相當(dāng)于短路，L1、L2 并聯(lián)，亮度一樣；斷開開關(guān)，都過一會(huì)兒 才熄滅 答案：A,4(雙選)如圖 1023 所示，A、B 為大小、形狀均相同 且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度 兩個(gè)相同的磁性小球，同時(shí)從 A、B 管上端的管口無初速度釋 放，穿過 A 管的小球比穿過 B 管的小球先落到地面，下面對(duì)于,兩管的描述中可能正確的是(,),AA 管是

7、用塑料制成的，B 管是用銅制成的 BA 管是用鋁制成的，B 管是用膠木制成的 CA 管是用膠木制成的，B 管是用塑料制,成的,DA 管是用膠木制成的，B 管是用鋁制成的,圖 1023,解析：磁性小球穿過銅管或鋁管時(shí)，管中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 又據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙小球的下落；而 當(dāng)小球穿過塑料管或膠木管時(shí)，管中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，小球做 自由落體運(yùn)動(dòng)故選項(xiàng) A、D 正確,答案：AD,熱點(diǎn) 1,法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,【例 1】(2010 年江蘇卷)一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線 框平面與磁場(chǎng)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(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍，接著保持

8、增大后的磁 感應(yīng)強(qiáng)度不變,在 1 s 時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均勻地減小到原,來的一半.先后兩個(gè)過程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為(,),A,1 2,B1,C2,D4,答案：B,利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式 EBLv 計(jì)算時(shí)，L 應(yīng)是等效長(zhǎng)度，即垂 直切割磁感線的長(zhǎng)度.,解析：本題考查電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,小相等，選B.,D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值 E Bav,【觸類旁通】 1(雙選)如圖 1024 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(chǎng)， 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(chǎng)， 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)

9、入,磁場(chǎng)為止，下列結(jié)論正確的是(),A感應(yīng)電流方向不變 BCD 段直線始終不受安培力 C感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值 E2Bav,1 4,圖 1024,解析：在閉合電路進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，通過閉合電路的磁 通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方 向不變，A 正確根據(jù)左手定則可以判斷，CD 段受安培力向下， B 錯(cuò)誤當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場(chǎng)一半時(shí)，等效長(zhǎng)度最大為 a，,答案：AD,熱點(diǎn) 2,與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相關(guān)的問題,【例 2】(2011 年廣雅中學(xué)模擬)兩根相距為 L 的足夠長(zhǎng)的 平行金屬直角導(dǎo)軌 MNP 與 MNP 如圖 1025 所示那樣放 置，MN 與 MN在同一水平面內(nèi)，NP 與 NP沿豎

10、直方向水 平金屬細(xì)桿 ab、cd 分別與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，cd 桿 質(zhì)量為 m、與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回 路總電阻為 R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向豎直向 下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng) ab 桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力作用下以 某一速度沿導(dǎo)軌勻速向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd 桿恰好豎直向下勻速運(yùn) 動(dòng)重力加速度為 g.求：,(1)通過 cd 桿的電流大小和方向；,(2)ab 桿向左勻速運(yùn)動(dòng)的速度 v 多大？,圖 1025,答題規(guī)范解：(1)cd 桿向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè) cd 桿與導(dǎo)軌,的摩擦力為 fcd，安培力為 Fcd，有,mgfcd,fcdFcd,FcdBIL 由式得通過 cd 桿

11、的電流,備考策略：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.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)過程分析，找出每個(gè)過程的物理關(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.,【觸類旁通】 2(雙選，2011 年珠海模擬)如圖 1026 所示，間距為 L 的平行金屬導(dǎo)軌上有一電阻為 r 的金屬棒 ab 與導(dǎo)軌接觸良好 導(dǎo)軌一端連接電阻 R，其他電阻不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，金屬,AC,棒 ab 以速度 v 向右做勻速運(yùn)動(dòng)，則() A回路中電流為逆時(shí)

12、針方向 B電阻 R 兩端的電壓為 BLv Cab 棒受到的安培力的方向向左,Dab 棒中電流大小為,BLv r,圖 1026,易錯(cuò)點(diǎn),忽略公式 EBLv 應(yīng)用的條件,【例題】如圖 1027 所示，長(zhǎng)為 6 m 的導(dǎo)體 MN 在磁感 應(yīng)強(qiáng)度 B0.1 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以 MN 上的一點(diǎn) O 為軸，沿著 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)角速度5 rad/s，O 點(diǎn)距 M 端為 2 m，求 MN 的電勢(shì)差 圖 1027,錯(cuò)解分析：有的同學(xué)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 EBLv 和,vL 得出 EBL2,斷路時(shí)導(dǎo)體端電壓等于電動(dòng)勢(shì) 得 UNOENOBNO28 V UMOEMOBMO22 V 所以 UMNUMUN,UMUO(UNUO)UMOUNO6 V.,出錯(cuò)的原因是因?yàn)椴磺宄ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律的導(dǎo)出公式,EBLv 是有條件的它適用于導(dǎo)體平動(dòng)且速度方向垂直于磁感,線方向的特殊情況，不符合本題的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，本題用錯(cuò)了公式,正確解析：因?qū)w繞 O 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，則 NO 段產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng),勢(shì)為,指點(diǎn)迷津：由于法拉第電磁感應(yīng)定律 EBLv 適用于導(dǎo)體,平動(dòng)且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況，故可將轉(zhuǎn)動(dòng)問,題轉(zhuǎn)化為平動(dòng)問題作等效處理.因?yàn)?vL，可以用導(dǎo)體中點(diǎn)的,速度