[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)電動勢的大小，跟_成正比磁通量的變化率(2)表達式：_，其中 n 為線圈的匝數(shù)(3)公式的變形：當線圈面積不變，垂直于線圈平面的磁場發(fā)生變化時，EnSB.t當磁場不變，垂直于磁場的線圈面積發(fā)生變化時，Ent 3導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：(1)表達式：EBLvsin. 為B和v的方向夾角，L為切割磁感線的有效長度(2)當 B、L、v 三者兩兩垂直時：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)體在勻強磁場

2、中做切割磁感線運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小【自我檢測】1(雙選，惠州2013 屆調(diào)研)一環(huán)形線圈放在勻強磁場中，設(shè)第 1 s 內(nèi)磁感線垂直線圈平面向里，如圖 10-2-1 甲所示若磁感強度 B 隨時間 t 變化的關(guān)系如圖乙所示，那么下列選項正確的是()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)電流的方向為順時針方向D. 第 4 s 內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向答案：BD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自感電動勢的方向：由楞

3、次定律知，自感電動勢總是_原來導(dǎo)體中電流的變化當回路中的電流增加時，自感電動勢和原來電流的方向_；當回路中的電流減小時，自感電動勢和原來電流的方向_自感對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)：單位是_，由線圈_的性質(zhì)決定線圈越長，單位長度上線圈的匝數(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器、鎮(zhèn)流器和燈管組成的_在日光燈啟動時起到開關(guān)作用，正常工作時斷開；鎮(zhèn)流器的作用是在燈開始點亮?xí)r起_的作用，在日光燈正常發(fā)光時起_作用啟動器產(chǎn)生瞬

4、時高壓降壓限流(2)防止：制作精密電阻時，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：塊狀金屬在磁場中運動，或者處在變化的磁場中，金屬塊內(nèi)部會產(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1對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解重點歸納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：三者的大小無必然關(guān)系，當0 時，tt是t 圖象上某可能很小，也可能為零磁通量的變化率點切線的斜率3.感應(yīng)電荷量：(1)原理：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中有電流通過電路，那么也就有電荷量通過，由電流的定義可知，在很短時間內(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，與變化時間無關(guān)(3)qIt 也適用一段時間內(nèi)流過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磁場，磁感應(yīng)強度為 B，一根長度大于 2r 的導(dǎo)線 MN 以速率 v 在圓環(huán)上無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，求 MN 從圓環(huán)的左端滑到右端的過程中電阻 R 上的電流的平均值和通過電阻R 的電荷量圖 10-2-2思維點撥：(1)求電荷量要從電流的平均值來考慮；答題規(guī)范：MN 做切割磁感線運動，有效切割長度在不斷變化，用EBlv 難以求得平均感應(yīng)電動勢，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)電動勢從左端到右端磁通量的變化量BSBr2從左到右的時間t2rv根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，平均感應(yīng)電動勢【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磁場中現(xiàn)使 ab 棒突然獲得一初速度 v 向右運動，下列說法正確的是()Aab 做勻減速運動圖 10-2-3B回路中電流均勻減小Ca 點電勢比 b 點電勢低D安培力對 ab 棒做負功答案：D考點2自感現(xiàn)象的分析重點歸納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，燈 L1 逐漸變亮，最終一樣亮(3)由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，線圈產(chǎn)生自感電動勢，圖 10-2-4阻礙了電流的增大，使流過燈 L1 的電流比流過燈 L2 的電流增加得慢這個過程電能轉(zhuǎn)化為磁場能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 斷開時，燈 L 漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅圖 10-2-5(3)原因：S 斷開時，線圈 L 產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流減小，使電流繼續(xù)存在一段時間，燈 L 中電流反向，不會立即熄滅；若 RLIL，則 L 燈熄滅前要閃亮一下若RLR

8、L，S斷開前電流ILIL，則燈 L 逐漸熄滅，不再閃亮一下這個過程磁場能轉(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，當斷開開關(guān) S 的瞬間會有(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，當開關(guān)S 斷開時，由于通過自感線圈的電流從有到零，線圈將產(chǎn)生自感電動勢，但由于線圈L 與燈L 在S 斷開后不能形成閉合回路，故在開關(guān)斷開后通過燈L 的電流為零，燈立即熄滅答案：A備考策略：(1)通電時線圈中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加，感應(yīng)電流與原電流方向相反

9、，此時含線圈L 的支路相當于斷開(2)斷電時線圈中產(chǎn)生的自感電動勢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，線圈相當于電源，它提供的電流從原來的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【觸類旁通】2如圖 10-2-7 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，電阻 R 的阻值大于燈泡 L 的阻值，在 t0 時刻閉合開關(guān) S，經(jīng)過一段時間后，在 tt1 時刻斷開 S，下列表示 A、B兩點間電壓 UAB 隨時間 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)電動勢感應(yīng)電動勢是電磁學(xué)、力學(xué)綜合考查的關(guān)鍵基礎(chǔ)，考查最多的是磁場不變，導(dǎo)體因為切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢所引申出去的各種問題這里主要介紹切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計算和判斷方法1平動類型感應(yīng)電動勢的計算：用 EBlv 計算，重點是找到有效長度和有效速度(1)該類型中導(dǎo)體平動切割磁感線，磁感應(yīng)強度 B 恒定不變，l 為有效切割長度(2)正交性：B、l、v 相互垂直時公式成立不垂直時 EBlvsin ，為 B 與 v 的夾角(3)有效性：式中的 l 為有效切割長度，即導(dǎo)體在垂直于 v方向上的投影長度2轉(zhuǎn)動類型感應(yīng)電動勢的計算：用 EBSt，主要是找到面積變化率(1)該類

11、型主要是導(dǎo)體或桿在與磁場平面成一定角度的平面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電動勢(2)當導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速圖 10-2-8轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 EBSt Bll2t12Bl2，如圖 10-2-8 所示 3產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體電勢高低的判斷：(1)導(dǎo)體切割磁感線：任意一小段導(dǎo)體切割磁感線時，讓磁感線穿過右手掌心，大姆指指向?qū)Ь€的運動方向，則其余四指指向這一側(cè)的導(dǎo)體端電勢高注意：切割磁感線的導(dǎo)體相當于電源，感應(yīng)電流流向高電勢那端；外導(dǎo)體中的電流流向低電勢處(2)磁場變化產(chǎn)生的電動勢的判斷其電動勢大小為 EnSBt.判斷時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)變化磁場之內(nèi)的電路電流流向高電勢、變化磁場之外的電路電流流向低電勢來判斷電勢的高低例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，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)強度大小為 B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中質(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)軌上初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導(dǎo)體棒具有沿軌道向上的初速度 v0.整個運動過程中導(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)求初始時刻通過電阻 R 的電流 I 的大小和方向(2

13、)當導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時，速度變?yōu)?v，求此時導(dǎo)體棒的加速度大小 a.(3)導(dǎo)體棒最終靜止時彈簧的彈性勢能為 Ep，求導(dǎo)體棒從開始運動直到停止的過程中，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R 產(chǎn)生焦耳熱，電流通過導(dǎo)體棒使導(dǎo)體受到磁場力的作用感應(yīng)電動勢屬于平動類型，磁場、有效切割長度不變，但速度不斷改變，因此感應(yīng)電動勢不斷改變，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是電磁學(xué)與力學(xué)知識相結(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.運動過程分析，找出每個過程的物理關(guān)系式.3.功能關(guān)系的熟練運用，如重力、安培力、摩擦力等做功情況，以及與之對應(yīng)的能量變化關(guān)系.,本題中，若改變磁場的大小，導(dǎo)體棒最終靜止時，電阻R 產(chǎn)生的焦耳熱會如何變化？【觸類旁通】3(201