高三一輪電磁感應第二節(jié)課課件

第2節(jié)法拉第電磁感應定律自感、渦流4、與感應電流的關系：遵守閉合電路歐姆定律，即：一．感應電動勢1、概念：在電磁感應現(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電動勢．3、方向：產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源．導體的電阻相當于電源內阻，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：磁場變化時在周圍空間激發(fā)出的

．(2)感生電動勢：由

產(chǎn)生的感應電動勢叫做感生電動勢．(3)動生電動勢：由于

而產(chǎn)生的感應電動勢叫做動生電動勢．導體運動電場感生電場(1)感生電動勢和動生電動勢都屬于感應電動勢，但二者產(chǎn)生機理有所不同．(2)在實際的感應電動勢中，可能既有感生電動勢，同時也有動生電動勢．二．法拉第電磁感應定律1、法拉第電磁感應定律⑴內容：電路中感應電動勢的大小，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，與時間長短無關．②用公式求感應電動勢時，S為線圈在磁場范圍內的有效面積[思路點撥]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隨時間t變化的圖象分別如下圖①～④所示．下列關于回路中產(chǎn)生的感應電動勢的論述中正確的是()A．圖①中，回路產(chǎn)生的感應電動勢恒定不變B．圖②中，回路產(chǎn)生的感應電動勢一直在變大C．圖③中，回路在0～t1時間內產(chǎn)生的感應電動勢小于在t1～t2時間內產(chǎn)生的感應電動勢D．圖④中，回路產(chǎn)生的感應電動勢先變小再變大D【例與練】如下圖所示，三個相同的金屬圓環(huán)內存在不同的有界勻強磁場，虛線表示環(huán)的某條直徑．已知所有磁場的磁感應強度隨時間變化的關系都滿足B＝kt，方向如圖所示．測得A環(huán)中感應電流強度為I，則B環(huán)和C環(huán)內感應電流強度分別為()A．IB＝I，IC＝0 B．IB＝I，IC＝2IC．IB＝2I，IC＝2I

D．IB＝2I，IC＝0D【例與練】一個由電阻均勻的導線繞制成的閉合線圈放在勻強磁場中，如圖所示，線圈平面與磁場方向成60°角，磁感應強度隨時間均勻變化，用下列哪種方法可使感應電流增加一倍()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：設導線的電阻率為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強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?shù)厝牒：佣蔚膬砂?，河?00m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導體)流過．設落潮時，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時間內(1)環(huán)中感應電流的方向如何？(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運動方向和磁感線方向垂直：E＝Blv.三、導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢⑴運動方向和磁感線不垂直①E＝Blvsinθ；②θ為導線運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，除了磁場是勻強磁場外，還需B、l、v三者相互垂直．實際問題中當它們不相互垂直時，應取垂直的分量進行計算．②導體平動切割磁感線時，若v為平均速度，則E為平均感應電動勢；若v為瞬時速度，則E為相應的瞬時感應電動勢．應用公式E=Blv時應注意：1．導體平動切割磁感線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(容易錯認為l＝ab·sinβ)．乙：沿v1方向運動時，l＝MN；沿v2方向運動時，l＝0.丙圖：沿v1方向運動時，l＝R沿v2方向運動時，l＝0沿v3方向運動時，l＝R?。篴、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，若磁場也運動時，應注意速度間的相對關系．2導體棒以棒上某點為軸在垂直磁場平面內勻速轉動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢：①導體棒以端點為軸勻速轉動：②導體棒以棒中點為軸勻速轉動：E=0③導體棒以棒中任意點為軸勻速轉動：OωABOωAB（AO或BO兩點的電勢差不為零。）提示：往往用來求Δt時間內的平均感應電動勢；而E＝Blvsinθ常用來求瞬時感應電動勢．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電動勢，E＝Blv適用于切割磁感線求感應電動勢．拓展：若一個金屬圓盤繞圓心勻速轉動，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，要在理解的基礎上應用，不能隨便代入數(shù)據(jù)．如果B、l、v中任意兩個量平行，則導體在磁場中運動時不切割磁感線，E＝0.(2)若導線是曲線，則l應是導線的有效長度，即當導線垂直切割磁感線時，l是兩端點的連線在垂直于v方向上的投影長度．(3)整個回路中感應電動勢為零時，其回路中某段導體的感應電動勢不一定為零．如圖9－2－4所示，水平面上固定一個間距L＝1m的光滑平行金屬導軌，整個導軌處在豎直方向的磁感應強度B＝1T的勻強磁場中，導軌一端接阻值R＝9Ω的電阻．導軌上有質量m＝1kg、電阻r＝1Ω、長度也為1m的導體棒，在外力的作用下從t＝0開始沿平行導軌方向運動，其速度隨時間的變化規(guī)律是v＝2，不計導軌電阻．求：公式E＝Blv的應用例2(1)t＝4s時導體棒受到的安培力的大小；(2)請在坐標圖中畫出電流平方與時間的關系(I2－t)圖象，并通過該圖象計算出4s時間內電阻R上產(chǎn)生的熱量．(1)t＝4s時導體棒受到的安培力的大??；(2)請在坐標圖中畫出電流平方與時間的關系(I2－t)圖象，并通過該圖象計算出4s時間內電阻R上產(chǎn)生的熱量．平行導軌間距為d，左端跨接一個電阻R，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于平行金屬導軌所在平面．一根金屬棒與導軌成θ角放置，金屬棒與導軌的電阻均不計．當金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導軌上滑行時，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，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．虛線MN右側有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直．從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列結論正確的是()A．感應電流方向不變B．CD段直導線始終不受安培力C．感應電動勢最大值Em＝Bav[例1]半徑為a的圓形區(qū)域內有均勻磁場，磁感應強度為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．(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(如圖所示)，MN中的電動勢和流過燈L1的電流．[思路點撥]

求解此題時需注意以下兩點：(1)“金屬棒MN滑動到圓環(huán)直徑OO′的瞬時”，切割磁感線的有效長度為磁場區(qū)域的直徑．(2)“以OO′為軸向上翻轉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軌MN和PQ之間寬度為L，在MNQP間存在磁感應強度為B的勻強磁場，B的方向垂直于導軌平面，導軌左端接有阻值為R的電阻，其他部分電阻不計．導軌右端接一電容為C的電容器，長為2L的金屬棒放在導軌上與導軌垂直且接觸良好，其a端放在導軌PQ上．現(xiàn)將金屬棒以a端為軸，以角速度ω沿導軌平面順時針旋轉90°角，如圖所示，解答下列問題(設導軌長度比2L長得多)．(1)電阻R中流過的最大感應電流；(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端脫離導軌的過程中，其感應電動勢不斷增大，對C不斷充電，同時又與R構成回路，如圖所示．R上的最大電壓：通過R的最大電流：（2）ab脫離導軌前通過R的電量：ab棒轉動到d點時，電容哭器的帶電量：2．在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強磁場中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L＝0.4m，如圖所示，框架上放置一質量為0.05kg、電阻為1Ω的金屬桿cd，框架電阻不計．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動，求：(1)在5s內平均感應電動勢是多少？(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兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上，每根導軌每米的電阻為r0＝0.10Ω/m，導軌的端點P、Q用電阻可以忽略的導線相連，兩導軌間的距離l＝0.20m．有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應強度B與時間t的關系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020T/s.一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導軌垂直．在t＝0時刻，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導軌的另一端滑動，求在t＝6.0s時金屬桿所受的安培力．感生電動勢、動生電動勢同時存在的問題【思路點撥】金屬桿運動產(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】解答本題的關鍵是要能分析出回路中存在著兩個感應電動勢——由磁感應強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電動勢在回路中極性間的關系，即是同向的還是反向的．2．如右圖，一有界區(qū)域內，存在著磁感應強度大小均為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，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖()二、自感和渦流1．自感現(xiàn)象：當導體中電流發(fā)生變化時，導體本身就產(chǎn)生感應電動勢，這個電動勢總是______導體中原來電流的______，這種由于導體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(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：當回路中的電流增加時，自感電動勢和原來電流的方向相反；當回路中的電流減小時，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S斷開時，燈A漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅原因由于開關閉合時，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，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，若線圈有電阻時就相當于一個定值電阻，若不計線圈的電阻時就相當于一根導線．(5)通電瞬間含電感的電路相當于斷路,斷電時電感線圈相當于一個電源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S接通電路時，A2先亮，A1后亮，然后一樣亮B.合上開關S接通電路時，A1和A2始終一樣亮C.斷開開關S切斷電路時，A2立刻熄滅，A1過一會兒才熄滅D.斷開開關S切斷電路時，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和電源構成回路，A2立刻亮；穩(wěn)定后A1與A2并聯(lián)，兩燈一樣亮．斷開開關瞬間，L中有自感電動勢，相當于電源，與A1、A2構成回路，所以兩燈都過一會兒才熄滅．選項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、自感系數(shù)足夠大的線圈，D1、D2是兩個規(guī)格相同的燈泡，S是控制電路的開關．對于這個電路，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待電路達到穩(wěn)定，D1熄滅，D2比原來更亮D.閉合S待電路達到穩(wěn)定，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅【點撥】剛閉合S的瞬間由于電感的自感作用，兩個燈泡串聯(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)；電路達到穩(wěn)定再將S斷開瞬間，L和D1組成閉合回路．答案：ACD點睛筆記解決自感問題應首先確定電源即電路中的自感線圈，分析電路的串并聯(lián)關系，找出電流的流向.[例3]

如圖所示的電路中，三個相同的燈泡a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接，電感的電阻忽略不計．開關S從閉合狀態(tài)突然斷開時，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[思路點撥]分析此類問題應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．在斷開開關時還要看線圈和用電器能不能形成回路．[自主解答]

a、b、c三個燈泡相同，設S閉合時通過三個燈泡的電流均是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錯誤，D項正確；兩個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，內阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值．在t＝0時刻閉合開關S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1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【規(guī)律總結】

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