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．法拉第電磁感應定律Ⅰ(考綱要求)1.電磁感應現(xiàn)象磁通量無關楞次定律右手定則法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：感應電動勢的大小跟穿過這一電路的_______________成正比．磁通量的變化率閉合電路歐姆2．導體切割磁感線時的感應電動勢(1)導體垂直切割磁感線時．感應電動勢可用E＝____求出，式中l(wèi)為導體切割磁感線的有效長度．(2)導體棒在磁場中轉動時．導體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉動產(chǎn)生感應電動勢3．Blv如圖9－2－2所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強磁場B中，繞O軸以角速度ω沿逆時針方向勻速轉動，則通過電阻R的電流的方向和大小是(金屬圓盤的電阻不計)(

)．

圖9－2－2答案

D1．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，由于自感而產(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1．自感電動勢大小匝數(shù)10－3

10－6

自感、渦流Ⅰ(考綱要求)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_________，這種電流像水的漩渦所以叫渦流．電磁感應的重要應用(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____導體的相對運動．(2)電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產(chǎn)生________使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來．交流感應電動機就是利用_________的原理工作的．(3)電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了_________的推廣應用．2．感應電流阻礙感應電流電磁驅(qū)動楞次定律安培力如圖9－2－4所示為一光滑軌道，其中MN部分為一段對稱的圓弧，兩側的直導軌與圓弧相切，在MN部分有如圖所示的勻強磁場，有一較小的金屬環(huán)如圖放置在P點，金屬環(huán)由靜止自由釋放，經(jīng)很多次來回運動后，下列判斷正確的有 (

)．A．金屬環(huán)仍能上升到與P等高處B．金屬環(huán)最終將靜止在最低點C．金屬環(huán)上升的最大高度與MN等高D．金屬環(huán)上升的最大高度一直在變小2．圖9－2－4解析金屬環(huán)在進入磁場以及穿出磁場的過程中，都將產(chǎn)生渦流，機械能轉化為內(nèi)能，金屬環(huán)的動能變?。斀饘侪h(huán)只在磁場中運動時，不再產(chǎn)生渦流，最后將在MN之間來回運動，所以最后上升的最大高度與MN等高．答案

C閉合回路由電阻R與導線組成，其內(nèi)部磁場大小按B－t圖變化，方向如圖9－2－5所示，則回路中 (

)．A．電流方向為順時針方向B．電流強度越來越大C．磁通量的變化率恒定不變D．產(chǎn)生的感應電動勢越來越大3．圖9－2－5答案

AC

考點一法拉第電磁感應定律E＝n的應用如圖9－2－6甲所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線圈的半徑為r1，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖9－2－6乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計，求0至t1時間內(nèi)，【典例1】圖9－2－6(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．(1)計算通過導線橫截面的電荷量一定要用平均電流乘以時間.對于導體平動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算式E＝Blv，應從以下幾個方面理解和掌握．(1)公式使用條件：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，公式可為E＝Blvsinθ，θ為B與v方向間的夾角．考點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算(3)有效性：公式中的l為有效切割長度，即導體與v垂直的方向上的投影長度．圖中有效長度分別為：甲圖：l＝cdsinβ；乙圖：沿v1方向運動時，l＝MN；沿v2方向運動時，l＝0.圖9－2－8(4)相對性：E＝Blv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動，應注意速度間的相對關系．如圖9－2－9所示，水平放置的三條光滑平行金屬導軌abc，相距均為d＝1m，導軌ac間橫跨一質(zhì)量為m＝1kg的金屬棒MN，棒與導軌始終良好接觸，棒的電阻r＝2Ω，導軌的電阻忽略不計．在導軌bc間接一電阻為R＝2Ω的燈泡，導軌ac間接一理想電壓表．整個裝置放在磁感應強度B＝2T的勻強磁場中，磁場方向垂直導軌平面向下，現(xiàn)對棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始運動，試求：【典例2】圖9－2－9(1)若施加的水平恒力F＝8N，則金屬棒達到穩(wěn)定時速度為多少？(2)若施加的水平外力功率恒定，棒達到穩(wěn)定時速度為1.5m/s，則此時電壓表的讀數(shù)為多少？解析

(1)當F與安培力平衡時，金屬棒速度達到穩(wěn)定，設穩(wěn)定時速度大小為v1，F(xiàn)安＝BId ①解得v1＝6m/s(2)設電壓表的讀數(shù)為U，則U＝Bdv2＋UL ④解得U＝5V答案

(1)6m/s

(2)5V

考點三自感現(xiàn)象、通電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)，RL?RA現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅通電自感斷電自感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，阻礙電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RL?RA，使得流過A燈的電流在開關斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉化情況電能轉化為磁場能磁場能轉化為電能如圖9－2－11所示，線圈L的自感系數(shù)很大，且其電阻可以忽略不計，L1、L2是兩個完全相同的小燈泡，隨著開關S閉合和斷開的過程中，燈L1、L2的亮度變化情況是(燈絲不會斷) (

)．A．S閉合，L1亮度不變，L2亮度逐漸變亮，最后兩燈一

樣亮；S斷開，L2立即不亮，L1逐漸變亮B．S閉合，L1不亮，L2很亮；S斷開，L1、L2立即不亮C．S閉合，L1、L2同時亮，而后L1逐漸熄滅，L2亮度不

變；S斷開，L2立即不亮，L1亮一下才熄滅D．S閉合，L1、L2同時亮，而后L1逐漸熄滅，L2則逐漸

變得更亮；S斷開，L2立即不亮，L1亮一下才熄滅【典例3】圖9－2－11解析當S閉合，L的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較大，L1和L2串接后與電源相連，L1和L2同時亮，隨著L中電流的增大，L的直流電阻不計，L的分流作用增大，L1中的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，L2中的電流增大，L2燈變得更亮；當S斷開，L2中無電流，立即熄滅，而線圈L將要維持本身的電流不變，L與L1組成閉合電路，L1燈要亮一下后再熄滅．綜上所述，選項D正確．答案

D(1)模型概述“桿＋導軌”模型是電磁感應問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復習中的難點．“桿＋導軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型；導軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速運動、勻變速運動、非勻變速運動或轉動等；磁場的狀態(tài)可分為恒定不變、均勻變化和非均勻變化等等，情景復雜形式多變．(2)模型分類

12.電磁感應中的“桿＋導軌”模型Ⅰ.單桿水平式【例1】 (2010·天津理綜，11)如圖9－2－13所示，質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.3Ω，長度l＝0.4m的導體棒ab橫放在U型金屬框架上．框架質(zhì)量m2＝0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2.相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長．電阻R2＝0.1Ω的MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B＝0.5T．垂直于ab施加F＝2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當ab運動到某處時，框架開始運動．設框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s2.圖9－2－13(1)求框架開始運動時ab速度v的大?。?2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q＝0.1J，求該過程ab位移x的大?。馕?/p>

(1)ab對框架的壓力F1＝m1g框架受水平面的支持力FN＝m2g＋F1依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F2＝μFNab中的感應電動勢E＝BlvMN受到的安培力F安＝IlB框架開始運動時F安＝F2由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v＝6m/s代入數(shù)據(jù)解得x＝1.1m答案

(1)6m/s

(2)1.1mⅡ.單桿傾斜式

如圖9－2－14所示，電阻可忽略的光滑平行金屬導軌長s＝1.15m，兩導軌間距L＝0.75m，導軌傾角為30°，導軌上端ab接一阻值R＝1.5Ω的電阻，磁感應強度B＝0.8T的勻強磁場垂直軌道平面向上．阻值r＝0.5Ω，質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接