高三物理復(fù)習(xí)第十章電磁感應(yīng)第3講法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象省公開課一等獎(jiǎng)新名師獲獎(jiǎng)

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象1/692/69【知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):(1)概念:在_________現(xiàn)象中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。(2)產(chǎn)生:只要_________________________,就能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),與電路是否閉合無關(guān)。電磁感應(yīng)穿過回路磁通量發(fā)生改變3/69(3)方向:產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電路(導(dǎo)體或線圈)相當(dāng)于電源,電源正、負(fù)極可由_________或_________判斷。右手定則楞次定律4/692.法拉第電磁感應(yīng)定律:(1)內(nèi)容:閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小,跟穿過這一電路磁通量_______成正比。(2)公式:E=n,其中為磁通量_______,n為線圈匝數(shù)。改變率改變率5/69知識(shí)點(diǎn)2導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)切割方式電動(dòng)勢(shì)表示式垂直切割E=____傾斜切割E=_________旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)E=_______BlvBlvsinθ6/69l:導(dǎo)體切割磁感線有效長(zhǎng)度。θ:v與B夾角。ω:繞導(dǎo)體棒一端轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。7/69如圖甲:θ=_____,E=_____。如圖乙:l=__,E=____。30°LBLv8/69知識(shí)點(diǎn)3自感、渦流1.自感現(xiàn)象:因?yàn)榻?jīng)過導(dǎo)體本身_____發(fā)生改變而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.自感電動(dòng)勢(shì):(1)定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(2)表示式:E=_____。電流9/69(3)自感系數(shù)L。①相關(guān)原因:與______________________________________等原因相關(guān)。②單位:亨利(H),慣用單位還有毫亨(mH)、微亨(μH)。1mH=____H,1μH=____H。3.渦流:當(dāng)線圈中電流發(fā)生改變時(shí),在它附近導(dǎo)體中產(chǎn)生像水旋渦一樣_________。線圈大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯10-310-6感應(yīng)電流10/69【易錯(cuò)辨析】(1)磁通量改變?cè)酱?產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大。()(2)磁通量改變?cè)娇?產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。()(3)磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒中也能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。()11/69(4)線圈匝數(shù)n越多,磁通量越大,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。()(5)線圈中電流越大,自感系數(shù)也越大。()(6)自感電動(dòng)勢(shì)妨礙電流改變,但不能阻止電流改變。()12/69提醒:(1)×。據(jù)E=可知,E與成正比,ΔΦ越大,E不一定越大。(2)√。描述是磁通量改變快慢,故磁通量改變?cè)娇?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。(3)√。磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),若導(dǎo)體棒切割磁感線,則由E=Blv可知,也能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(4)×。磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁通量改變率相關(guān),與磁通量大小無關(guān)。13/69(5)×。自感系數(shù)由線圈本身原因決定,與電流大小無關(guān)。(6)√。妨礙不是阻止,妨礙只是延緩了電流改變。14/69考點(diǎn)1法拉第電磁感應(yīng)定律了解和應(yīng)用【關(guān)鍵要素精講】1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)決定原因:(1)由E=n知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小由穿過電路磁通量改變率和線圈匝數(shù)n共同決定,磁通量Φ較大或磁通量改變量ΔΦ較大時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定較大。15/69(2)為單匝線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。2.法拉第電磁感應(yīng)定律兩個(gè)特例:(1)回路與磁場(chǎng)垂直面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生改變,則ΔΦ=ΔB·S,E=n·S。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,回路與磁場(chǎng)垂直面積發(fā)生改變,則ΔΦ=B·ΔS,E=nB。16/69【高考命題探究】【典例1】(·浙江高考)如圖所表示,a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用一樣導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為10匝,邊長(zhǎng)la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,不考慮線圈之間相互影響,則()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272222317/69A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針方向感應(yīng)電流B.a、b線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為9∶1C.a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶4D.a、b線圈中電功率之比為3∶118/69【解析】選B。a、b兩個(gè)正方形線圈內(nèi)磁場(chǎng)垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加,由楞次定律能夠判斷感應(yīng)電流磁場(chǎng)垂直于紙面向外,再依據(jù)安培定則可知:兩線圈內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針方向感應(yīng)電流,A錯(cuò)誤;由E=可知B正確;a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用一樣導(dǎo)線制成,匝數(shù)相同,Ra∶Rb=3∶1,由閉合電路歐姆定律得Ia=,Ib=則,C項(xiàng)19/69錯(cuò)誤;Pa=Ia2Ra,Pb=Ib2Rb則Pa∶Pb=27∶1,D錯(cuò)誤。故選B。20/69【強(qiáng)化訓(xùn)練】如圖所表示,一正方形線圈匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且二分之一處在磁場(chǎng)中。在Δt時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過程中,線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為()21/69【解析】選B。線圈在磁場(chǎng)中面積S=a2,穿過線圈磁通量改變量ΔΦ=2BS-BS=Ba2。依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n得E=,所以B正確。22/69【規(guī)律總結(jié)】應(yīng)使用方法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意問題(1)公式求解是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)平均電動(dòng)勢(shì),在磁通量均勻改變時(shí),瞬時(shí)值才等于平均值。(2)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),S應(yīng)為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)有效面積。(3)應(yīng)用Φ-t圖線求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),磁通量改變率對(duì)應(yīng)Φ-t圖線上該點(diǎn)切線斜率。23/69【加固訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)(·鄭州模擬)如圖所表示,閉合金屬導(dǎo)線框放置在豎直向上勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間改變而改變。以下說法中正確是()24/69A.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),線框中感應(yīng)電流可能減小B.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),線框中感應(yīng)電流一定增大C.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí),線框中感應(yīng)電流一定增大D.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度減小時(shí),線框中感應(yīng)電流可能不變25/69【解析】選A、D。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=S,設(shè)線框電阻為R,則線框中電流I=,因?yàn)锽增大或減小時(shí),可能減小,可能增大,也可能不變。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小只和磁通量改變率相關(guān),和磁通量改變量無關(guān),故選項(xiàng)A、D正確。26/692.如圖所表示,用兩根相同導(dǎo)線繞成匝數(shù)分別為n1和n2圓形閉合線圈A和B,兩線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻改變時(shí),兩線圈中感應(yīng)電流之比IA∶IB為()27/69【解析】選B。導(dǎo)線相同,則電阻R相同,制作成匝數(shù)分別為n1、n2圓形線圈后,設(shè)其半徑分別為r1、r2,則n1·2πr1=n2·2πr2,,面積之比為兩線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為28/69因?yàn)殡娮鑂相等,故感應(yīng)電流之比為B正確。29/69考點(diǎn)2導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算【關(guān)鍵要素精講】1.E=Blv三個(gè)特征:(1)正交性:本公式要求磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng),而且B、l、v三者相互垂直。(2)有效性:公式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線有效長(zhǎng)度。(3)相對(duì)性:E=Blv中速度v是導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)速度。30/692.公式E=n與E=Blv比較:E=nE=Blv區(qū)分研究對(duì)象閉合回路回路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)部分導(dǎo)體研究?jī)?nèi)容平均電動(dòng)勢(shì)(1)若v為瞬時(shí)速度,則求是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)若v為平均速度,則求是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)31/69E=nE=Blv區(qū)分適用范圍對(duì)任何電磁感應(yīng)現(xiàn)象普遍適用只適適用于導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)E=Blv由E=在一定條件下推導(dǎo)得到。導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),慣用E=Blv求E,磁感應(yīng)強(qiáng)度改變時(shí),慣用E=n求E。32/69【高考命題探究】【典例2】(多項(xiàng)選擇)(·全國(guó)卷Ⅱ)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)示意圖如圖所表示。銅圓盤安裝在豎直銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過電阻R電流,以下說法正確是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272222433/69A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度恒定,則電流大小恒定B.若從上往下看,圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b方向流動(dòng)C.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,角速度大小發(fā)生改變,則電流方向可能發(fā)生改變D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變?yōu)樵瓉?倍,則電流在R上熱功率也變?yōu)樵瓉?倍34/69【解析】選A、B。若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度恒定,則相當(dāng)于無數(shù)切割磁感線導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度恒定,切割磁感線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Br2ω也恒定,則電流大小恒定,A正確;由右手定則可知,從上往下看,只要圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),電流就沿a到b方向流動(dòng),不會(huì)改變,B正確,C錯(cuò)誤;因?yàn)殡娏髟赗上熱功率與電流平方成正比,圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)35/69角速度變?yōu)樵瓉?倍時(shí),圓盤切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?倍,電流也變?yōu)樵瓉?倍,電流在R上熱功率變?yōu)樵瓉?倍,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。36/69【感悟提升】(1)特點(diǎn):本題屬于感應(yīng)電流大小、方向分析問題。(2)方法:應(yīng)用_________分析感應(yīng)電流方向,依據(jù)________分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。(3)拓展:圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤邊緣上P點(diǎn)外其它點(diǎn)與銅軸之間_____(選填“存在”或“不存在”)電勢(shì)差。右手定則存在37/69【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.(·海南高考)如圖,空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為ε,將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且相互垂直38/69折線,置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直平面內(nèi),當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為ε′。則等于()39/69【解析】選B。若直金屬棒長(zhǎng)為L(zhǎng),則彎成折線后,有效切割長(zhǎng)度為L(zhǎng)。依據(jù)ε=BLv可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與有效切割長(zhǎng)度成正比,故,B正確。40/692.如圖所表示,等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外勻強(qiáng)磁場(chǎng),它底邊在x軸上且長(zhǎng)為2L,高為L(zhǎng),紙面內(nèi)一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)正方形導(dǎo)線框沿x軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)穿過勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,在t=0時(shí)刻恰好位于如圖所表示位置,以順時(shí)針方向?yàn)閷?dǎo)線框中電流正方向,下面四幅圖中能夠正確表示導(dǎo)線框中電流—位移(i-x)關(guān)系是()41/6942/69【解析】選B。導(dǎo)線框前進(jìn)L之前,切割磁感線右邊逐步變長(zhǎng),感應(yīng)電流逐步增大。再前進(jìn),左邊進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線,感應(yīng)電流減小,前進(jìn)1.5L時(shí),電流為零。再前進(jìn),電流為逆時(shí)針方向,感應(yīng)電流為負(fù)值,且導(dǎo)線框從進(jìn)磁場(chǎng)到出來過程中,只有前進(jìn)1.5L時(shí)電流為零。故B正確。43/69【加固訓(xùn)練】(多項(xiàng)選擇)半徑為a右端開小口導(dǎo)體圓環(huán)和長(zhǎng)為2a導(dǎo)體直桿,單位長(zhǎng)度電阻均為R0。圓環(huán)水平固定放置,整個(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),桿一直有兩點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸,從圓環(huán)中心O開始,桿位置由θ確定,如圖所表示。則()44/6945/69A.θ=0時(shí),桿產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)為2BavB.θ=時(shí),桿產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)為BavC.θ=0時(shí),桿受安培力大小為D.θ=時(shí),桿受安培力大小為46/69【解析】選A、D。當(dāng)θ=0時(shí),導(dǎo)體桿等效長(zhǎng)度最大為2a,這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,為E=2Bav,A正確;依據(jù)F=BIl,I=聯(lián)立可得F=,C錯(cuò)誤;當(dāng)θ=時(shí),導(dǎo)體桿等效長(zhǎng)度為a,這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Bav,B錯(cuò)誤;依據(jù)F=BIl,I=聯(lián)立可得F=D正確,所以本題選A、D。47/69考點(diǎn)3自感現(xiàn)象和渦流【關(guān)鍵要素精講】1.自感電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn):(1)流過線圈電流增加時(shí),線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反,妨礙電流增加,使其遲緩地增加。(2)流過線圈電流減小時(shí),線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同,妨礙電流減小,使其遲緩地減小。48/692.通電自感與斷電自感:通電自感斷電自感電路圖

器材規(guī)格A1、A2同規(guī)格,R=RL,L較大L很大(有鐵芯),RL<RA49/69通電自感斷電自感現(xiàn)象觀察S閉合瞬間,A2燈馬上亮起來,A1燈逐步變亮,最終一樣亮開關(guān)S斷開時(shí),燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能50/693.分析自感現(xiàn)象方法——等效法:(1)線圈中電流增大時(shí),線圈能夠等效成一阻值由較大逐步減小電阻,電流非線性逐步增大。(2)線圈中電流減小時(shí),線圈可等效成一個(gè)電動(dòng)勢(shì)由較大逐步減小電源,線圈中磁場(chǎng)能逐步轉(zhuǎn)化成電能,組成回路中電流沿原方向非線性逐步減小。51/69【高考命題探究】【典例3】如圖所表示,L為自感系數(shù)很大、直流電阻不計(jì)線圈,D1、D2、D3為三個(gè)完全相同燈泡,E為內(nèi)阻不計(jì)電源,在t=0時(shí)刻閉合開關(guān)S,當(dāng)電路穩(wěn)定后D1、D2兩燈電流分別為I1、I2。當(dāng)初刻為t1時(shí)斷開開52/69關(guān)S,若要求電路穩(wěn)定時(shí)流過D1、D2電流方向?yàn)殡娏髡较?則下列圖能正確定性描述電燈電流i與時(shí)間t關(guān)系是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)42722225()

53/69【思索探究】(1)閉合開關(guān)時(shí),線圈可等效為何?提醒:可等效為阻值由較大逐步減小電阻。(2)斷開開關(guān)時(shí),線圈可等效為何?提醒:可等效為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)逐步減小電源。(3)若想讓D2在斷開開關(guān)時(shí)出現(xiàn)閃亮后逐步熄滅現(xiàn)象,對(duì)D1、D2電阻有什么要求?提醒:應(yīng)使D1電阻小于D2電阻。54/69【解析】選D。開關(guān)閉合時(shí),電感妨礙電流I1增大,所以I1慢慢增大最終穩(wěn)定;斷開開關(guān),電感妨礙電流I1減小,所以I1慢慢減小到0,電流方向未發(fā)生改變,故A、B均錯(cuò)誤;開關(guān)閉合時(shí),電感妨礙電流I1增大,I1慢慢增大,則I2慢慢減小,最終穩(wěn)定;斷開開關(guān),原來經(jīng)過D2電流馬上消失,但D1、D2、L組成一回路,經(jīng)過D1電流也經(jīng)過D2,所以I2慢慢減小,但電流方向與斷開前相反,故C錯(cuò)誤,D正確。55/69【強(qiáng)化訓(xùn)練】某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象,自己找來帶鐵芯線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E,用導(dǎo)線將它們連接成如圖所表示電路。檢驗(yàn)電路后,閉合開關(guān)S,小燈泡發(fā)光;再斷開開關(guān)S,小燈泡僅有不顯著延時(shí)熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)屢次重復(fù),仍未見老師演示時(shí)出現(xiàn)小燈泡閃亮現(xiàn)象,他冥思苦想找不出原因,你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮原因是()56/69A.電源內(nèi)阻較大B.小燈泡電阻偏大C.線圈電阻偏大D.線圈自感系數(shù)較大57/69【解析】選C。從實(shí)物連接圖中能夠看出,線圈L與小燈泡并聯(lián),斷開開關(guān)S時(shí),小燈泡A中原來電流馬上消失,線圈L與小燈泡組成閉合回路,因?yàn)樽愿?線圈中電流逐步變小,使小燈泡中電流變?yōu)榉聪蚯遗c線圈中電流相同。小燈泡未閃亮說明斷開S前,流過線圈電流較小,原因可能是線圈電阻偏大,故選項(xiàng)C正確。58/69【規(guī)律總結(jié)】斷電自感現(xiàn)象中,燈泡是否“閃亮”問題判斷(1)與線圈串聯(lián)燈泡,電流逐步減小,燈泡逐步變暗,電流方向不變。(2)與線圈并聯(lián)燈泡,59/69①若斷電前線圈中電流大于燈泡中電流,斷電時(shí),燈泡閃亮后逐步變暗。②若斷電前線圈中電流小于等于燈泡中電流,斷電時(shí),燈泡逐步變暗。60/69【加固訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)如圖所表示,電路中A和B是兩個(gè)完全相同小燈泡,L是一個(gè)自感系數(shù)很大、直流電阻為零電感線圈,C是電容很大電容器。當(dāng)S閉合與斷開時(shí),對(duì)A、B發(fā)光情況判斷