《物理總第十章 電磁感應 基礎課2 法拉第電磁感應定律 自感 渦流》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理總第十章 電磁感應 基礎課2 法拉第電磁感應定律 自感 渦流（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、基礎課基礎課2法拉第電磁感應定律自感渦流法拉第電磁感應定律自感渦流法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律1.感應電動勢感應電動勢(1)概念：在概念：在 中產(chǎn)生的電動勢。中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的產(chǎn)生條件：穿過回路的發(fā)生改變，與電路發(fā)生改變，與電路是否閉合是否閉合 。(3)方向判斷：感應電動勢的方向用方向判斷：感應電動勢的方向用 或或判斷。判斷。知識排查知識排查變化率變化率歐姆歐姆Blv自感、渦流自感、渦流1.自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象(1)概念：由于導體本身的概念：由于導體本身的變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感。自感。(2)自感電動勢自感電動勢定義：在自感現(xiàn)象中
2、產(chǎn)生的感應電動勢叫做定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫做 。表達式：表達式：E。(3)自感系數(shù)自感系數(shù)L相關因素：與線圈的相關因素：與線圈的、形狀、形狀、以及是以及是否有鐵芯有關。否有鐵芯有關。單位：亨利單位：亨利(H)，1 mH H，1 H H。2. .渦流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)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)生生，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)小 題 速小 題 速練練1.思考判斷思考判斷2. .人教版選修人教版選修32P17T1改編改編將閉合多匝線圈置于僅隨時
3、間變化的磁場中，關于將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是線圈中產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是()A. .感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關B. .穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大C. .穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大D. .感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同答案答案C法拉第電磁感應定律的理解和應用法拉第電磁感應定律的理解和應用1.法拉第電磁感應定律的理解法
4、拉第電磁感應定律的理解2.應用法拉第電磁感應定律的三種情況應用法拉第電磁感應定律的三種情況【典例】輕質細線吊著一質量為【典例】輕質細線吊著一質量為m0.42 kg、邊長為、邊長為L1 m、匝數(shù)、匝數(shù)n10的正方形線圈，其總電阻為的正方形線圈，其總電阻為r1 。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場，如圖著磁場，如圖1甲所示。磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小隨時甲所示。磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小隨時間變化的關系如圖乙所示。間變化的關系如圖乙所示。(取取g10 m/s2)圖圖1(1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應電流的方向是順時針還是逆時針；判斷線圈中產(chǎn)生的感應電流的
5、方向是順時針還是逆時針；(2)求線圈的電功率；求線圈的電功率；(3)求在求在t4 s時輕質細線的拉力大小。時輕質細線的拉力大小。解析解析(1)由楞次定律知感應電流的方向為逆時針方向。由楞次定律知感應電流的方向為逆時針方向。聯(lián)立解得聯(lián)立解得F線線1.2 N。答案答案(1)逆時針逆時針(2)0.25 W(3)1.2 N【拓展延伸】【拓展延伸】(1)在【典例】中磁感應強度為多少時，細線的拉力剛好為在【典例】中磁感應強度為多少時，細線的拉力剛好為0?(2)在【典例】中求在在【典例】中求在t6 s內通過導線橫截面的電荷量？內通過導線橫截面的電荷量？解析解析(1)細線的拉力剛好為細線的拉力剛好為0時滿足：
6、時滿足：F安安mg，F(xiàn)安安nBIL聯(lián)立解得聯(lián)立解得B0.84 T(2)由由qIt得得q0.56 C3 C。答案答案(1)0.84 T(2)3 C應用電磁感應定律需注意的三個問題應用電磁感應定律需注意的三個問題1.(2016北京理綜，北京理綜，16)如圖如圖2所示，勻強磁場中有兩個導體圓所示，勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為21，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢分別為動勢分別為Ea和和Eb，不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法，不考慮兩圓環(huán)間的
7、相互影響。下列說法正確的是正確的是()圖圖2A. .EaEb41，感應電流均沿逆時針方向，感應電流均沿逆時針方向B. .EaEb41，感應電流均沿順時針方向，感應電流均沿順時針方向C. .EaEb21，感應電流均沿逆時針方向，感應電流均沿逆時針方向D. .EaEb21，感應電流均沿順時針方向，感應電流均沿順時針方向答案答案B2. .人教版選修人教版選修32P21T4改編改編如圖如圖3所示，紙面內有一矩形導體閉合線框所示，紙面內有一矩形導體閉合線框abcd，ab邊長大于邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，
8、兩次速度大小相同，方向均垂直于外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次。第一次ab邊平行邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線，通過線框導體橫截面的電荷量為框導體橫截面的電荷量為q1；第二次；第二次bc邊平行邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為生的熱量為Q2，通過線框導體橫截面的電荷量為，通過線框導體橫截面的電荷量為q2，則，則()圖圖3A. .Q1Q2，q1q2 B. .Q1Q2，q1q2C.Q1Q2，q1q2 D.Q1Q2，q1q2答案答案A導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電
9、動勢切割磁感線運動的那部分導體相當于電路中的電源。常見的情景有以下兩切割磁感線運動的那部分導體相當于電路中的電源。常見的情景有以下兩種：種：1. .平動切割平動切割(1)常用公式：若運動速度常用公式：若運動速度v和磁感線方向垂直，則感應電動勢和磁感線方向垂直，則感應電動勢EBlv。其中其中B、l、v三者兩兩垂直。三者兩兩垂直。(2)有效長度：公式中的有效長度：公式中的l為有效切割長度，即導體在與為有效切割長度，即導體在與v垂直的方向上的垂直的方向上的投影長度投影長度(3)相對性：相對性：EBlv中的速度中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動時，是相對于磁場的速度，若磁場也運動時，應注意速度
10、間的相對關系。應注意速度間的相對關系。2. .轉動切割轉動切割圖圖41. .(2018上海閔行區(qū)模擬上海閔行區(qū)模擬)如圖如圖5所示，在外力的作用下，導體所示，在外力的作用下，導體桿桿OC可繞可繞O軸沿半徑為軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強磁場中的光滑的半圓形框架在勻強磁場中以角速度以角速度勻速轉動，磁感應強度大小為勻速轉動，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面，方向垂直紙面向里，向里，A、O間接有電阻間接有電阻R，桿和框架電阻不計，則所施外力，桿和框架電阻不計，則所施外力的功率為的功率為()圖圖5答案答案C2. .(2017全國卷全國卷，20)(多選多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強
11、兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直。邊長為度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為、總電阻為0.005 的正方形導線框的正方形導線框abcd位于紙面內，位于紙面內，cd邊與磁場邊界平行，如圖邊與磁場邊界平行，如圖6(a)所示。已知導線框一所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動，直向右做勻速直線運動，cd邊于邊于t0時刻進入磁場。線框中感應電動勢時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖隨時間變化的圖線如圖(b)所示所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正勢取正)。下列說法正確的是。下列說法正確的是()圖圖6A. .磁感應強
12、度的大小為磁感應強度的大小為0.5 TB. .導線框運動的速度的大小為導線框運動的速度的大小為0.5 m/sC. .磁感應強度的方向垂直于紙面向外磁感應強度的方向垂直于紙面向外D. .在在t0.4 s至至t0.6 s這段時間內，導線框所受的安培力大小這段時間內，導線框所受的安培力大小為為0.1 N答案答案BC3. .(2018福建省畢業(yè)班質量檢查福建省畢業(yè)班質量檢查)如圖如圖7，磁感應強度大小為，磁感應強度大小為B的勻強磁場中有一固定金屬線框的勻強磁場中有一固定金屬線框PMNQ，線框平面與磁感，線框平面與磁感線垂直，線框寬度為線垂直，線框寬度為L。導體棒。導體棒CD垂直放置在線框上，并垂直放置
13、在線框上，并以垂直于棒的速度以垂直于棒的速度v向右勻速運動，運動過程中導體棒與向右勻速運動，運動過程中導體棒與金屬線框保持良好接觸。金屬線框保持良好接觸。圖圖7解析解析(1)設在設在t時間內時間內MNCDM回路面積的變化量為回路面積的變化量為S，磁通量的變化量，磁通量的變化量為為，則則SLvt，BSBLvt(2)MNCDM回路中的感應電動勢回路中的感應電動勢EBLv將已知數(shù)據(jù)代入解得將已知數(shù)據(jù)代入解得F0.064 N安培力的方向與速度方向相反安培力的方向與速度方向相反答案答案(1)見解析見解析(2)0.064 N與速度方向相反與速度方向相反 0.32 W1. .自感現(xiàn)象的四大特點自感現(xiàn)象的四大
14、特點(1)自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化。自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化。(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。(3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導體。電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當于普通導體。(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是線圈的自感系數(shù)越大，自感現(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。向。通電自感和斷電自感渦流通電自感和斷電自感渦流2.自感中自感中“閃亮閃亮”與與“不閃亮不閃亮”問題問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線
15、圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖電路圖通電時通電時電流逐漸增大，燈泡逐電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮漸變亮電流突然增大，燈泡立刻變亮，電流突然增大，燈泡立刻變亮，然后逐漸減小達到穩(wěn)定然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時斷電時電流逐漸減小，燈泡逐電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2若若I2 I I1，燈泡逐漸變暗；，燈泡逐漸變暗；若若I2I1，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變種情況燈泡中電流方向均改變1. .(多選多選)如圖如圖8所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，所示，在線圈上端放
16、置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內的水沸騰起來。若要縮現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有短上述加熱時間，下列措施可行的有()A. .增加線圈的匝數(shù)增加線圈的匝數(shù) B. .提高交流電源的頻率提高交流電源的頻率C. .將金屬杯換為瓷杯將金屬杯換為瓷杯 D. .取走線圈中的鐵芯取走線圈中的鐵芯圖圖8解析解析當電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中當電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高。要縮短加熱時間，需增大渦產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高。要縮短加熱時間，需增大渦電流，即增大感應電動勢或減小電阻
17、。增加線圈匝數(shù)、提高電流，即增大感應電動勢或減小電阻。增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都是為了增大感應電動勢。瓷杯不能產(chǎn)生渦交變電流的頻率都是為了增大感應電動勢。瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會導致磁性減弱。所以選項電流，取走鐵芯會導致磁性減弱。所以選項A、B正確，正確，C、D錯誤。錯誤。答案答案AB2. .(多選多選)如圖如圖9甲、乙所示的電路中，電阻甲、乙所示的電路中，電阻R和自感線圈和自感線圈L的電阻值都很小，的電阻值都很小，且小于燈泡且小于燈泡A的電阻，接通的電阻，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則發(fā)光，則()A. .在電路甲中，斷開在電路甲中，斷開S后，后，A
18、將逐漸變暗將逐漸變暗B. .在電路甲中，斷開在電路甲中，斷開S后，后，A將先變得更亮，然后才逐漸變暗將先變得更亮，然后才逐漸變暗C. .在電路乙中，斷開在電路乙中，斷開S后，后，A將逐漸變暗將逐漸變暗D. .在電路乙中，斷開在電路乙中，斷開S后，后，A將先變得更亮，然后才逐漸變暗將先變得更亮，然后才逐漸變暗圖圖9解析解析題圖甲所示電路中，燈題圖甲所示電路中，燈A和線圈和線圈L串聯(lián)，電流相同，斷串聯(lián)，電流相同，斷開開S時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，通過時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，通過R、A形成回路，燈形成回路，燈A逐漸變暗，選項逐漸變暗，選項A正確，正確，B錯誤；題
19、圖乙所示錯誤；題圖乙所示電路中，電阻電路中，電阻R和燈和燈A串聯(lián)，燈串聯(lián)，燈A的電阻大于線圈的電阻大于線圈L的電阻，通的電阻，通過燈過燈A的電流則小于線圈的電流則小于線圈L中的電流，斷開中的電流，斷開S時，電源不給燈時，電源不給燈供電，而線圈供電，而線圈L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過R、A形成回路，燈形成回路，燈A中電流比原來大，中電流比原來大，A將變得更亮，然后逐漸變將變得更亮，然后逐漸變暗。暗。答案答案AD3. .(2017北京理綜，北京理綜，19)圖圖10甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和和L
20、2為電感線圈。實驗時，斷開開關為電感線圈。實驗時，斷開開關S1瞬間，燈瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關漸變暗；閉合開關S2，燈，燈A2逐漸變亮。而另一個相同的燈逐漸變亮。而另一個相同的燈A3立即變亮，立即變亮，最終最終A2與與A3的亮度相同。下列說法正確的是的亮度相同。下列說法正確的是()甲乙甲乙圖圖10A. .圖甲中，圖甲中，A1與與L1的電阻值相同的電阻值相同B. .圖甲中，閉合圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于中電流大于L1中電流中電流C. .圖乙中，變阻器圖乙中，變阻器R與與L2的電阻值相同的電阻值相同D. .圖乙中，閉合圖乙中，閉合S
21、2瞬間，瞬間，L2中電流與變阻器中電流與變阻器R中電流相等中電流相等解析解析在圖甲中，斷開開關在圖甲中，斷開開關S1瞬間，瞬間，L1與與A1 構成閉合回路，通過燈構成閉合回路，通過燈A1的電的電流與流與L1相同，又因燈相同，又因燈A1突然閃亮，即通過突然閃亮，即通過A1電流增大，則可推出，閉合電流增大，則可推出，閉合S1待電路穩(wěn)定后，通過待電路穩(wěn)定后，通過L1 的電流大于通過燈的電流大于通過燈A1電流，根據(jù)電流，根據(jù)L1與與A1并聯(lián)，所并聯(lián)，所以以L1的電阻小于的電阻小于A1的電阻，故選項的電阻，故選項A、B錯誤；在圖乙中，閉合開關錯誤；在圖乙中，閉合開關S2，最終最終A2與與A3亮度相同，即
22、電流相同，所以亮度相同，即電流相同，所以L2與變阻器與變阻器R的電阻相同；閉合的電阻相同；閉合開關開關S2的瞬間，的瞬間，L2中電流小于變阻器中電流小于變阻器R中電流，故選項中電流，故選項C正確，正確，D錯誤。錯誤。答案答案C轉動切割磁感線產(chǎn)生的感應電轉動切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢動勢題源：人教版選修題源：人教版選修32P14T71831年年10月月28日，法拉第在一次會議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機日，法拉第在一次會議上展示了他發(fā)明的圓盤發(fā)電機(圖圖4.314甲甲)。它是利用電磁感應的原理制成的，是人類歷史上的第一臺發(fā)電。它是利用電磁感應的原理制成的，是人類歷史上的第一臺發(fā)電機。據(jù)說，在法拉第
23、表演他的圓盤發(fā)電機時，一位貴婦人問道：機。據(jù)說，在法拉第表演他的圓盤發(fā)電機時，一位貴婦人問道：“法拉第法拉第先生，這東西有什么用呢？先生，這東西有什么用呢？”法拉第答道：法拉第答道：“夫人，一個剛剛出生的嬰兒有夫人，一個剛剛出生的嬰兒有什么用呢？什么用呢？”圖乙是這個圓盤發(fā)電機的示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正圖乙是這個圓盤發(fā)電機的示意圖：銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片好在兩磁極之間，兩塊銅片C、D分別與轉動軸和銅盤的邊緣接觸。使銅分別與轉動軸和銅盤的邊緣接觸。使銅盤轉動，電阻盤轉動，電阻R中就有電流通過。中就有電流通過。(1)說明圓盤發(fā)電機的原理。說明圓
24、盤發(fā)電機的原理。(2)圓盤如圖示方向轉動，請判斷通過圓盤如圖示方向轉動，請判斷通過R的電流方向。的電流方向。圖圖4.314法拉第的圓盤發(fā)電機法拉第的圓盤發(fā)電機拓展拓展1(多選多選)在上題中，若所加磁場為勻強磁場，回路的總電阻恒定，從在上題中，若所加磁場為勻強磁場，回路的總電阻恒定，從左往右看，銅盤沿順時針方向勻速轉動，下列說法正確的是左往右看，銅盤沿順時針方向勻速轉動，下列說法正確的是()A. .銅片銅片D的電勢高于銅片的電勢高于銅片C的電勢的電勢B. .電阻電阻R中有正弦式交變電流流過中有正弦式交變電流流過C. .銅盤轉動的角速度增大銅盤轉動的角速度增大1倍，流過電阻倍，流過電阻R的電流也隨
25、之增大的電流也隨之增大1倍倍D. .保持銅盤不動，磁場變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場，則銅盤中有電保持銅盤不動，磁場變?yōu)榉较虼怪庇阢~盤的交變磁場，則銅盤中有電流產(chǎn)生流產(chǎn)生答案答案ACD拓展拓展2(2016全國卷全國卷，20)(多選多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖意圖如圖11所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場的勻強磁場B中。圓盤旋轉時，關于流過電阻中。圓盤旋轉時，關于流過電阻R的電流，的電流，下列說法正確的是下列說法正確的是
26、()A. .若圓盤轉動的角速度恒定，則電流大小恒定若圓盤轉動的角速度恒定，則電流大小恒定B. .若從上向下看，圓盤順時針轉動，則電流沿若從上向下看，圓盤順時針轉動，則電流沿a到到b的方向流動的方向流動C. .若圓盤轉動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變若圓盤轉動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化化D. .若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼娜魣A盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵系臒峁β室沧優(yōu)樵瓉淼膩淼?倍倍圖圖11答案答案AB拓展拓展3(2015新課標全國新課標全國，15)如圖如圖12，直角三角形金屬框，直角三角形金屬框abc放置的勻強磁場中，磁感應強度大小為放置的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于，方向平行于ab邊向上。當金屬框繞邊向上。當金屬框繞ab邊以角速度邊以角速度逆時針轉動時，逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc。已知。已知bc邊的長度為邊的長度為l。下列。下列判斷正確的是判斷正確的是()圖圖12答案答案C
物理總第十章 電磁感應 基礎課2 法拉第電磁感應定律 自感 渦流
