物理第十章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流

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1、第十章第十章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)第第2 2講法拉第電磁感應(yīng)定律、自講法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流感和渦流過好雙基關(guān)一、法拉第電磁感應(yīng)定律一、法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動勢(1)感應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢.(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的 發(fā)生改變，與電路是否閉合無關(guān).(3)方向判斷：感應(yīng)電動勢的方向用 或右手定則判斷.2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的成正比.磁通量楞次定律磁通量的變化率斜率3.導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體垂直切割磁感線時，感應(yīng)電動勢可用E 求出，式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度；(2)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體棒

2、以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EBl (平均速度等于中點位置的線速度 l).Blv答案自測自測1教材P17第1題改編將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是A.感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B.穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大C.穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同二、自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動二、自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.自感現(xiàn)象(1)概念：由于導(dǎo)體本身的 變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢.(2)表

3、達式：EL .(3)自感系數(shù)L的影響因素：與線圈的 、形狀、 以及是否有鐵芯有關(guān).電流大小匝數(shù)2.渦流現(xiàn)象(1)渦流：塊狀金屬放在 磁場中，或者讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流.(2)產(chǎn)生原因：金屬塊內(nèi) 變化感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流.3.電磁阻尼導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是 導(dǎo)體的相對運動.4.電磁驅(qū)動如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生 使導(dǎo)體受到安培力而使導(dǎo)體運動起來.變化磁通量阻礙感應(yīng)電流答案自測自測2(多選)電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音

4、，下列說法正確的有A.選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作B.取走磁體，電吉他將不能正常工作C.增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢D.弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷變化解析圖1解析解析銅質(zhì)弦為非磁性材料，不能被磁化，選用銅質(zhì)弦，電吉他不能正常工作，A項錯誤；若取走磁體，金屬弦不能被磁化，其振動時，不能在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電吉他不能正常工作，B項正確；弦振動過程中，穿過線圈的磁通量大小不斷變化，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流方向不斷變化，D項正確.研透命題點1.求解感應(yīng)電動勢常見情況求解感應(yīng)電動勢常見情況 命題點一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用基礎(chǔ)考點自主悟透基礎(chǔ)考點自主悟透情景圖研究對象

5、回路(不一定閉合)一段直導(dǎo)線(或等效成直導(dǎo)線)繞一端轉(zhuǎn)動的一段導(dǎo)體棒繞與B垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動的導(dǎo)線框表達式EBLvsin ENBSsin t例例1輕質(zhì)細線吊著一質(zhì)量為m0.42 kg、邊長為L1 m、匝數(shù)n10的正方形線圈，其總電阻為r1 .在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場，如圖2甲所示.磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小隨時間變化關(guān)系如圖乙所示.(g10 m/s2)(1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是順時針還是逆時針；答案解析圖2答案答案逆時針解析解析由楞次定律知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向.(2)求線圈的電功率；答案解析答案答案0.25 W解析解析由法拉第電磁感應(yīng)定律得(3)求在t4 s

6、時輕質(zhì)細線的拉力大小.答案解析答案答案1.2 NF安F線mg聯(lián)立解得F線1.2 N.拓展延伸拓展延伸(1)在例1中磁感應(yīng)強度為多少時，細線的拉力剛好為0?答案答案0.84 T解析解析細線的拉力剛好為0時滿足：F安mgF安nBIL聯(lián)立解得：B0.84 T答案解析(2)在例1中求在t6 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量？答案答案3 C解析解析由qIt得：q0.56 C3 C.答案解析答案變式變式1(2017天津理綜3)如圖3所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌之間接有電阻R.金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下.現(xiàn)使磁感應(yīng)強度隨時間均勻減小，ab始

7、終保持靜止，下列說法正確的是A.ab中的感應(yīng)電流方向由b到aB.ab中的感應(yīng)電流逐漸減小C.ab所受的安培力保持不變D.ab所受的靜摩擦力逐漸減小圖3解析解析解析金屬棒ab、電阻R、導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，磁感應(yīng)強度均勻減小( k為一定值)，則閉合回路中的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，可知回路中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，ab中的電流方向由a到b，故A錯誤；安培力FBIL，電流大小和金屬棒長度不變，磁感應(yīng)強度減小，則安培力減小，故C錯誤；導(dǎo)體棒處于靜止狀態(tài)，所受合力為零，對其受力分析，水平方向靜摩擦力Ff與安培力F等大反向，安培力減小，則靜摩擦力減小，故D正確.答案變式變式2(2018湖北黃岡調(diào)研)如圖4

8、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(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示.圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0，導(dǎo)線的電阻不計.求0至t1時間內(nèi)(1)通過電阻R1的電流大小和方向；圖4解析由楞次定律可得電阻R1上的電流方向為從b到a.答案(2)通過電阻R1的電荷量q和產(chǎn)生的熱量Q.解析解析解析通過電阻R1上的電荷量電阻R1上產(chǎn)生的熱量1.計算：計算： 命題點二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢能力考點師生共研能力考點師生共研切割方式感應(yīng)電動勢的表達式垂直切割EBl

9、v傾斜切割EBlvsin ，其中為v與B的夾角旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)E Bl2說明說明(1)導(dǎo)體與磁場方向垂直；(2)磁場為勻強磁場.2.判斷：判斷：(1)把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路或?qū)w當作電源的內(nèi)電路，那部分導(dǎo)體相當于電源.(2)若電路是不閉合的，則先假設(shè)有電流通過，然后應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向.(3)電源內(nèi)部電流的方向是由負極(低電勢)流向正極(高電勢)，外電路順著電流方向每經(jīng)過一個電阻電勢都要降低.例例2(多選)(2017全國卷20)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直.邊長為0.1 m、總電阻為0.005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁

10、場邊界平行，如圖5甲所示.已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t0時刻進入磁場.線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正).下列說法正確的是A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5 TB.導(dǎo)線框運動的速度的大小為0.5 m/sC.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D.在t0.4 s至t0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N圖5答案解析根據(jù)右手定則及正方向的規(guī)定可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；例例3(多選)(2016全國卷20)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖6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

11、.圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是A.若圓盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，則電流沿a到b的 方向流動C.若圓盤轉(zhuǎn)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D.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵?來的2倍圖6答案解析解析解析將圓盤看成無數(shù)幅條組成，它們都在切割磁感線從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，則當圓盤順時針(俯視)轉(zhuǎn)動時，根據(jù)右手定則可知圓盤上感應(yīng)電流從邊緣流向中心，流過電阻的電流方向從a到b，B對；變式變式3(2015安徽理綜19)如圖7所示，abcd為水平放置

12、的平行“ ”形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為l，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，導(dǎo)軌電阻不計.已知金屬桿MN傾斜放置，與導(dǎo)軌成角，單位長度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好).則圖7答案解析變式變式4(2015新課標全國卷15)如圖8，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向平行于ab邊向上.當金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是A.UaUc，金屬框中無電流B.UbUc，金屬框中電流方向沿abcaC.Ubc Bl2，金屬框中無電

13、流D.Ubc Bl2，金屬框中電流方向沿acba答案解析圖8解析解析金屬框abc平面與磁場平行，轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項B、D錯誤.轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則判斷UaUc，UbIA1，即RL1RA1，故A錯；題圖甲中，閉合開關(guān)S1，電路穩(wěn)定后，因為RL10)隨時間變化.t0時，P、Q兩極板電勢相等，兩極板間的距離遠小于環(huán)的半徑.經(jīng)時間t，電容器的P極板A.不帶電B.所帶電荷量與t成正比C.帶正電，電荷量是D.帶負電，電荷量是圖9答案解析123456789101112131234567891011121311.如圖10所示，某同學(xué)在

14、玻璃皿中心放一個圓柱形電極接電源的負極，沿邊緣放一個圓環(huán)形電極接電源的正極做“旋轉(zhuǎn)的液體”實驗，若蹄形磁鐵兩極間正對部分的磁場可視為勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B0.1 T，玻璃皿的橫截面的半徑為a0.05 m，電源的電動勢為E3 V，內(nèi)阻r0.1 ，限流電阻R04.9 ，玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R0.9 ，閉合開關(guān)后，當液體旋轉(zhuǎn)時，電壓表的示數(shù)為1.5 V，則A.由上往下看，液體做順時針旋轉(zhuǎn)B.液體所受的安培力大小為1.5104 NC.閉合開關(guān)后，液體熱功率為0.81 WD.閉合開關(guān)10 s，液體具有的動能是3.69 J圖10答案解析12345678910111213解析解析由于中心放一個

15、圓柱形電極接電源的負極，沿邊緣放一個圓環(huán)形的電極接電源的正極，在電源外部電流由正極流向負極，因此電流由邊緣流向中心；玻璃皿所在處的磁場豎直向上，由左手定則可知，導(dǎo)電液體受到的安培力沿逆時針方向，因此液體沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故A錯誤；12345678910111213玻璃皿中兩電極間液體的等效電阻為R0.9 ，則液體熱功率為P熱I2R0.320.9 W0.081 W，故C錯誤；10 s末液體的動能等于安培力對液體做的功，通過玻璃皿的電流的功率PUI1.50.3 W0.45 W，所以閉合開關(guān)10 s，液體具有的動能EkW電流W熱(PP熱)t(0.450.081)10 J3.69 J，故D正確.123

16、4567891011121312.(2017北京海淀重點中學(xué)月考)如圖11甲所示，水平面上的平行導(dǎo)軌MN、PQ上放著兩根導(dǎo)體棒ab、cd，兩棒間用絕緣絲線系住.開始勻強磁場垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化如圖乙所示，圖線與t軸的交點為t0.I和FT分別表示通過導(dǎo)體棒中的電流和絲線的拉力(不計電流間的相互作用).則在t0時刻A.I0，F(xiàn)T0B.I0，F(xiàn)T0C.I0，F(xiàn)T0D.I0，F(xiàn)T0答案解析圖1112345678910111213解析解析由題圖乙看出，磁感應(yīng)強度B隨時間t做均勻變化，則穿過回路的磁通量隨時間也做均勻變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中將產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，所以I0，

17、但t0時刻B0，兩棒都不受安培力，故絲線的拉力FT0.所以C正確.1234567891011121313.如圖12所示，MN、PQ是兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為d，導(dǎo)軌所在平面與水平面成角，M、P間接阻值為R的電阻.勻強磁場的方向與導(dǎo)軌所在平面垂直，磁感應(yīng)強度大小為B.質(zhì)量為m、阻值為r、長度為d的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下，以速度v勻速向上運動.已知金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直并且保持良好接觸，重力加速度為g.求：(1)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E；答案解析圖1212345678910111213答案答案Bdv解析解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得EBdv.(2)通過電阻R的電流I；答案解析12345678910111213(3)拉力F的大小.答案解析12345678910111213