2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題九 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感課件.ppt

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第2講法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 R r 考點(diǎn)1 法拉第電磁感應(yīng)定律 1 感應(yīng)電動(dòng)勢 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 電源 1 感應(yīng)電動(dòng)勢 在 中產(chǎn)生的電動(dòng)勢 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源 導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于 2 感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系 遵循 定 律 即I E 閉合電路歐姆 內(nèi)阻 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 磁通量的變化率 1 內(nèi)容 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 跟 成正比 E n t 2 表達(dá)式 其中n為線圈的匝數(shù) 3 公式的變形 當(dāng)線圈面積S不變 垂直于線圈平面的磁場B發(fā)生變化 時(shí) E n S B t 當(dāng)磁場B不變 垂直于磁場的線圈面積S發(fā)生變化時(shí) E n B S t 3 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 1 表達(dá)式 E Blvsin Blv 2 當(dāng)B l v三者兩兩垂直時(shí) E 注意 以上兩式是由法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出來的特殊情況 因此只適用于計(jì)算部分導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場中做切割磁感 線運(yùn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢大小 有效長度 式中 為B和v的方向夾角 l為切割磁感線的 4 兩個(gè)公式的區(qū)別 平均 平均 瞬時(shí) 1 E n t 常用于計(jì)算在 t時(shí)間內(nèi)的 電動(dòng)勢 只有 當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時(shí) 算出的才是瞬時(shí)電動(dòng)勢 2 E Blvsin 若v為平均速度 算出的就是 電動(dòng)勢 若v為瞬時(shí)速度 算出的就是 電動(dòng)勢 5 導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢當(dāng)長度為l導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi) 繞一端以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E 6 感應(yīng)電量 平行閉合線圈的匝數(shù)為n 在 t時(shí)間內(nèi)閉合電路的磁通量變化量為 回路總電阻為R 則通過電路中某 一橫截面的電量q n R 2 自感電動(dòng)勢E L 考點(diǎn)2 自感和渦流 1 自感現(xiàn)象 是由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的 現(xiàn)象 由于自感而產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢 I t 電磁感應(yīng) 3 自感系數(shù)L與線圈的 形狀 以及是否有 鐵芯有關(guān) 單位是 大小 圈數(shù) 亨利 H 4 渦流 塊狀金屬在磁場中運(yùn)動(dòng) 或者處在變化的磁場中 金屬塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉 合回路 叫做 渦流 基礎(chǔ)自測 1 如圖9 2 1所示 在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中 將一水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出 設(shè)在整個(gè)過程中棒的方向不變且不計(jì)空氣阻力 則金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電 動(dòng)勢大小變化情況是 圖9 2 1 A 越來越大 B 越來越小 C 保持不變 D 無法判斷 答案 C 2 無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖如圖9 2 2所示 線圈匝數(shù)為n 面積為S 若在t1到t2時(shí)間內(nèi) 勻強(qiáng)磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈 其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到 B2 則該段時(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢差 a b A 恒為 nS B2 B1 t2 t1 B 從0均勻變化到 nS B2 B1 t2 t1 C 恒為 nS B2 B1 t2 t1 D 從0均勻變化到 nS B2 B1 t2 t1 圖9 2 2 答案 C 3 多選 2015年新課標(biāo) 卷 1824年 法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的 圓盤實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置 在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針 如圖9 2 3所示 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí) 磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來 但略有滯后 下列 說法正確的是 圖9 2 3 A 圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢 B 圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) C 在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中 磁針的磁場穿過整個(gè)圓盤的磁通 量發(fā)生了變化 D 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流 此電流產(chǎn) 生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) 答案 AB 4 2016年北京卷 如圖9 2 4所示 勻強(qiáng)磁場中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a b 磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別為Ea和Eb 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說法正確的是 圖9 2 4A Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向答案 B 熱點(diǎn)1 法拉第電磁感應(yīng)定律的簡單應(yīng)用 典題1 2017年安徽合肥高三檢測 在半徑為r 電阻為R的圓形導(dǎo)線框內(nèi) 以直徑為界 左右兩側(cè)分別存在著方向如圖9 2 5甲所示的勻強(qiáng)磁場 以垂直于紙面向外的磁場為正 兩部分磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖乙所 示 則0 t0時(shí)間內(nèi) 導(dǎo)線框中 乙 甲圖9 2 5A 感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針B 感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 C 感應(yīng)電流的大小為 3 r2B0t0R D 感應(yīng)電流的大小為 2 r2B0t0R 解析 根據(jù)楞次定律可知 左邊的導(dǎo)線框的感應(yīng)電流是順時(shí)針 而右邊的導(dǎo)線框的感應(yīng)電流 也是順時(shí)針 則整個(gè)導(dǎo)線框的感應(yīng)電流方向順時(shí)針 故A正確 B錯(cuò)誤 由法拉第電磁感應(yīng)定律知 因磁場的變化 導(dǎo)致導(dǎo)線框內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 結(jié)合題意可知 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢正好是兩者之和 即為E 答案 A 熱點(diǎn)2 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算 熱點(diǎn)歸納 1 E Blv的三個(gè)特性 1 正交性 本公式要求磁場為勻強(qiáng)磁場 而且B l v三者互相垂直 2 有效性 公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度 如圖9 2 6中 導(dǎo)體棒的有效長度為ab間的距離 圖9 2 6 3 相對(duì)性 E Blv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場的速度 若磁場也在運(yùn)動(dòng) 應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系 2 導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線 當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi) 繞一端以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 圖9 2 7 續(xù)表 考向1 公式的理解 典題2 多選 2017年新課標(biāo) 卷 兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直 邊長為0 1m 總電阻為0 005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi) cd邊與磁場邊界平行 如圖9 2 8甲所示 已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng) cd邊于t 0時(shí)刻進(jìn)入磁場 線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示 感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢 取正 下列說法正確的是 甲 乙 圖9 2 8A 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0 5TB 導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為0 5m sC 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D 在t 0 4s至t 0 6s這段時(shí)間內(nèi) 導(dǎo)線框所受的安培力大小為0 1N 解析 由E t圖象可知 線框經(jīng)過0 2s全部進(jìn)入磁場 則 E BLv可知 B 0 2T 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 根據(jù)楞次定律可知 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外 選項(xiàng)C正確 在t 0 4s至t 所受的安培力大小為F BIL 0 04N 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 BC 時(shí) 棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E 則 考向2 有效切割長度的理解 典題3 如圖9 2 9所示 空間有一勻強(qiáng)磁場 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)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí) 棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E 將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折彎 置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi) 當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動(dòng) E E 等于 圖9 2 9 答案 B方法技巧 本題關(guān)鍵要準(zhǔn)確理解公式E Blv中l(wèi)的含義 知道l是有效的切割長度 即速度垂直方向上金屬棒的長度 考向3 導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的問題 典題4 多選 2016年新課標(biāo) 卷 法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖9 2 10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的勻強(qiáng)磁場B中 圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí) 關(guān)于流過電阻R的電流 下列說法 正確的是 圖9 2 10 A 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定 則電流大小恒定 B 若從上向下看 圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 則電流沿a到b的方 向流動(dòng) C 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方 向可能發(fā)生變化 D 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍 則電流在R上的 熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 解析 將圓盤看成由無數(shù)輻條組成 各輻條都在切割磁感線 從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 出現(xiàn)感應(yīng)電流 當(dāng)圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 從上往下看 根據(jù)右手定則可判斷 圓盤上感應(yīng)電流從邊緣向中心 流過電阻R的電流方向從a到b B正確 由法拉 故A正確 C錯(cuò)誤 當(dāng)角速度 變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí) 感應(yīng)電動(dòng) 流在R上的熱功率P I2R變?yōu)樵瓉淼?倍 D錯(cuò)誤 答案 AB 易錯(cuò)提醒 公式E Blv的應(yīng)用是有條件的 它適用于導(dǎo)體 平動(dòng)且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況 對(duì)于這種導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的情況 導(dǎo)體各部分的速度不同 本公式不再適用 熱點(diǎn)3考向1 渦流 電磁阻尼 自感現(xiàn)象的理解及應(yīng)用通電自感與斷電自感現(xiàn)象對(duì)比 熱點(diǎn)歸納 1 兩種自感現(xiàn)象的比較 續(xù)表 續(xù)表 2 自感電動(dòng)勢的作用是阻礙電流的變化 但自感電動(dòng)勢只是延緩了過程的進(jìn)行 不能使過程停止 更不能使過程反向 3 自感線圈中的電流增大時(shí) 自感電動(dòng)勢阻礙電流的增大 電流減小時(shí) 自感電動(dòng)勢阻礙電流的減小 發(fā)生自感現(xiàn)象的瞬間 線圈中電流的大小和方向不變 即電流不發(fā)生 突變 典題5 2017年北京卷 演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖如圖9 2 11甲和乙所示 L1和L2為電感線圈 實(shí)驗(yàn)時(shí) 斷開開關(guān)S1瞬間 燈L1突然閃亮 隨后逐漸變暗 閉合開關(guān)S2 燈L2逐漸變亮 而另一個(gè)相同的燈L3立即變亮 最終L2與L3的亮 度相同 下列說法正確的是 甲 乙 圖9 2 11 A 圖甲中 L1與L1的電阻值相同 B 圖甲中 閉合開關(guān)S1 電路穩(wěn)定后 L1中電流大于L1 中電流 C 圖乙中 滑動(dòng)變阻器R與L2的電阻值相同 D 圖乙中 閉合開關(guān)S2瞬間 L2中電流與滑動(dòng)變阻器R中 電流相等答案 C 考向2 對(duì)電磁阻尼的考查 典題6 2017年新課標(biāo) 卷 掃描隧道顯微鏡 STM 可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌 為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng) 在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板 并施加磁場來快速衰減其微小振動(dòng) 如圖9 2 12所示 無擾動(dòng)時(shí) 按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場 出現(xiàn)擾動(dòng)后 對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是 圖9 2 12 A B C D 答案 A