《高考物理第一轮考纲知识复习计划 法拉第电磁感应定律、互感和自感》.doc
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1、高考物理第一轮考纲知识复习计划 法拉第电磁感应定律、互感和自感第2节 法拉第电磁感应定律、互感和自感【考纲知识梳理】一、感应电动势1、电磁感应的这电路就于电源,在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。(即:由负到正)2、 感应电动势与感应电流的关系:遵守闭合电路欧姆定律二、法拉第电磁感应定律1、法拉第电磁感应定律(1)定律内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过电路的磁通量的率成正比.(2)公式: ,N为线圈匝数2、 导体切割磁感线的情形(1)情况:运动速度v与磁感应线方向夹角为 时则(2)E=BLv (垂直平动切割) L是导线的切割长度 (v为磁场与导体的切割速度) (B不动而导体动;导体不
2、动而B运动)(3) . (直导体绕一端转动切割)三、自感和涡流1.自感:导体本身电流而产生的电磁感应.2.自感电动势(1)定义:自感中产生的感应电动势叫自感电动势.(2)表达式: L为自感系数,.L跟线圈的形状、长短、匝数等因素系.线圈越粗,越长、长度上的匝数越密,横截面积越大,它的自感系数越大,有铁芯的线圈自感系数大大.自感系数的是亨利,国际符号是L,1亨=103毫亨=106 微亨【要点名师透析】一、 对法拉第电磁感应定律的理解1.磁通量、磁通量的量、磁通量的率的区别3.感应电荷量的求法在电磁感应中有电流电路,那么也就有电荷量,由电流的定义I= 可知q=It.注意I应为平均值,而 = ,要求
3、感应电动势的平均值再求其电荷量,即:q= t= t=n .由此可知,感应电荷量q由磁通量大小及电路的电阻R决定,与无关.【例1】(13分)半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度为B=0.2 T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,a=0.4 m,b = 0.6 m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R0 = 2 ,一金属棒MN与金属环接触,棒与环的电阻均忽略不计.(1)若棒以v0=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑动到圆环直径OO的瞬时(如图所示),MN中的电动势和流过灯L1的电流.(2)撤去中间的金属棒MN将右面的半圆环OL2O以O
4、O为轴向上翻转90,若此时磁场随均匀,其率为 = T/s,求L2的功率.【答案】(1)0.8 V 0.4A(2)1.2810-2W【详解】(1)棒滑过圆环直径OO的瞬时,MN中的电动势E1=B2av0=0.20.85 V=0.8 V (3分)等效电路如图所示,流过灯L1的电流I1= =0.4A (3分)二、导体切割磁感线产生感应电动势的计算1.导体平动切割磁感线导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式 E=Blv,应从几个理解和.(1)公式使用条件:本公式是在条件下得出的,除了磁场是匀强磁场外,还需B、l、v三者垂直.问题中当它们不垂直时,应取垂直的分量计算,公式可为E=Blvsin,为B与v
5、方向间的夹角.(2)使用范围:导体平动切割磁感线时,若v为平均速度,则E为平均感应电动势,即 =Bl .若v为瞬时速度,则E为的瞬时感应电动势.(3)性:公式中的l为切割长度,即导体与v垂直的方向上的投影长度.图中长度分别为:甲图:l=cdsin乙图:沿v1方向运动时,l=MN沿v2方向运动时,l=0.丙图:沿v1方向运动时,l= R沿v2方向运动时,l=0沿v3方向运动时,l=R(4)性:E=Blv中的速度v是相磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的关系.2.导体转动切割磁感线当导体棒在垂直于磁场的平面内,绕其一端为轴,以角速度匀速转动时,产生的感应电动势为E=Bl = Bl2,如图所示.
6、【例2】(12分)金属杆MN和PQ间距为l,MP间接有电阻R,磁场如图所示,磁感应强度为B.金属棒AB长为2l,由图示位置以A为轴,以角速度匀速转过90(顺时针).求该过程中(电阻不计):(1)R上的最大电功率.(2)R的电量.【详解】AB转动切割磁感线,且切割长度由l增至2l以后AB离开MN,电路断开. (2分)(1)当B端恰至MN上时,E最大.三、通电自感和断电自感的【例3】(2010北京高考)在如图所示的电路中,两个相同的小灯泡L1和L2分别串联带铁芯的电感线圈L和滑动变阻器R.闭合开关S后,R,使L1和L2发光的亮度一样,此时流过两个灯泡的电流为I.然后,断开S.若t时刻再闭合S,则在
7、t前后的一小段内,反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随t的图象是( )【答案】选B.【详解】闭合开关S后,R,使两个灯泡L1、L2发光的亮度一样,电流为I,说明RL=R.若t时刻再闭合S,流过电感线圈L和灯泡L1的电流迅速增大,使电感线圈L产生自感电动势,阻碍了流过L1的电流i1增大,直至到达电流I,故A错误,B;而t时刻再闭合S,流过灯泡L2的电流i2立即电流I,故C、D错误.【感悟高考真题】1.(2011北京高考T19)某同学验证断电自感,找来带铁心的线圈L、小灯泡A 、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后,闭合开关s,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有
8、不的延时熄灭。虽经多次重复,仍未见老师演示时的小灯泡闪亮,他冥思苦想找不出原因。你最有小灯泡未闪亮的原因是A.电源的内阻B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大D.线圈的自感系数【答案】选C.【详解】实物连线图画出的电路图,当闭合电键S,电路稳定之后,小灯泡中有稳定的电流 ,电感线圈中有稳定的电流 ,当电键S突然断开时,电流 立即消失,自感电动势的作用,流过线圈的电流 突变,而是要流动,于是,电感线圈和小灯泡构成了回路, ,则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭,线圈的自感系数越大,小灯泡延时闪亮的就越长.不 的条件,小灯泡只是延时熄灭,不会观察到闪亮一下再熄灭.可见灯泡未闪亮的原因是不 的条件,这是线圈电
9、阻偏大的 偏小。本题选项是C.2.(2011四川理综T20)如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60时的感应电流为1A.那么A.线圈消耗的电功率为4WB.线圈中感应电流的值为2AC.任意时刻线圈中的感应电动势为e = 4cosD.任意时刻穿过线圈的磁通量为 = sin【答案】选AC.【详解】线圈垂直于中性面启动,则瞬时表达式可记为 ,代入数据可知 ,得最大值 ,即值 ,功率为 ,瞬时值表达式为 .故A、C,B错误。再 ,则任意时刻穿过线圈的磁通量为 ,可知D错误.3.(2011广东理综T15
10、)将闭合多匝线圈置于仅随的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述的是A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量越快,感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同【答案】选C.【详解】由法拉第电磁感应定律知: ,可见感应电动势的大小与线圈的匝数,A错误;感应电动势的大小取决于磁通量的快慢,而与磁通量的大小无关,B错误,C;感应电流产生的磁场阻碍原磁场的,当原磁场增大时,感应电流产生的磁场与其相反,D错误。4.(2011福建理综T17)如图,足够长的U型光滑金属导轨平面与面成 角(090),M
11、N与 平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。金属棒 由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨垂直且接触, 棒接入电路的电阻为R,当流过 棒某一横截面的电量为q时,棒的速度大小为 ,则金属棒 在过程中A.运动的平均速度大小为B.下滑的位移大小为C.产生的焦耳热为D.受到的最大安培力大小为【答案】选B.【详解】由E=BLV、 、F安=BIL可得棒的速度为V时的安培力为 ,D错;对导体棒受力分析如图所示 据牛顿运动定律判断可得导体棒的运动情况如图所示 由图可知导体棒过程的平均速度大于 ,A错;由法拉第电磁感应定律导体棒过程的电量 ,导体棒下滑的位移 ,B对;由能量关系可得过程
12、产生的焦耳热 ,C错,故选B.5.(2011江苏物理T2)如图所示,固定的长直导线中通有电流 ,矩形线框与导线在同一竖直平面内,且一边与导线平行。线框由静止释放,在下落过程中A.穿过线框的磁通量不变B.线框中感应电流方向不变C.线框所受安培力的合力为零D.线框的机械能增大【答案】选B.【详解】线框下落中距离直导线越来越远,磁场越来越弱,但磁场方向不变,磁通量越来越小,楞次定律可知感应电流的方向不变,A错B对,线框左边和右边所受安培力总是大小相等,方向相反,但上下两边磁场强弱不同安培力大小不同,合力不为零,C错,下落过程中机械能越来越小,D错。8.(2011江苏物理T5)如图所示,面内有一平行金
13、属导轨,导轨光滑且电阻不计。匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触。t=0时,将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象的是【思路点拨】解答本题时要注意理解:(1)导体棒电容器放电时可看作电源(2)导体棒因在磁场中运动而产生感应电动势(3)的结果是电容器两端的电压等于导体棒两端的电压【精讲精析】选D.当开关由1掷到2,电容器放电,导体棒因受安培力而向右加速,导体棒向右运动产生感应电动势,电容器两端电压和导体棒两端电压相等,电容器的带电量不变,导体棒的速度不变,但不等于零,AC错,导体棒加速度棒中电流为零
14、,B错,D对。6.(2011江苏物理T6)美国科学家Willard S.Boyle与George E.Smith 因电荷耦合器件(CCD)的发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可传感器的有A.发光二极管 B.热敏电阻 C.霍尔元件 D.干电池【答案】选BC.【详解】传感器的原理是将非电学量转化为电学量,例如热敏电阻阻值随温度而,可将温度量转化为电压电流等电学量,霍尔元件可将磁感应强度量转化为电压电流等电学量,而发光二极管干电池都将非电学量转化为电学量,选BC.7、 (2010江苏卷)2、一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,先线框的面积
15、不变,将磁感应强度在1 s 内均匀地增大到原来的两倍,接着增大后的磁感应强度不变,在1 s 内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半,两个过程中,线框中感应电动势的比值为(A) (B)1 (C)2 (D)4.【答案】B 难度:易 本题考查电磁感应定律的应用【解析】,大小相等,选B。8、 (2010江苏卷)4.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值,在t=0时刻闭合开关S,一段后,在t=t1时刻断开S,下列表示A、B两点间电压UAB随t的图像中,的是选B 考查自感和电压图象。 难度:难【解析】开关闭合时,线圈的自感阻碍作用,可看做电阻,线圈电
16、阻逐渐减小,并联电路电阻逐渐减小。电压 逐渐减小;开关闭合后再断开时,线圈的感应电流与原电流方向相同,回路,灯泡的电流与原来相反,并逐渐减小到0,本题选B。9、 (2010广东卷)16. 如图5所示,平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域,细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到MN的过程中,棒上感应电动势E随t的图示,的是答案:A解析:MN磁场中才切割磁感线,中间过程有感应电动势,选A。10、 (2010山东卷)21.如图所示,空间两个磁场,磁感应强度大小均为 ,方向相反且垂直纸面, 、 为其边界,OO为其对称轴。一导线折成边长为 的正方形闭合回路 ,回路在纸面内以恒定速度 向右运动,当运动到关于OO
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