2012高考总复习物理课件31法拉第电磁感应定律、自感.ppt
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1、,1,课时31 法拉第电磁感应定律 自感,2,考点一 感应电动势 基础梳理 1概念:在电磁感应现象中产生的电动势 2产生感应电动势的条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就一定有感应电动势,3,3感应电动势的方向:可假设电路闭合,由楞次定律或右手定则先判断出感应电流方向,产生感应电动势的那部分导体相当于电源,其中电流方向由低电势指向高电势,4,4感生电动势和动生电动势 (1)感生电动势 由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力由感生电场产生的感应电动势,叫做感生电动势 (2)动生电动势 一段导体切割磁感线运动时相当于一个电源,这时非静电
2、力与洛伦兹力有关由于导体运动而产生的感应电动势叫动生电动势,5,疑难详析 1产生电动势的那部分导体相当于电源,其电阻相当于电源内阻 2感应电动势的方向由右手定则或楞次定律判定其中,感生电动势的方向可用楞次定律来判定;动生电动势的方向可用右手定则或楞次定律来判定 3感应电动势是产生感应电流的原因,感应电动势E与感应电流I以及回路的电阻之间的关系遵循闭合电路欧姆定律,6,深化拓展 1感应电动势与外电路无关 2有感应电动势但不一定产生感应电流,有感应电流一定有感应电动势 3判断感应电动势方向时,往往是通过电流的方向来判断,要注意外电路和“相当于电源”的内电路的区别,外电路中电流由高电势流向低电势,而
3、在内电路中恰好相反,7,考点二 法拉第电磁感应定律 基础梳理 1内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比,8,3物理意义:反映了电磁感应现象中感应电动势与磁通量的变化率成正比的关系,9,10,考点三 感应电动势大小的计算 基础梳理 1电路中磁通量发生变化时,就产生感应电动势,E ,n为线圈匝数 2当导体做切割磁感线运动时,感应电动势还可使用公式EBLv计算,B、v与导线l两两垂直当B、v与导线l垂直,速度v与B有一夹角时,EBlvsin.,11,疑难详析 公式E 与EBLvsin的比较 (1)研究对象不同:前者是一个回路(不一定闭合),后者是一段直导线(或等效成直导线
4、) (2)适用范围不同:前者具有普遍性,无论什么方式引起的的变化都适用,后者只适用一部分导体做切割磁感线运动的情况,12,13,(4)意义不同:前者求得是平均电动势;后者v若是平均速度,则E为平均电动势,若v为瞬时速度,则E为瞬时电动势 公式E 与EBlvsin是统一的公式En/t中当t0时,求出的E为瞬时感应电动势;公式EBlvsin中当v代入平均速度时,则求出的E为平均感应电动势,14,深化拓展 公式EBlvsin的拓展 (1)转动轴与磁感线平行如图1磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外,长L的金属棒Oa以O为圆心在该平面内以角速度逆时针匀速转动在用导线切割磁感线产生感应电动势的公式
5、时注意其中的速度v应该是平均速度,即金属棒中点的速度,15,图1 图2,16,(2)线圈的转动轴与磁感线垂直如图2矩形线圈的长、宽分别为L1、L2,所围面积为S,向右的匀强磁场的磁感应强度为B,线圈绕图示的轴以角速度匀速转动线圈的ab、cd两边切割磁感线,产生的感应电动势相加可得EBS.如果线圈由n匝导线绕制而成,则EnBS.从图2示位置开始计时,则感应电动势的即时值为enBScost.该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关(但是轴必须与B垂直)实际上,这就是交流发电机发出的交流电的即时电动势公式,17,考点四 互感现象和自感现象 基础梳理 1互感现象 (1)概念:当一个线圈中电流变化时,它
6、所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感 (2)互感现象产生的原因:线圈中电流变化,引起另一线圈中的磁通量的变化,18,(3)互感电动势:在互感现象中产生的感应电动势叫互感电动势 (4)互感电动势的作用:阻碍线圈中原来电流的变化线圈中电流增大时,另一线圈互感电动势阻碍它增大,线圈中电流减小时,另一线圈的互感电动势阻碍它减小,19,2自感现象 (1)概念:由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 (2)自感现象产生的原因:线圈本身电流变化,引起磁通量的变化 (3)自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势,20,(4)自感电动势的作用:阻碍线圈中原来电流的
7、变化线圈中原电流增大时,自感电动势阻碍它增大线圈中原电流减小时,自感电动势阻碍它减小 (5)影响自感电动势大小的因素:自感电动势的大小与电流的变化率成正比 L是自感系数,21,(6)自感系数:自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量简称自感或电感 决定线圈自感系数的因素:线圈的大小、形状、匝数以及线圈中是否有铁芯 自感系数的单位:亨利,简称亨,符号是H.更小的单位有毫亨(mH)、微亨(H),1 H103 mH,1 H106 H. (7)自感现象的防止及应用:在变压器和电动机开关断开时,电流突然变化,在开关中的金属片之间产生电火花,会产生危害;日光灯则是用自感现象工作的,22,疑难详析 1自感电
8、动势的大小与电流的变化率成正比,与电流或电流的变化无关 2在分析自感现象时,一般分析方法是:当流过线圈L的电流突然增大瞬间,我们可以把L看成一个阻值很大的电阻;当流经L的电流突然减小的瞬间,我们可以把L看作一个电源,它提供一个跟原电流同向的电流,23,3能否看到明显的自感现象,不仅仅取决于自感电动势的大小,还取决于电路的结构在图3电路中,我们预先在电路设计时取线圈的阻值远小于灯A的阻值,使S断开前,并联电路中的电流ILIA,S断开瞬间,虽然L中电流在减小,但这一电流全部流过A灯,仍比S断开前A灯的电流大得多,且延滞了一段时间,所以我们看到A灯闪亮一下后熄灭,对图4的电路,S断开瞬间也有自感电流
9、,但它比断开前流过两灯的电流还小,就不会出现闪亮一下的现象,24,图3 图4,25,深化拓展 1互感现象中当一个线圈中的电流变化时,它产生的磁场就发生变化,变化的磁场在周围空间产生感生电场,在感生电场的作用下,另一个线圈中的自由电荷定向运动,于是产生感应电动势利用互感现象,可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈,26,2自感现象说明能量可能存储在磁场中自感现象是电磁感应的特例一般的电磁感应现象中变化的原磁场是外界提供的,而自感现象中是靠流过线圈自身变化的电流提供一个变化的磁场它们同属电磁感应,所以自感现象遵循所有的电磁感应规律 3自感电动势仅仅是减缓了原电流的变化,不会阻止原电流的变化或逆转原电
10、流的变化因此可以借用力学中的术语,说线圈能够体现电的“惯性”线圈的自感系数越大,这个现象越明显,可见,电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数,27,考点五 涡流 1涡流:当线圈中的电流发生变化时,这个线圈附近的导体中就会产生感应电流这种感应电流是像漩涡一样的闭合的曲线,我们把它叫做涡流 2涡流产生的原因:导体可以看作是由许多闭合导体框组成的,当线圈接入变化的电流时,产生变化的磁场,从而在导体中产生涡旋状的感应电流,28,3涡流的效应: (1)热效应:由于导体存在电阻,当电流在导体中流动时,就会产生电热,这就是涡流的热效应 应用:真空冶炼炉、电磁炉、金属探测器 危害:线圈中流过变化的电流,在铁芯中
11、产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器减少涡流的途径:增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢;用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯,29,(2)机械效应: 电磁阻尼:导体在磁场中运动时,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等 电磁驱动:磁场相对于导体运动时,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种现象称为电磁驱动应用:感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等,30,疑难详析 1涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵守电磁感应定律由于整块金属的电阻通常很小,故涡
12、流常常很大 2电磁阻尼是导体相对于磁场运动,而电磁驱动是磁场相对于导体运动安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动,31,题型一 感应电动势的分析与计算,32,例1 例1 如图5所示,水平放置的平行金属导轨,相距L0.50 m,左端接一电阻R0.20 ,磁感应强度B0.40 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面,导体棒ab垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当ab以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:,图5,33,(1)ab棒中感应电动势的大小,并指出a、b哪端电势高? (2)回路中感应电流的大小; (3)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小,34,解析
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- 2012 高考 复习 物理 课件 31 法拉第 电磁感应 定律 自感
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