江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第九章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流讲义含解析.pdf
《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第九章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流讲义含解析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第九章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流讲义含解析.pdf(22页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 2 讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流第 2 讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流 一、法拉第电磁感应定律 1.感应电动势 (1)感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势. (2)产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关. (3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断. 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容:闭合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. (2)公式:En,其中n为线圈匝数. t (3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路的欧姆定律,即I. E Rr 3.导体切割磁感线时的感应电动势 (1)导体垂直切割磁感线时,感应电动势可用E
2、Blv求出,式中l为导体切割磁感线的有效 长度; (2)导体棒在磁场中转动时, 导体棒以端点为轴, 在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产 生感应电动势EBlBl2(平均速度等于中点位置的线速度l).v 1 2 1 2 自测 1 将闭合的多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,关于线圈中产生的感应电动势和感 应电流,下列表述正确的是( ) 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.穿过线圈的磁通量变化越快,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始终相同 答案 C 自测 2 (多选)如图 1 所示是穿过一个单匝闭合线圈的磁通量随时间变化的图象,
3、则以下判 断正确的是( ) 图 1 A.第 0.6s 末线圈中的感应电动势是 4V B.第 0.9s 末线圈中的感应电动势比第 0.2s 末的大 C.第 1s 末线圈的感应电动势为零 D.第 0.2s 末和第 0.4s 末的感应电动势的方向相同 答案 AB 二、自感、涡流 1.自感现象 (1)概念 : 由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感,由于自感而产生的感应 电动势叫做自感电动势. (2)表达式:EL. I t (3)自感系数L的影响因素:与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关. 2.涡流现象 (1)涡流 : 块状金属放在变化磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的旋
4、涡状感应 电流. (2)产生原因:金属块内磁通量变化感应电动势感应电流. 命题点一 法拉第电磁感应定律的理解与应用命题点一 法拉第电磁感应定律的理解与应用 1.求解感应电动势的常见情况 情景图 研究 对象 回路(不一定闭合) 一段直导线(或 等效成直导线) 绕一端垂直磁场转 动的一段导体棒 绕与B垂直的轴 转动的导线框 表达式 En t EBLv(L为有 效切割长度) EBL2 1 2 E NBScost 2.说明 (1)当仅由B的变化引起时, 则En; 当仅由S的变化引起时, 则En BS t BS t ;当 由B、S的变化同时引起时,则Enn. B2S2B1S1 t BS t (2)磁通量
5、的变化率是t图象上某点切线的斜率. t 例 1 (2018常州市一模)如图 2 甲所示, 单匝正方形线框abcd的电阻R0.5, 边长L 20cm,匀强磁场垂直于线框平面,磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.求: 图 2 (1)02s 内通过ab边横截面的电荷量q; (2)3s 时ab边所受安培力的大小F; (3)04s 内线框中产生的焦耳热Q. 答案 (1)4.8102C (2)1.44103N (3)1.152103J 解析 (1)由法拉第电磁感应定律得,感应电动势ESL2 B t B t 感应电流I ,电荷量qIt E R 代入数据解得q4.8102 C; (2)安培力FBIL,由
6、题图乙得 3 s 时,B0.3 T 代入数值得F1.44103 N; (3)由焦耳定律得QI2Rt 代入数值得Q1.152103 J. 变式 1 (多选)(2018扬州市一模)如图 3 所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之 间接有电阻R.金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方 向垂直于导轨平面向下.现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确 的是( ) 图 3 A.ab中的感应电流方向由a到b B.ab中的感应电流逐渐减小 C.ab所受的安培力保持不变 D.ab所受的静摩擦力逐渐减小 答案 AD 解析 磁感应强度均匀减小,磁通量减小,根据楞
7、次定律得,ab中的感应电流方向由a到b, 故 A 正确 ; 由于磁感应强度均匀减小, 根据法拉第电磁感应定律ES得, 感应电动势恒定, B t 则ab中的感应电流不变, 故 B 错误 ; 根据安培力公式FBIL知, 感应电流不变,B均匀减小, 则安培力减小,故 C 错误;导体棒受安培力和静摩擦力处于平衡,FfF,安培力减小,则静 摩擦力减小,故 D 正确. 命题点二 导体切割磁感线产生电动势命题点二 导体切割磁感线产生电动势 1.平动切割 如图 4(a),在磁感应强度为B的匀强磁场中,长为L的导体棒以速度v垂直切割磁感线时, 感应电动势EBLv. 图 4 2.转动切割 如图(b),在磁感应强度
8、为B的匀强磁场中,长为L的导体棒以一端为轴以角速度垂直磁 场匀速转动,此时产生的感应电动势EBL2. 1 2 3.有效切割长度 图 5 图 5(a)中的有效切割长度为sin;图(b)中的有效切割长度为;图(c)中的导体沿v1方cdMN 向运动时,有效切割长度为R;沿v2的方向运动时,有效切割长度为R.2 例 2 (多选)(2018丰县中学月考)如图 6 所示,在一磁感应强度B0.5T 的匀强磁场中, 垂直于磁场方向水平放着两根相距为h0.1m 的平行金属导轨MN和PQ, 导轨电阻忽略不计, 在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R0.3 的电阻,导轨上跨放着一根长为L0.2m, 每米阻值r2.0
9、 的金属棒ab,金属棒与导轨正交放置,交点为c、d,当金属棒在水平拉 力作用下以速度v4.0m/s 向左做匀速运动时,则下列说法正确的是( ) 图 6 A.金属棒a、b两端点间的电势差为 0.2V B.水平拉金属棒的力的大小为 0.02N C.金属棒a、b两端点间的电势差为 0.32V D.回路中的发热功率为 0.06W 答案 BC 解析 金属棒cd段产生的感应电动势为EcdBhv0.50.14 V0.2 V;cdQN中产生的感 应电流为I A0.4 A; 金属棒ab两端的电势差等于Uac、Ucd、Udb三者之和, Ecd Rhr 0.2 0.30.2 由于UcdEcdIrcd,所以UabEa
10、bIrcdBLvIrcd0.32 V,故 A 错误,C 正确 ; 使金属棒 匀速运动的外力与安培力是一对平衡力, 方向向左, 大小为FF安BIh0.50.40.1 N 0.02 N,选项 B 正确;回路中的发热功率P热I2(Rrcd)0.08 W,D 错误. 变式 2 (多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场, 磁感应强度方向与纸面垂直.边长为 0.1m、 总电阻为 0.005 的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图 7 甲所示. 已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t0 时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间 变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取
11、正).下列说法正确的是 ( ) 图 7 A.磁感应强度的大小为 0.5T B.导线框运动的速度的大小为 0.5m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t0.4s 至t0.6s 这段时间内,导线框所受的安培力大小为 0.1N 答案 BC 解析 由Et图象可知,导线框经过 0.2s 全部进入磁场,则速度v m/s0.5 m/s, l t 0.1 0.2 选项 B 正确;由题图乙可知,感应电动势E0.01V,根据EBlv得,磁感应强度B E lv T0.2T,选项 A 错误 ; 根据右手定则及正方向的规定可知,磁感应强度的方向垂 0.01 0.1 0.5 直于纸面向外, 选项 C 正确 ;
12、 在t0.4s 至t0.6s 这段时间内, 导线框中的感应电流I E R A2A,所受的安培力大小为FBIl0.220.1N0.04N,选项 D 错误. 0.01 0.005 命题点三 自感现象命题点三 自感现象 1.自感现象的四大特点 (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化. (2)通过线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化. (3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体. (4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使 过程停止,更不能使过程反向. 2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡 电路图 通电时电流逐渐增大, 灯
13、泡逐渐变亮电流突然增大,然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变 暗,电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2: 若I2I1,灯泡逐渐变暗; 若I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗. 两种情况下灯泡中电流方向均改变 例 3 (多选)(2018南通市等六市一调)用电流传感器研究自感现象的电路如图 8 甲所示, 线圈L中未插入铁芯,直流电阻为R.闭合开关 S,传感器记录了电路中电流i随时间t变化 的关系图象,如图乙所示,t0时刻电路中电流达到稳定值I.下列说法中正确的是( ) 图 8 A.tt0时刻,线圈中自感电动势最大 B.若线圈中插入铁芯,上述过程电路中电流达到稳定值经历的时间大于t0
14、C.若线圈中插入铁芯,上述过程中电路达到稳定时电流值仍为I D.若将线圈匝数加倍,上述过程中电路达到稳定时电流值仍为I 答案 BC 解析 tt0时刻,线圈中电流稳定,自感现象消失,线圈中没有自感电动势,故 A 错误 ; 若 线圈中插入铁芯,线圈自感系数增大,自感现象延长,题述过程电路中电流达到稳定值经历 的时间大于t0,故 B 正确 ; 线圈中插入铁芯,但线圈的直流电阻不变,所以稳定时电流不变, 故 C 正确;若将线圈匝数加倍,线圈直流电阻增大,稳定时电流减小,故 D 错误. 变式 3 (2018南京市三模)如图 9 所示,电源电动势为E,其内阻r不可忽略,L1、L2是 完全相同的灯泡,线圈L
15、的直流电阻不计,电容器的电容为C.下列说法正确的是( ) 图 9 A.刚接通开关 S 的瞬间,L2立即亮,L1逐渐变亮 B.合上开关 S,电路稳定后,灯泡 L1、L2的亮度相同 C.电路稳定后在断开 S 的瞬间,通过灯泡 L1的电流方向向右 D.电路稳定后在断开 S 的瞬间,通过灯泡 L2的电流为零 答案 C 命题点四 涡流命题点四 涡流 例 4 (多选)(2018南通市等七市三模)健身车上装有金属电磁阻尼飞轮,飞轮附近固定一 电磁铁,示意图如图 10 所示,人在健身时带动飞轮转动.则( ) 图 10 A.飞轮转速越大,阻尼越大 B.电磁铁所接电压越大,阻尼越大 C.飞轮材料电阻率越大,阻尼越
16、大 D.飞轮材料密度越大,阻尼越大 答案 AB 变式 4 (2018南京市、 盐城市一模)下列图中, A 图是真空冶炼炉, 可以冶炼高质量的合金 ; B 图是充电器,工作时绕制线圈的铁芯中会发热 ; C 图是安检门,可以探测人身是否携带金属 物品;D 图是工人穿上金属丝织成的衣服,可以高压带电作业,不属于涡流现象的是( ) 答案 D 解析 线圈接有交变电流,在线圈中会产生变化的磁场,变化的磁场在冶炼炉中产生电场, 使自由电荷在电场力的作用下定向移动形成涡流,故 A 属于涡流现象;充电器工作时有交变 电流通过,交变电流产生的交变磁场穿过铁芯,在铁芯中产生电场,使自由电荷在电场力的 作用下定向移动
17、形成涡流,故 B 属于涡流现象;线圈中交变电流产生交变的磁场,会在金属 物品中产生交变的感应电流(涡流),而金属物品中感应电流产生的交变磁场会影响线圈中的 交变电流,从而被探测到,故 C 属于涡流现象;工作服用包含金属丝的织物制成,形成一个 导体壳,壳外有电场,壳内场强保持为 0,高压外电场不会对内部产生影响,故 D 属于静电 屏蔽. 1.(多选)(2018南京市期中)如图 11 甲所示,面积S1m2的导体圆环内通有垂直于圆平面 向里的磁场,磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示(B取向里为正),以下说 法正确的是( ) 图 11 A.环中产生顺时针方向的感应电流 B.环中产生逆时针方
18、向的感应电流 C.环中产生的感应电动势大小为 1V D.环中产生的感应电动势大小为 2V 答案 BC 2.(2018东台创新学校月考)一单匝矩形线框置于匀强磁场中, 线框平面与磁场方向垂直. 先 保持线框的面积不变,将磁感应强度在 1s 时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后 的磁感应强度不变,在 1s 时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半.先后两个过程 中,线框中感应电动势的比值为( ) A. B.4C.2D.1 1 2 答案 D 解析 由法拉第电磁感应定律 :E, 且 1BS、 2BS, 则有E1 t BS t ,E2.故两过程线框中感应电动势的比值为1,故选 D. 2 BB
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 江苏 专用 2020 高考 物理 新增 一轮 复习 第九 电磁感应 法拉第 定律 自感 涡流 讲义 解析
链接地址:https://www.31doc.com/p-4227447.html