2020届高考物理总复习课件:第10章电磁感应第2课时法拉第电磁感应定律自感和涡流课件教科版.pdf
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1、第第2 2课时 法拉第电磁感应定律 自感和涡流课时 法拉第电磁感应定律 自感和涡流 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律 1.1.感应电动势感应电动势 (1)(1)概念概念: :由由 产生的电动势产生的电动势. . (2)(2)产生条件产生条件: :穿过回路的穿过回路的 发生改变发生改变, ,与电路是否闭合与电路是否闭合 . . (3)(3)方向判断方向判断: :感应电动势的方向用感应电动势的方向用 或或 判断判断. . 2.2.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定
2、律 (1)(1)内容内容: :电路中感应电动势的大小电路中感应电动势的大小, ,跟穿过这个电路的跟穿过这个电路的 成正比成正比. . (2)(2)公式公式:E=n ,:E=n ,其中其中n n为线圈匝数为线圈匝数. . (3)(3)感应电流与感应电动势的关系感应电流与感应电动势的关系: :遵守闭合电路的遵守闭合电路的 定律定律, ,即即I=I= . . 电磁感应电磁感应 磁通量磁通量无关无关 楞次定律楞次定律右手定则右手定则 磁通量的变化率磁通量的变化率 t 欧姆欧姆 E R r 3.3.导体切割磁感线时的感应电动势导体切割磁感线时的感应电动势 LvtLvt t BLvtBLvt BLvBLv
3、 vcos vcos vsin vsin BLvsin BLvsin (1)(1)匀速转动匀速转动: :如图如图, ,导体棒以某一端点为轴导体棒以某一端点为轴, ,在匀强磁场中垂直于磁感线方向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匀速转动产生感应电动势E=BL=E=BL= ( (平均速度等于中点位置的线平均速度等于中点位置的线 速度速度 L).L). 1 2 B BL L 2 2 1 2 (2)(2)下面图示情况下面图示情况,a,b,c,d,a,b,c,d四段导体两端的感应电动势各为多大四段导体两端的感应电动势各为多大? ? E Ea a= = ;E;Eb b= = ;E;Ec
4、c= = ;E;Ed d= = . . 导体导体b b向垂直于导体棒的方向运动时向垂直于导体棒的方向运动时, ,感应电动势最大感应电动势最大, ,最大是最大是 . . sin BLv BLvBLvB BL Lv vB BL Lv vB BL Lv v 终变为终变为0.0. 二、自感、涡流二、自感、涡流 1.1.自感自感 (1)(1)概念概念: :由于导体线圈本身的由于导体线圈本身的 变化而引起的电磁感应现象变化而引起的电磁感应现象, ,叫做自感叫做自感. . (2)(2)自感电动势自感电动势 定义定义: :在自感现象中产生的电动势叫做在自感现象中产生的电动势叫做 . . 表达式表达式:E:EL
5、 L= = 。 (3)(3)自感系数自感系数L L 相关因素相关因素: :跟线圈的跟线圈的 、体积、体积、 以及是否有铁芯有关以及是否有铁芯有关. . 单位单位: :亨利亨利(H),1 mH=(H),1 mH= H,1 H=H,1 H= H.H. 2.2.涡流涡流 当线圈中的电流发生变化时当线圈中的电流发生变化时, ,在它附近的任何导体中都会产生在它附近的任何导体中都会产生 , ,这这 种电流像水的旋涡种电流像水的旋涡, ,所以叫涡流所以叫涡流. . 电流电流 自感电动势自感电动势 匝数匝数 I L t 形状形状 感应电流感应电流 1010-3 -3 1010-6 -6 自主检测自主检测 1.
6、1.思考判断思考判断 (1)(1)磁通量变化越大磁通量变化越大, ,产生的感应电动势也越大产生的感应电动势也越大.(.( ) ) (2)(2)磁通量变化越快磁通量变化越快, ,产生的感应电动势就越大产生的感应电动势就越大.(.( ) ) (3)(3)磁场相对导体棒运动时磁场相对导体棒运动时, ,导体棒中也能产生感应电动势导体棒中也能产生感应电动势.(.( ) ) (4)(4)线圈匝数线圈匝数n n越多越多, ,磁通量越大磁通量越大, ,产生的感应电动势越大产生的感应电动势越大.(.( ) ) (5)(5)线圈中的电流越大线圈中的电流越大, ,自感系数也越大自感系数也越大.(.( ) ) (6)
7、(6)自感电动势阻碍电流的变化自感电动势阻碍电流的变化, ,但不能阻止电流的变化但不能阻止电流的变化.(.( ) ) 答案答案: :(1)(1) (2)(2) (3)(3) (4)(4) (5)(5) (6)(6) 2.2.(2018(2018惠州调研惠州调研)()(多选多选) )如图如图( (甲甲) )所示所示, ,面积面积S=1 mS=1 m2 2的导体圆环内通有垂直的导体圆环内通有垂直 于圆平面向里的磁场于圆平面向里的磁场, ,磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B B随时间随时间t t变化的关系如图变化的关系如图( (乙乙) )所示所示 (B(B取向里为正取向里为正),),以下说法正确的是
8、以下说法正确的是( ( ) ) A.A.环中产生逆时针方向的感应电流环中产生逆时针方向的感应电流 B.B.环中产生顺时针方向的感应电流环中产生顺时针方向的感应电流 C.C.环中产生的感应电动势大小为环中产生的感应电动势大小为1 V1 V D.D.环中产生的感应电动势大小为环中产生的感应电动势大小为2 V2 V ACAC 3.3.(2018(2018无锡模拟无锡模拟) )如图所示如图所示, ,三个灯泡三个灯泡L L1 1,L,L2 2,L,L3 3的电阻关系为的电阻关系为R R1 1II2 2II3 3, ,开关开关S S从闭合状态从闭合状态 突然断开时突然断开时,L,L产生自感电动势产生自感电
9、动势, ,由于二极管的反向截止作用由于二极管的反向截止作用,L,L2 2立即熄灭立即熄灭, , 电感线圈、电感线圈、L L1 1,L,L3 3组成闭合回路组成闭合回路,L,L1 1逐渐变暗逐渐变暗, ,通过通过L L3 3的电流由的电流由I I3 3变为变为I I1 1, ,再逐再逐 渐减小渐减小, ,故故L L3 3先变亮先变亮, ,然后逐渐变暗然后逐渐变暗, ,选项选项B B正确正确. . 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 法拉第电磁感应定律的理解与应用考点一 法拉第电磁感应定律的理解与应用 【典例典例1 1】 (2018 (2018合肥校级模拟合肥校级模拟)()
10、(多选多选) )在如图在如图( (甲甲) )所示的电路中所示的电路中, ,螺线管匝数螺线管匝数 n=1 500n=1 500匝匝, ,横截面积横截面积S=20 cmS=20 cm2 2. .螺线管导线电阻螺线管导线电阻r=1.0 ,Rr=1.0 ,R1 1=4.0 ,R=4.0 ,R2 2=5.0 ,=5.0 , C=30F.C=30F.在一段时间内在一段时间内, ,穿过螺线管的磁场的磁感应强度穿过螺线管的磁场的磁感应强度B B按如图按如图( (乙乙) )所示的规所示的规 律变化律变化. .则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是( ( ) ) A.A.螺线管中产生的感应电动势为螺线管中产生的
11、感应电动势为1.2 V1.2 V B.B.闭合闭合S,S,电路中的电流稳定后电容器上极板带正电电路中的电流稳定后电容器上极板带正电 C.C.电路中的电流稳定后电路中的电流稳定后, ,电阻电阻R R1 1的电功率为的电功率为5 51010-2 -2W W D.SD.S断开后断开后, ,流经流经R R2 2的电荷量为的电荷量为1.81.81010-5 -5C C ADAD 方法技巧方法技巧 应用法拉第电磁感应定律注意点应用法拉第电磁感应定律注意点 多维训练多维训练 1.1. 法拉第电磁感应定律的理解法拉第电磁感应定律的理解 (2018(2018山东枣庄检测山东枣庄检测) )如图如图( (甲甲) )
12、所示所示, ,圆形线圆形线 圈垂直放在匀强磁场里圈垂直放在匀强磁场里, ,第第1 s1 s内磁场方向指向纸里内磁场方向指向纸里, ,如图如图( (乙乙).).若磁感应强度若磁感应强度 大小随时间变化的关系如图大小随时间变化的关系如图( (甲甲).).那么那么, ,下面关于线圈中感应电流的说法正确下面关于线圈中感应电流的说法正确 的是的是( ( ) ) A.A.在第在第1 s1 s内感应电流增大内感应电流增大, ,电流方向为顺时针电流方向为顺时针 B.B.在第在第2 s2 s内感应电流减小内感应电流减小, ,电流方向为逆时针电流方向为逆时针 C.C.在第在第3 s3 s内感应电流大小不变内感应电
13、流大小不变, ,电流方向为顺时针电流方向为顺时针 D.D.在第在第4 s4 s内感应电流大小不变内感应电流大小不变, ,电流方向为顺时针电流方向为顺时针 C C 2.2. 法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律的应用 (2016(2016北京卷北京卷,16),16)如图所示如图所示, ,匀强磁场中有两匀强磁场中有两 个导体圆环个导体圆环a,b,a,b,磁场方向与圆环所在平面垂直磁场方向与圆环所在平面垂直. .磁感应强度磁感应强度B B随时间均匀增大随时间均匀增大. . 两圆环半径之比为两圆环半径之比为21,21,圆环中产生的感应电动势分别为圆环中产生的感应电动势分别为E Ea a和和E E
14、b b, ,不考虑两圆环不考虑两圆环 间的相互影响间的相互影响. .下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) A.EA.Ea aEEb b=41,=41,感应电流均沿逆时针方向感应电流均沿逆时针方向 B.EB.Ea aEEb b=41,=41,感应电流均沿顺时针方向感应电流均沿顺时针方向 C.EC.Ea aEEb b=21,=21,感应电流均沿逆时针方向感应电流均沿逆时针方向 D.ED.Ea aEEb b=21,=21,感应电流均沿顺时针方向感应电流均沿顺时针方向 B B 考点二 导体切割磁感线产生感应电动势的计算考点二 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 公式公式E=BLvE=BLv的
15、的“四性四性” 1.1.正交性正交性: :公式是在一定条件下得出的公式是在一定条件下得出的, ,除磁场为匀强磁场外除磁场为匀强磁场外, ,还需还需B,L,vB,L,v三者互三者互 相垂直相垂直. . 2.2.瞬时性瞬时性: :若若v v为瞬时速度为瞬时速度, ,则则E E为相应的瞬时感应电动势为相应的瞬时感应电动势. . 3.3.有效性有效性: :公式中的公式中的L L为导体切割磁感线的有效长度为导体切割磁感线的有效长度. .即导体与即导体与v v垂直方向上的投垂直方向上的投 影长度影长度. .如图中有效长度分别为如图中有效长度分别为: : 4.4.相对性相对性: :公式中的速度公式中的速度v
16、 v是导体相对磁场的速度是导体相对磁场的速度, ,若磁场也在运动若磁场也在运动, ,应注意应注意 速度间的相对关系速度间的相对关系. . 【典例典例2 2】 (2017 (2017江苏卷江苏卷,13),13)如图所示如图所示, ,两条相距两条相距d d的平行金属导轨位于同一的平行金属导轨位于同一 水平面内水平面内, ,其右端接一阻值为其右端接一阻值为R R的电阻的电阻. .质量为质量为m m的金属杆静置在导轨上的金属杆静置在导轨上, ,其左侧其左侧 的矩形匀强磁场区域的矩形匀强磁场区域MNPQMNPQ的磁感应强度大小为的磁感应强度大小为B B、方向竖直向下、方向竖直向下. .当该磁场区当该磁场
17、区 域以速度域以速度v v0 0匀速地向右扫过金属杆后匀速地向右扫过金属杆后, ,金属杆的速度变为金属杆的速度变为v.v.导轨和金属杆的电导轨和金属杆的电 阻不计阻不计, ,导轨光滑且足够长导轨光滑且足够长, ,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保 持良好接触持良好接触. .求求: : (1)MN(1)MN刚扫过金属杆时刚扫过金属杆时, ,杆中感应电流的大小杆中感应电流的大小I;I; (2)MN(2)MN刚扫过金属杆时刚扫过金属杆时, ,杆的加速度大小杆的加速度大小a;a; (3)PQ(3)PQ刚要离开金属杆时刚要离开金属杆时, ,感应电流的功率
18、感应电流的功率P.P. 审题图示审题图示 反思总结反思总结 (1)(1)在应用公式在应用公式E=BLvE=BLv求解电动势时求解电动势时, ,其中其中“v v”为相对于磁场的速为相对于磁场的速 度大小度大小. . (2)(2)求解切割类电磁感应中电流、安培力、电功、电功率、加速度、动量、求解切割类电磁感应中电流、安培力、电功、电功率、加速度、动量、 动能等物理量时动能等物理量时, ,牛顿运动定律、功能关系、动能定理及直流电路规律同样牛顿运动定律、功能关系、动能定理及直流电路规律同样 适用适用. . 多维训练多维训练 1.1. 转动切割转动切割 (2016(2016全国全国卷卷,20)(,20)
19、(多选多选) )法拉第圆盘发电机的示意图如图所示法拉第圆盘发电机的示意图如图所示. . 铜圆盘安装在竖直的铜轴上铜圆盘安装在竖直的铜轴上, ,两铜片两铜片P,QP,Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触分别与圆盘的边缘和铜轴接触. .圆盘处圆盘处 于方向竖直向上的匀强磁场于方向竖直向上的匀强磁场B B中中. .圆盘旋转时圆盘旋转时, ,关于流过电阻关于流过电阻R R的电流的电流, ,下列说法下列说法 正确的是正确的是( ( ) ) A.A.若圆盘转动的角速度恒定若圆盘转动的角速度恒定, ,则电流大小恒定则电流大小恒定 B.B.若从上向下看若从上向下看, ,圆盘顺时针转动圆盘顺时针转动, ,则电流沿则电流
20、沿a a到到b b的方向流动的方向流动 C.C.若圆盘转动方向不变若圆盘转动方向不变, ,角速度大小发生变化角速度大小发生变化, ,则电流方向可能发生变化则电流方向可能发生变化 D.D.若圆盘转动的角速度变为原来的若圆盘转动的角速度变为原来的2 2倍倍, ,则电流在则电流在R R上的热功率也变为原来的上的热功率也变为原来的2 2倍倍 ABAB 2.2. 含电容器的平动切割含电容器的平动切割 (2018(2018山东潍坊质检山东潍坊质检) )如图所示如图所示, ,平行光滑金属导轨平行光滑金属导轨 倾斜放置倾斜放置, ,与水平面间的夹角为与水平面间的夹角为,间距为间距为L,L,导轨上端与一电容为导
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