高考物理一輪復習（要點+命題導向+策略）931法拉第電磁感應定律 自感課件

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1、課時31法拉第電磁感應定律自感考點一感應電動勢 基礎(chǔ)梳理1概念：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢2產(chǎn)生感應電動勢的條件：無論電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就一定有感應電動勢3感應電動勢的方向：可假設(shè)電路閉合，由楞次定律或右手定則先判斷出感應電流方向，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體相當于電源，其中電流方向由低電勢指向高電勢4感生電動勢和動生電動勢(1)感生電動勢由于磁場的變化而激發(fā)的電場叫感生電場感生電場對自由電荷的作用力充當了非靜電力由感生電場產(chǎn)生的感應電動勢，叫做感生電動勢(2)動生電動勢一段導體切割磁感線運動時相當于一個電源，這時非靜電力與洛倫茲力有關(guān)由于導體運動而產(chǎn)生的感應電

2、動勢叫動生電動勢 疑難詳析1產(chǎn)生電動勢的那部分導體相當于電源，其電阻相當于電源內(nèi)阻2感應電動勢的方向由右手定則或楞次定律判定其中，感生電動勢的方向可用楞次定律來判定；動生電動勢的方向可用右手定則或楞次定律來判定3感應電動勢是產(chǎn)生感應電流的原因，感應電動勢E與感應電流I以及回路的電阻之間的關(guān)系遵循閉合電路歐姆定律 深化拓展1感應電動勢與外電路無關(guān)2有感應電動勢但不一定產(chǎn)生感應電流，有感應電流一定有感應電動勢3判斷感應電動勢方向時，往往是通過電流的方向來判斷，要注意外電路和“相當于電源”的內(nèi)電路的區(qū)別，外電路中電流由高電勢流向低電勢，而在內(nèi)電路中恰好相反考點二法拉第電磁感應定律 基礎(chǔ)梳理1內(nèi)容：電

3、路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比3物理意義：反映了電磁感應現(xiàn)象中感應電動勢與磁通量的變化率成正比的關(guān)系考點三感應電動勢大小的計算 基礎(chǔ)梳理1電路中磁通量發(fā)生變化時，就產(chǎn)生感應電動勢，E ，n為線圈匝數(shù)2當導體做切割磁感線運動時，感應電動勢還可使用公式EBLv計算，B、v與導線l兩兩垂直當B、v與導線l垂直，速度v與B有一夾角時，EBlvsin. 疑難詳析公式E 與EBLvsin的比較(1)研究對象不同：前者是一個回路(不一定閉合)，后者是一段直導線(或等效成直導線)(2)適用范圍不同：前者具有普遍性，無論什么方式引起的的變化都適用，后者只適用一部分導體做切割磁感線運動

4、的情況(4)意義不同：前者求得是平均電動勢；后者v若是平均速度，則E為平均電動勢，若v為瞬時速度，則E為瞬時電動勢公式E 與EBlvsin是統(tǒng)一的公式En/t中當t0時，求出的E為瞬時感應電動勢；公式EBlvsin中當v代入平均速度時，則求出的E為平均感應電動勢 深化拓展公式EBlvsin的拓展(1)轉(zhuǎn)動軸與磁感線平行如圖1磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直于紙面向外，長L的金屬棒Oa以O(shè)為圓心在該平面內(nèi)以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動在用導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的公式時注意其中的速度v應該是平均速度，即金屬棒中點的速度 圖1 圖2(2)線圈的轉(zhuǎn)動軸與磁感線垂直如圖2矩形線圈的長、寬分別為L1、L2，

5、所圍面積為S，向右的勻強磁場的磁感應強度為B，線圈繞圖示的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動線圈的ab、cd兩邊切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢相加可得EBS.如果線圈由n匝導線繞制而成，則EnBS.從圖2示位置開始計時，則感應電動勢的即時值為enBScost.該結(jié)論與線圈的形狀和轉(zhuǎn)動軸的具體位置無關(guān)(但是軸必須與B垂直)實際上，這就是交流發(fā)電機發(fā)出的交流電的即時電動勢公式考點四互感現(xiàn)象和自感現(xiàn)象 基礎(chǔ)梳理1互感現(xiàn)象(1)概念：當一個線圈中電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢，這種現(xiàn)象叫互感(2)互感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：線圈中電流變化，引起另一線圈中的磁通量的變化(3)互感電動勢：在互感現(xiàn)象

6、中產(chǎn)生的感應電動勢叫互感電動勢(4)互感電動勢的作用：阻礙線圈中原來電流的變化線圈中電流增大時，另一線圈互感電動勢阻礙它增大，線圈中電流減小時，另一線圈的互感電動勢阻礙它減小2自感現(xiàn)象(1)概念：由于線圈本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象(2)自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：線圈本身電流變化，引起磁通量的變化(3)自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫自感電動勢(4)自感電動勢的作用：阻礙線圈中原來電流的變化線圈中原電流增大時，自感電動勢阻礙它增大線圈中原電流減小時，自感電動勢阻礙它減小(5)影響自感電動勢大小的因素：自感電動勢的大小與電流的變化率成正比 L是自感系數(shù)(6)自感系數(shù)：自感系數(shù)是用來

7、表示線圈的自感特性的物理量簡稱自感或電感決定線圈自感系數(shù)的因素：線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及線圈中是否有鐵芯自感系數(shù)的單位：亨利，簡稱亨，符號是H.更小的單位有毫亨(mH)、微亨(H),1 H103 mH,1 H106 H.(7)自感現(xiàn)象的防止及應用：在變壓器和電動機開關(guān)斷開時，電流突然變化，在開關(guān)中的金屬片之間產(chǎn)生電火花，會產(chǎn)生危害；日光燈則是用自感現(xiàn)象工作的 疑難詳析1自感電動勢的大小與電流的變化率成正比，與電流或電流的變化無關(guān)2在分析自感現(xiàn)象時，一般分析方法是：當流過線圈L的電流突然增大瞬間，我們可以把L看成一個阻值很大的電阻；當流經(jīng)L的電流突然減小的瞬間，我們可以把L看作一個電源，它提供

8、一個跟原電流同向的電流3能否看到明顯的自感現(xiàn)象，不僅僅取決于自感電動勢的大小，還取決于電路的結(jié)構(gòu)在圖3電路中，我們預先在電路設(shè)計時取線圈的阻值遠小于燈A的阻值，使S斷開前，并聯(lián)電路中的電流ILIA，S斷開瞬間，雖然L中電流在減小，但這一電流全部流過A燈，仍比S斷開前A燈的電流大得多，且延滯了一段時間，所以我們看到A燈閃亮一下后熄滅，對圖4的電路，S斷開瞬間也有自感電流，但它比斷開前流過兩燈的電流還小，就不會出現(xiàn)閃亮一下的現(xiàn)象 圖3 圖4 深化拓展1互感現(xiàn)象中當一個線圈中的電流變化時，它產(chǎn)生的磁場就發(fā)生變化，變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生感生電場，在感生電場的作用下，另一個線圈中的自由電荷定向運動，于

9、是產(chǎn)生感應電動勢利用互感現(xiàn)象，可以把能量從一個線圈傳遞到另一個線圈2自感現(xiàn)象說明能量可能存儲在磁場中自感現(xiàn)象是電磁感應的特例一般的電磁感應現(xiàn)象中變化的原磁場是外界提供的，而自感現(xiàn)象中是靠流過線圈自身變化的電流提供一個變化的磁場它們同屬電磁感應，所以自感現(xiàn)象遵循所有的電磁感應規(guī)律3自感電動勢僅僅是減緩了原電流的變化，不會阻止原電流的變化或逆轉(zhuǎn)原電流的變化因此可以借用力學中的術(shù)語，說線圈能夠體現(xiàn)電的“慣性”線圈的自感系數(shù)越大，這個現(xiàn)象越明顯，可見，電的“慣性”大小決定于線圈的自感系數(shù)考點五渦流1渦流：當線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導體中就會產(chǎn)生感應電流這種感應電流是像漩渦一樣的閉合的曲線

10、，我們把它叫做渦流2渦流產(chǎn)生的原因：導體可以看作是由許多閉合導體框組成的，當線圈接入變化的電流時，產(chǎn)生變化的磁場，從而在導體中產(chǎn)生渦旋狀的感應電流3渦流的效應：(1)熱效應：由于導體存在電阻，當電流在導體中流動時，就會產(chǎn)生電熱，這就是渦流的熱效應應用：真空冶煉爐、電磁爐、金屬探測器危害：線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器減少渦流的途徑：增大鐵芯材料的電阻率，常用的材料是硅鋼；用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯(2)機械效應：電磁阻尼：導體在磁場中運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼應

11、用：磁電式儀表、電氣機車的電磁制動、阻尼擺等電磁驅(qū)動：磁場相對于導體運動時，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動應用：感應電動機、電能表、汽車上用的電磁式速度表等 疑難詳析1渦流是整塊導體發(fā)生的電磁感應現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應定律由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大2電磁阻尼是導體相對于磁場運動，而電磁驅(qū)動是磁場相對于導體運動安培力的作用都是阻礙它們間的相對運動題型一感應電動勢的分析與計算題型一感應電動勢的分析與計算例1例1如圖5所示，水平放置的平行金屬導軌，相距L0.50 m，左端接一電阻R0.20 ，磁感應強度B0.40 T的勻強磁場方向垂直于導軌

12、平面，導體棒ab垂直放在導軌上，并能無摩擦地沿導軌滑動，導軌和導體棒的電阻均可忽略不計，當ab以v4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動時，求：圖圖5(1)ab棒中感應電動勢的大小，并指出a、b哪端電勢高？(2)回路中感應電流的大??；(3)維持ab棒做勻速運動的水平外力F的大小解析(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律，ab棒中的感應電動勢為EBLv0.400.504.0 V0.80 V.根據(jù)右手定則可判定感應電動勢的方向由ba，所以a端電勢高(2)感應電流大小為 A4.0 A(3)由于ab棒受安培力，故外力FILB4.00.50.4 N0.8 N，故外力的大小為0.8 N答案(1)0.80 Vab(2)

13、4.0 A (3)0.8 N題后反思：1.感應電動勢的計算方法有以下三種，要區(qū)分它們的使用條件(1)法拉第電磁感應定律： (2)導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢：EBlv(3)導體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢：2電勢高低的判斷方法：(1)要明確磁場的方向及導體運動的方向；(2)據(jù)右手定則判斷出感應電流的方向即感應電動勢的方向；(3)把切割磁感線導體作為電源，在電源內(nèi)部電流從低電勢點(負極)流向高電勢點(正極)(2009山東高考)如圖6所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線MN右側(cè)有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直從D點到達

14、邊界開始到C點進入磁場為止，下列結(jié)論正確的是 ()圖圖6A感應電流方向不變BCD段直導線始終不受安培力C感應電動勢最大值EmBav解析：本題主要考查楞次定律、法拉第電磁感應定律，意在考查考生掌握物理規(guī)律解決物理問題的能力根據(jù)楞次定律可判定閉合回路中產(chǎn)生的感應電流方向始終不變，A項正確；CD段電流方向是D指向C，根據(jù)左手定則可知，CD段受到安培力，且方向豎直向下，B錯；當有一半進入磁場時，產(chǎn)生的感應電流最大，EmBav，C對；由法拉第電磁感應定律得 D也對答案：ACD題型二計算通過導體的電荷量例2如圖7，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導軌aOb(在紙面內(nèi))磁場方向垂直紙面朝里，

15、另有兩根金屬導軌c、d分別平行于Oa、Ob放置保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計現(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程： 圖圖7以速率v移動d，使它與Ob的距離增大一倍；再以速率v移動c，使它與Oa的距離減小一半；然后，再以速率2v移動c，使它回到原處；最后以速率2v移動d，使它也回到原處設(shè)上述四個過程中通過電阻R的電荷量的大小依次為Q1、Q2、Q3和Q4，則 ()AQ1Q2Q3Q4BQ1Q22Q32Q4C2Q12Q2Q3Q4DQ1Q2Q3Q4答案A(2009安徽高考)如圖8甲所示，一個電阻為R，面積為S的矩形導線框abcd，水平放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45角，

16、o、o分別是ab邊和cd邊的中點現(xiàn)將線框右半邊obco繞oo逆時針旋轉(zhuǎn)90到圖8乙所示位置在這一過程中，導線中通過的電荷量是 ()圖圖8答案：A題型三電磁感應的圖象問題例3如圖9所示，LOOL為一折線，它所形成的兩個角LOO和OOL均為45.折線的右邊有一勻強磁場，其方向垂直于紙面向里一邊長為l的正方形導線框沿垂直于OO的方向以速度v做勻速直線運動，在t0時刻恰好位于圖9中所示位置以逆時針方向為導線框中電流的正方向，在下面四幅圖中能夠正確表示電流時間(It)關(guān)系的是(時間以l/v為單位) ()圖圖9圖圖10 時間內(nèi)，線框位置如圖10(3)，回路電動勢Blv，因l線性減小，故線性減小，I線性減小

17、答案D題后反思：電磁感應現(xiàn)象中，穿過回路的磁通量、感應電動勢、感應電流及磁場對回路的作用力隨時間的變化情況，可用圖象直觀地表示出來1這些圖象問題大體可分為兩類(1)由給出的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應物理量不管是哪種類型，電磁感應中的圖象問題常需利用右手定則、左手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律分析解決2電磁感應現(xiàn)象中圖象問題分析的關(guān)鍵抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢(電流)是否大小恒定用楞次定律判斷出感應電動勢(或電流)的方向，從而確定其正負，以及在坐標中的范圍圖11中兩條平行虛線之間存在勻強磁場，虛線間的距離為l，磁場

18、方向垂直紙面向里abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為l.t0時刻，bc邊與磁場區(qū)域邊界重合(如圖11)現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域取沿abcda的感應電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應電流i隨時間t變化的圖線可能是()圖圖11解析：由楞次定律可得：線圈進磁場時電流方向為逆時針方向，出磁場時電流為順時針方向無論線圈進磁場還是出磁場，線圈有效切割長度均大，故感應電動勢增大，而線圈電阻不變，感應電流增大B項正確答案：B題型四對自感現(xiàn)象的理解例4如圖12所示的電路，開關(guān)原先閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在某一時刻突然斷開開關(guān)S，則通過電阻R1中的電

19、流I1隨時間變化的圖線可能是下圖中的 ()圖圖12解析開關(guān)S原先閉合時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，流過R1的電流方向向左，大小為I1，與R1并聯(lián)的R2和線圈L支路，電流I2的方向也向左，當某一時刻開關(guān)S突然斷開時，L中向左的電流I2要減小，因自感現(xiàn)象，線圈L產(chǎn)生自感電動勢，在回路“LR1AR2”中形成感應電流，電流通過R1的方向與原來反向，變?yōu)橄蛴?，并從I2開始逐漸減小到零，故D選項正確答案D題后反思：解決自感現(xiàn)象問題的關(guān)鍵在于認真分析電路，把握電路中線圈的電流發(fā)生變化時，自感線圈會產(chǎn)生自感電動勢阻礙原電流的變化，應用楞次定律再進行判斷分析在如圖13所示的電路中，a、b為兩個完全相同的燈泡，L為自感線

20、圈，E為電源，S為開關(guān)關(guān)于兩燈泡點亮和熄滅的先后次序，下列說法正確的是 ()圖圖13A合上開關(guān)，a先亮，b后亮；斷開開關(guān)，a、b同時熄滅B合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)a先熄滅，b后熄滅C合上開關(guān)，b先亮，a后亮；斷開開關(guān)，a、b同時熄滅D合上開關(guān)，a、b同時亮；斷開開關(guān)，b先熄滅，a后熄滅解析：由于L是自感線圈，當合上S時，自感線圈L將產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的流過，故有b燈先亮，而a燈后亮當S斷開時，a、b組成回路，L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減弱，由此可知，a、b同時熄滅，故選項C正確答案：C1法拉第通過精心設(shè)計的一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，將歷史上認為各自獨立的學科“電學”與“磁

21、學”聯(lián)系起來在下面幾個典型的實驗設(shè)計思想中，所作的推論后來被實驗否定的是 ()A既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁，靜電荷可使近旁的導體表面感應電荷，那么靜止導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁靜止的線圈中感應出電流B既然磁鐵可在近旁運動的導體中感應出電動勢，那么穩(wěn)恒電流也可在近旁運動的線圈中感應出電流C既然運動的磁鐵可在近旁靜止的線圈中感應出電流，那么靜止的磁鐵也可在近旁運動的導體中感應出電動勢D既然運動的磁鐵可在近旁的導體中感應出電動勢，那么運動導線上的穩(wěn)恒電流也可在近旁的線圈中感應出電流解析：磁鐵可使近旁的鐵塊磁化帶磁，靜電荷可使近旁的導體引起靜電感應帶電，但靜止的穩(wěn)恒電流，其磁場不變，不會使靜止的線圈磁

22、通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應電流，所以A項被實驗否定，答案應為A.除此之外，磁鐵可使運動的導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，穩(wěn)恒電流盡管磁場不變，但運動的線圈磁通量會變化，同樣運動導線上的穩(wěn)恒電流也會使線圈磁通量變化，綜上所述BCD都會被實驗所證實是正確的答案：A2一航天飛機下有一細金屬桿，桿指向地心若僅考慮地磁場的影響，則當航天飛機位于赤道上空 ()A由東向西水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下B由西向東水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由上向下C沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時，金屬桿中感應電動勢的方向一定由下向上D沿經(jīng)過地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時，金屬桿中一定沒有

23、感應電動勢解析：在赤道上空由東向西水平飛行時，切割地磁線，由右手定則可判得A正確，B錯誤在沿南北水平方向飛行時，不切割地磁線，不會產(chǎn)生感應電動勢，所以C錯誤，D正確答案：AD3如圖14所示，平行于y軸的導體棒以速度v向右勻速直線運動，經(jīng)過半徑為R、磁感應強度為B的圓形勻強磁場區(qū)域，導體棒中的感應電動勢與導體棒位置x關(guān)系的圖像是 ()圖圖14 答案：答案：A4如圖15所示，半徑為R，單位長度電阻為的均勻?qū)w圓環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為O，勻強磁場垂直水平面方向向下，磁感應強度為B.平行直徑MON的導體桿ab，沿垂直于桿的方向向右運動，桿的電阻可以忽略不計，桿與圓環(huán)接觸良好，某時刻桿的位置如圖6所示，aOb2，速度為v，求此刻作用在桿上安培力的大小圖圖155如圖16所示，導線全部為祼導線，半徑為r的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強磁場，磁感應強度為B，一根長度大于2r的導體棒MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑動到右端電路中固定電阻為R，其余電阻不計，試求MN從圓環(huán)的左端滑動到右端的過程中電阻R上的電流的平均值及通過的電荷量圖圖16