《2013高考物理一轮复习资料 10.2 法拉第电磁感应定律自感现象课件 沪科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013高考物理一轮复习资料 10.2 法拉第电磁感应定律自感现象课件 沪科版（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1. 磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率/t的比较,(1)是状态量，是某时刻穿过闭合回路的磁感线条数，当磁场与回路平面垂直时，=BS。 (2)是过程量，它表示回路从某一时刻变化到另一时刻回路的磁通量的增量，即=2-1。 (3)/t表示磁通量变化的快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率。 (4)、/t的大小没有直接关系，这一点可与v、v、v/t相比较。需要指出的是： 很大，/t可能很小；很小；/t可能很大；=0，/t可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)，当按正弦规律变化时，最大时，/t=0，当为零时，/t最大。,学案2 法拉第电磁感应定律 自感现象,考点1 感应电动势与电
2、磁感应定律,2.公式E=n(/t)中可能由哪些因素变化引起 对于磁通量的计算，一般有两种情况： (1)回路与磁场垂直的面积S不变，磁感应强度发生变化，则=BS，此时对应感生电动势E=n(B/t)S，此式中的B/t叫磁感应强度的变化率，等于B-t图像切线的斜率。若B/t是恒定的，即磁场是均匀变化的，那么产生的感生电动势就是恒定的。 (2)磁感应强度B不变，回路与磁场垂直的面积发生变化，则=BS。此时对应动生电动势E=nBS/t，S的变化是由部分导体切割磁感线所致。比如线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属于这种情况。,3. 两个电动势公式的选用,电磁感应现象中计算感应电动势有两个公式
3、，一个是电磁感应定律的定义式：E=n/t，另一个是由该公式推导而来的公式：E=Blvsin。只有深刻理解透这两个公式，才能够正确选用公式计算感应电动势。 (1)E=n/t一般用于计算平均感应电动势； E=Blvsin一般用于计算瞬时感应电动势。 (2)若导体和磁场间无相对运动，磁通量的变化完全是由磁场的变化引起的，感应电动势的计算只能采用公式E=n/t。 (3)求解某一过程(或某一段时间)中的感应电动势，而平均速度又不能求得时，则应选公式E=n/t。,4.以电磁感应现象为核心，综合各种不同的力学规律(如机械能、牛顿运动定律)等内容形成的综合类问题。 电磁学部分思路：将产生感应电动势的那部分电路
4、等效为电源，如果在一个电路中切割磁感线的几部分互相联系的电路，则可等效成电源的串并联。分析内外电路结构，应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律理顺电学量之间的关系。 力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果，应用牛顿运动定律、动能定理等规律理顺力学量之间的关系。,(1)运动的动态结构,(2)能量转化特点,其他形式的能(如机械能),安培力做负功,电能,电流做功,其他形式的能(如内能),(3)安培力在不同情况下的作用 当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼。在这种情况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，进而转化为焦耳
5、热。 当导体开始时静止、磁场(磁体)运动时，由于导体相对磁场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流，进而受到安培力作用，这时安培力成为导体运动的动力，此即电磁驱动。在这种情况下，安培力做正功，电能转化为导体的机械能。,如图中金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减少，一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在R上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能。 若导轨足够长，棒最终达稳定状态匀速运动时，重力势能的减小则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能。 因此，从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应中能量问题的重要途径之一。,5.电磁感应中的
6、能量转化问题(1)电磁感应过程往往涉及多种能量的转化,(2)安培力做功和电能变化的特定对应关系 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。,(3)解决此类问题的步骤 用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向。 画出等效电路图，写出回路中电阻消耗的电功率的表达式。 分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程，联立求解。 注意：在利用能量的转化和守恒解决电磁感应问题时，第一要准确把握参与转化的能量的形式和
7、种类。第二要确定哪种能量增加，哪种能量减少。,应用公式E=n/t或E=Blvsin解决问题时： (1)首先要明确要求的是平均感应电动势，还是瞬时感应电动势。 (2)其次要明确产生的类型是磁场变化型还是切割型。一般地E=n/t适用于磁场变化求感应电动势。E=Blvsin用于切割磁感线求感应电动势。 (3)若磁场本身在变化的同时，电路中还有一部分导体做切割磁感线运动，则上述两种情况都同时存在，应予以分别分析。,【解析】 (1)线圈转过180角时，穿过线圈的磁通量的方向发生了一次变化。如果规定开始时穿过线圈的磁通量为负，1=-BS;则后来穿过线圈的磁通量为正，2=BS, E=n/tn(2-1)/(/
8、) =500.1(0.40.2)2/(/50)V12.7 V (2)开始时1=0。转过180后，2=0 所以E=n/t=n(2-1)/t=0。 (3)当线圈从题图(b)位置转过30时，导线的速度方向与磁场有一夹角，计算时要把导线速度分解为沿磁场方向的分量和垂直于磁场方向的分量，画成俯视图(如图所示)，ab边产生的Eab=nBl1(l2/2) cos30，cd边产生的Ecd=nBl1(l2/2)cos30，ab边和cd边产生的电动势是串联的，E总=EabEcd=nBScos30=500.150(0.40.2) /2 V=17.3 V。,【例1】如图所示，矩形线圈由n=50匝导线组成，ab边长 l
9、1=0.4 m，bc边长l2=0.2 m，整个线圈R=2 ，在 B=0.1 T的匀强磁场中，以两短边中点的连线为轴转动， =50 rad/s，求： (1)线圈从图(a)位置转过180的过程中的平均电动势； (2)线圈从图(b)位置转过180的过程中的平均电动势； (3)线圈从图(b)位置转动30时的瞬时电动势。,公式E=n/t计算的是t时间内的平均感应电动势。公式E=Blvsin常用于单根导体切割磁感线时的情况，其中的v代入瞬时速度，则E为瞬时感应电动势；v代入平均速度，则E为平均感应电动势。这样在计算感应电动势时，就要审清题意是求平均感应电动势还是求瞬时感应电动势，以便正确地选用公式。,1,
10、如图所示，边长为L=0.20 m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成，正方形导线框每边的电阻R0=1.0 ，金属棒M。与正方形导线框对角线长度恰好相等，金属棒MN的电阻r=0.20 。导线框放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.50 T，方向垂直导线框所在平面向里。金属棒M。与导线框接触良好，且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上，金属棒的中点始终在BD连线上。若金属棒以v=4.0 m/s的速度向右匀速运动，当金属棒运动至AC的位置时，求(计算结果保留两位有效数字)：(1)金属棒产生的电动势的大小；(2)金属棒MN上通过的电流大小和方向；(3)导线框消耗的电功率。,【答案】 (1
11、)0.57 V (2)0.48 A 方向从N到 (3)0.23 W,【例2】如图所示，长度为l的金属杆ab，a端为固定转，在 磁感应强度为B的匀强磁场中，在垂直于B的平面内按 顺时针方向以角速度做匀速转动，试求金属杆中产 生的感应电动势的大小。,【解析】解法一：金属杆ab做切割磁感线运动时，杆上各点的线速度大小不相同，因此以杆上各点速度的平均值进行计算，当ab匀速转动时，a端速度为零，b端速度为l。杆上从a到b各点的速度大小与各点的旋转半径成正比，所以ab杆的平均切割速度为 v=(0+l)/2=l/2 故杆上的感应电动势 E=Blv=Bl2/2 解法二：如图所示，设在t为很短的时间内，杆转动的
12、角速度为也很小，则杆扫过的面积等效为S=l2/2， 又=t，则磁通量的变化量为 =BS=Bl2t/2 所以E=/t=Bl2/2。,导体棒绕其一端转动切割磁感线时，导体各部分的切割速度不同，应用E=Blvsin求解电动势时，v应是导体棒切割的平均速度；应用E=n/t求解电动势时，等于导体棒在t内扫过面积的磁通量(可假定一个与导体棒构成的回路推导)。,如图中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)( )A.由c到d，I=Br2/RB.由d到c，I=Br2/RC.由c到d，I=Br2/(2R)D.由d到c
13、，I=Br2/(2R),2,D,【例3】如图所示，两根相距L平行放置的光滑导电轨道，与 水平面的夹角均为，轨道间有电阻R，处于磁感应强度为B、 方向竖直向上的匀强磁场中，一根质量为m、电阻为r的金属杆 ab，由静止开始沿导电轨道下滑。设下滑中ab杆始终与轨道保 持垂直，且接触良好，导电轨道有足够的长度，且电阻不计。 (1)ab杆将做什么运动？ (2)若开始时就给ab沿轨道向下的拉力F使其由静止开始向下 做加速度为a的匀加速运动(agsin)。求拉力F与时间t的关系式。,【解析】(1)导线受力如图所示，当导线向下滑动时，速度越来越大，安培力F安变大，导线加速度变小。随着速度的变大，加速度越来越小
14、，ab做加速度越来越小的加速运动，最终加速度变为零，导线做匀速运动。 (2)经过时间t，ab速度v=at，感应电流 I=(Blvcos)/(R+r) 由牛顿第二定律F+mgsin-BILcos=ma F=m(a-gsin)+(B2L2acos2)/(R+r)t。,解决此类问题，应特别注意导轨的放置状态，磁场的方向，闭合电路中电阻，导轨的粗糙程度，应沿导体棒方向观察，并画出导体棒的平面受力分析图，列方程求解。,【答案】 (1)如图所示，ab杆受力分析：重力mg，竖直向下；支持力。垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上。(2)(BLv)/R gsin-(B2L2v)/(MR)(3) mgRsin/(B2L2),如图(a)所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。(1)由b向a方向看到的装置如图(b)所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某 时刻的受力示意图。(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆的电流及其 加速度的大小；(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。,
