《高考物理一轮复习 10.2 法拉第电磁感应定律 自感同步.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 10.2 法拉第电磁感应定律 自感同步.ppt（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第2讲法拉第电磁感应定律自感 一 感应电动势1 感应电动势 在中产生的电动势 产生感应电动势的那部分导体就相当于 导体的电阻相当于 2 感应电流与感应电动势的关系 遵守定律 I 电磁感应现象 电源 电源的内阻 闭合电路欧姆 3 感生电场与感生电动势 动生电动势 1 感生电场 磁场变化时在周围空间激发出的 2 感生电动势 由产生的感应电动势叫做感生电动势 3 动生电动势 由于而产生的感应电动势叫做动生电动势 电场 感生电场 导体运动 4 反电动势 1 定义 电动机转动时 线圈中也会产生 这个感应电动势总要电源电动势的作用 我们把这个电动势称为反电动势 2 作用 线圈的转动 感应电动势 削弱 阻
2、碍 1 感生电动势和动生电动势都属于感应电动势 但二者产生机理有所不同 2 在实际的感应电动势中 可能既有感生电动势 同时也有动生电动势 二 法拉第电磁感应定律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成正比 变化率 2 公式 E n n为线圈匝数 3 导体切割磁感线产生的电动势 1 若B L v相互垂直 则E 2 E 为导体的运动方向与磁感线方向的夹角 BLv BLvsin 三 互感 自感和涡流1 互感现象两个互相靠近的线圈 当一个线圈中的电流变化时 它所产生的变化的会在另一个线圈中产生的现象 互感现象可以把由一个线圈传递到另一个线圈 变压器就是利用现象制成的 磁场 感应电动
3、势 能量 互感 2 自感现象由于线圈本身的发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象 电流 3 自感电动势 1 定义 在现象中产生的感应电动势 2 公式 E L其中L叫 它与线圈的 形状 以及是否有铁芯有关 自感系数的单位 是 1mH H 1 H H 自感 自感系数 大小 圈数 亨利 H 10 3 10 6 4 涡流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像状的感应电流 水的旋涡 5 电磁阻尼当导体在磁场中运动时 感应电流会使导体受到安培力 安培力的方向总是导体的运动的现象 阻碍 6 电磁驱动如果磁场相对于导体转动 在导体中会产生感应电流 感应电流使导体受到的作用 使导体运动起来
4、这种作用称为电磁驱动 交流电动机就是利用的原理制成的 安培力 安培力 电磁驱动 自感作用延缓了电路中电流的变化 使得在通电瞬间含电感的电路相当于断路 断电时电感线圈相当于一个电源 通过放电回路将储存的能量释放出来 1 感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变化率 而与磁通量 磁通量的变化量 的大小没有必然联系 2 磁通量的变化率是 t图象上某点切线的斜率 3 若恒定 则E不变 用E n所求的感应电动势为整个回路的感应电动势 而不是回路中某部分导体的电动势 整个回路中感应电流为零时 其回路中某段导体的感应电动势不一定为零 4 磁通量的变化常由B的变化或S的变化两种情况引起 1 当 仅由B的变化
5、引起时 E nS 2 当 仅由S的变化引起时 E nB5 由E n计算出的是 t时间内的平均感应电动势 1 很大 可能很小 很小 可能很大 感应电动势的大小与有关 与 无直接关系 2 用公式E nS求感应电动势时 S为线圈在磁场范围内的有效面积 3 通过回路截面的电荷量q仅与n 和回路电阻R有关 与时间长短无关 推导如下 q 如图9 2 1所示 导线全部为裸导线 半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场 磁感应强度为B 一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端 电路的固定电阻为R 其余电阻不计 求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷
6、量 图9 2 1 求电荷量要从电流的平均值来考虑 听课记录 MN做切割磁感线运动 有效切割长度在不断变化 用E Blv难以求得平均感应电动势 从另一角度看 回路中的磁通量在不断变化 利用法拉第电磁感应定律求平均感应电动势 从左端到右端磁通量的变化量 B S B r2 从左端到右端的时间 t 根据法拉第电磁感应定律 平均感应电动势 所以 电路中平均感应电流为通过R的电荷量 答案 名师归纳 1 计算通过导体某一截面的电荷量必须用电流的平均值 2 产生感应电动势的那部分导体相当于电源 1 E n求的是回路中 t时间内的平均感应电动势 2 E BLv既能求导体做切割磁感线运动的平均感应电动势 也能求瞬
7、时感应电动势 v为平均速度 E为平均感应电动势 v为瞬时速度 E为瞬时感应电动势 其中L为有效长度 1 E BLv的适用条件 导体棒平动垂直切割磁感线 当速度v与磁感线B不垂直时 要求出垂直于磁感线的速度分量 2 E BL2 的适用条件 导体棒绕一个端点垂直于磁感线匀速转动切割 而不是绕导体棒上中间的某点 3 E nBS sin t的适用条件 线框绕垂直于匀强磁场方向的一条轴从中性面开始转动 与轴的位置无关 与线框的形状无关 当从与中性面垂直的位置开始计时时 公式变为E nBS cos t 3 公式E n和E Blv是统一的 前者当 t 0时 E为瞬时值 后者v若代入平均速度v 则求出的是平均
8、值 只是一般来说前者求平均感应电动势更方便 后者求瞬时感应电动势更方便 1 对公式E Blv 要在理解的基础上应用 不能随便代入数据 如果B l v中任意两个量平行 则导体在磁场中运动时不切割磁感线 E 0 2 若导线是曲线 则l应是导线的有效长度 即当导线垂直切割磁感线时 导线两端点的连线在垂直于v方向上的投影长度 12分 在范围足够大 方向竖直向下的匀强磁场中 B 0 2T 有一水平放置的光滑框架 宽度为L 0 4m 如图9 2 2所示 框架上放置一质量为0 05kg 电阻为1 的金属杆cd 框架电阻不计 若杆cd以恒定加速度a 2m s2 由静止开始做匀变速运动 求 1 在5s内平均感应
9、电动势是多少 2 第5s末回路中的电流多大 3 第5s末作用在杆cd上的水平外力多大 图9 2 2 解答本题时应把握以下两点 1 分清求解感应电动势时用速度的平均值还是瞬时值 2 求解第 3 问时合理应用牛顿第二定律 满分指导 1 5s内的位移x at2 25m5s内的平均速度 5m s 2分 也可用求解 故平均感应电动势 0 4V 2分 2 第5s末 v at 10m s 1分 此时感应电动势 E BLv 1分 则回路中的电流为 2分 3 杆cd匀加速运动 由牛顿第二定律得 F F安 ma 2分 即F BIL ma 0 164N 2分 答案 1 0 4V 2 0 8A 3 0 164N 名师
10、归纳 1 在计算感应电动势时 要审清题意 看清题目要求的是平均感应电动势还是瞬时感应电动势 并正确地选用公式 2 在电磁感应现象中 产生感应电动势的那部分导体相当于 其电阻为 外电路则由等电学元件组成 内电阻 电阻 电容 电源 1 有N匝面积为S 100cm2的金属环 电阻为R 0 1 环中磁场的变化规律如图9 2 3所示 且磁场方向垂直于环向里 在t1到t2时间内 通过金属环的电荷量是多少 图9 2 3 解析 由图象可知 磁感应强度的平均变化率为 线圈中的磁通量的平均变化率为 环中的平均感应电流 通过环的电荷量为 答案 0 01NC 1 通电时线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加 感应电流与
11、原电流方向相反 此时含线圈L的支路相当于断开 2 断电时线圈中产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减少 感应电流与原电流方向相同 在与线圈串联的回路中 线圈相当于电源 它提供的电流从原来的IL逐渐变小 但流过灯A的电流方向与原来相反 3 线圈的自感系数越大 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 如图9 2 4所示的电路中 三个相同的灯泡a b c和电感L1 L2与直流电源连接 电感的电阻忽略不计 电键S从闭合状态突然断开时 下列判断正确的有 A a先变亮 然后逐渐变暗B b先变亮 然后逐渐变暗C c先变亮 然后逐渐变暗D b c都逐渐变暗 图9 2 4
12、分析此类问题应先明确原电流的方向 然后判断自感电流的方向及大小变化 在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形成回路 解题指导 a b c三个灯泡相同 设S闭合时通过三个灯泡的电流均是I 则L1中的电流为2I L2中的电流为I 在S断开瞬间 L1中的电流由2I逐渐减小 L2的电流由I逐渐减小 L1 L2中的产生的感应电流方向相同 故b c两灯的电流逐渐减小 即b c两灯逐渐变暗 B C错误 D项正确 两个支路的电流汇集后为2I通过a灯 a灯电流由2I反向减弱 故a灯中的先变亮再逐渐变暗 即A正确 答案 AD 名师归纳 解决此类问题的关键 1 无论是通电自感还是断电自感 都是阻碍引起自感电流的变化
13、2 当电路中有电感时 若电路中的电流发生变化 电感的作用总是阻碍电流的变化 纯电感线圈在电流稳定时相当于 非纯电感线圈在电流稳定时相当于 一根短路导线 一个定值电阻 2 如图9 2 5所示的电路中 A1和A2是完全相同的灯泡 线圈L的电阻可以忽略 下列说法中正确的是 图9 2 5 A 合上开关S接通电路时 A2先亮 A1后亮 然后一样亮B 合上开关S接通电路时 A1和A2始终一样亮C 断开开关S切断电路时 A2立刻熄灭 A1过一会儿才熄灭D 断开开关S切断电路时 A1和A2都要过一会儿才熄灭 解析 通电瞬间 L中有自感电动势产生 与L在同一支路的灯A1要逐渐变亮 而A2和电源构成回路则立即亮
14、稳定后 A1与A2并联 两灯一样亮 断开开关瞬间 L中有自感电动势 相当于电源 与A1 A2构成回路 所以两灯都过一会儿熄灭 综上所述 选项A D正确 答案 AD 随堂巩固 1 关于电路中感应电动势的大小 下列说法正确的是 A 穿过电路的磁通量越大 感应电动势就越大B 电路中磁通量的改变量越大 感应电动势就越大C 电路中磁通量改变越快 感应电动势就越大D 若电路在某时刻磁通量为零 则该时刻感应电动势不一定为零 解析 根据法拉第电磁感应定律 感应电动势正比于磁通量的变化率 C选项中磁通量变化越快 则磁通量的变化率越大 故C选项正确 A B选项错误 某时刻的磁通量为零 但该时刻磁通量的变化率不一定
15、为零 所以感应电动势也就不一定为零 D选项错误 故选C 答案 CD 2 吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者 然而吉他有许多种 不同吉他的工作原理是不同的 电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做拾音器的装置 能将琴弦的振动转化为电信号 电信号经扩音器放大 再经过扬声器就能播出优美的音乐声 如图9 2 6所示是拾音器的结构示意图 多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦 电吉他不能使用尼龙弦 之间 当弦沿着线圈平面振动时 线圈中就会产生感应电流 关于感应电流 以下说法正确的是 图9 2 6 A 琴弦振动时 线圈中产生的感应电流是恒定的B 琴弦振动时 线圈中产生的感应电流的大小变化
16、 方向不变C 琴弦振动时 线圈中产生的感应电流的大小不变 方向变化D 琴弦振动时 线圈中产生的感应电流的大小和方向都会发生变化 答案 D 解析 由于琴弦在振动 线圈中的磁通量发生不均匀的变化 时快时慢 线圈中产生的感应电流的大小和方向都要发生变化 故D对 3 穿过闭合回路的磁通量 随时间t变化的图象分别如图9 2 7中 所示 下列关于回路中产生的感应电动势的论述 正确的是 图9 2 7 A 图 中 回路产生的感应电动势恒定不变B 图 中 回路产生的感应电动势一直在变大C 图 中 回路在0 t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势D 图 中 回路产生的感应电动势先变小后变大 解析 由产生感应电动势的条件可知 回路中磁通量发生变化才能产生感应电动势 而图 中 穿过回路的磁通量 是一恒定值 所以回路中不产生感应电动势 选项A错 图 中 穿过闭合回路的磁通量 随时间t均匀变化 即是一恒量 由法拉第电磁感应定律 产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比可知 回路产生的感应电动势是一恒定值 选项B错 图 中 穿过回路的磁通量在0 t1时 间内的变化率大于在t1 t2时间内的变
