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1、第2讲 法拉第电磁感应定律知识建构技能建构1.概念:在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势,产生感应电动势的那部分导体就相当于电源.一、感应电动势2.方向:与电源内部的电流方向相同,由负极指向正极知识建构技能建构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变化率成正比.3.与感应电流的关系:由感应电动势、闭合电路的总电阻决定,闭合电路的欧姆定律,即I= .二、法拉第电磁感应定律2.表达式:E=n .知识建构技能建构(1)E=n 中,n为线圈匝数,这是确定感应电动势的普遍规律,回路可以不闭合.3.对法拉第电磁感应定律的理解(2)E=n 中,总是取绝对值,E的大小是由线圈匝数及磁通
2、量的变化率决定的,与或的大小无必然联系.知识建构技能建构4.适用情况:研究对象为一个回路(不一定闭合),研究在t时间内的平均电动势.三、导体切割磁感线运动时产生感应电动势(3)E=n 一般用以求t时间内感应电动势的平均值,依I= 及q=It可进一步求平均电流及t时间内通过回路某横截面积的电荷量,但一般不能由平均电流计算电路中电流所做的功以及电路中产生的电热.知识建构技能建构(1)大小:E=BLvsin (指v与B的夹角)1.平动切割磁感线知识建构技能建构(2)说明:若导线是曲折的,或L与v不垂直时,则L应为导线的有效切割长度,即导线两端点v、B所决定平面的垂线上的投影长度,如下图所示,三种情况
3、下感应电动势大小相同.知识建构技能建构2.适用情况:一段直导线(或能等效为直导线),某时刻或某位置的瞬时电动势,四、自感和涡流知识建构技能建构(1)由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象.在自感现象中产生的电动势,叫做自感电动势.1.自感现象(2)自感电动势:大小E自=L (对于同一线圈取决于本身电流变化的快慢),方向总是阻碍导体中原来电流的变化知识建构技能建构(3)自感系数,也叫自感或电感,由线圈的大小、 形状、 匝数及是否有铁芯决定;线圈越长、单位长度的匝数越多、横截面积越大,自感系数越大,若线圈中加有铁芯,自感系数会更大.单位:亨利(H).(4)通电自感和断电自感的比较知识建构技
4、能建构比较项通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格,R=RL,L较大L很大(有铁芯)现象在S闭合瞬间,A2立即亮起来,A1灯逐渐变亮,最终一样亮在开关S断开时,A灯渐渐熄灭知识建构技能建构原因由于开关闭合时,流过电感线圈的电流迅速增大,使线圈产生自感电动势,阻碍了电流的增大,使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢断开开关S时,流过线圈L的电流减小,产生自感电动势,阻碍了电流的减小,使电流继续存在一段时间,在S断开后,通过L的电流反向通过灯A,A灯不会立即熄灭,若RLIA,则A灯熄灭前要闪亮一下,若RLRA,原来的电流ILIA,则A灯逐渐熄灭,不再闪亮一下知识建构技能建构能量转化情
5、况电能转化为磁场能磁场能转化为电能2.涡流现象知识建构技能建构(1)当线圈中的电流发生 变化时,这个线圈附近的导体中就会产生感应电流.这种电流看起来很像水的旋涡,所以叫做 涡流,如图所示.知识建构技能建构(3)防止:变压器用硅钢片涂绝缘漆叠合而成.(2)应用:电磁炉(特点是节能、环保,效率高)、机车制动的涡流闸.知识建构技能建构1.下列关于感应电动势大小的说法中,正确的是 ( )A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁感应强度越强的地方,产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大【解析】由E
6、=n 知,电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的大小、磁通量的变化量大小及磁感应强度无关,故D选项正确.【答案】D知识建构技能建构2.关于线圈的自感系数,下列说法正确的是 ( )A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快,自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定【解析】自感电动势E自=L ,与自感系数及电流的变化率有关,A错;自感系数由线圈的匝数、横截面积、长度及有无铁芯等自身因素决定,B、C错,D对.【答案】D知识建构技能建构3.用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强
7、磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud下列判断正确的是 ( )A.Ua Ub Uc Ud B.Ua Ub Ud Uc C.Ua=Ub Uc=Ud D.Ub Ua Ud Uc 知识建构技能建构【解析】在线框进入磁场的过程中,MN两端的电压等于线框回路中的路端电压,根据线框长度和电阻的关系及闭合电路欧姆定律,可知Ua= Blv,Ub= Blv,Uc= B2lv= Blv,Ud= B2lv= Blv,所以UaUbUdUc,故B对.【答案】B知识建构技能建构4.有100匝面积S=100 cm2的金属环,电阻R=0.1 ,环中磁场的变化规律如图所示,且
8、磁场方向垂直环向里,在t1到t2时间内,通过金属环的电荷量为 ( )A.1 C B.2 CC.3 C D. 无法计算【解析】由题图可知B=B2-B1,=(B2-B1)S,通过环的电荷量Q= t= t=n =n =100 C=1 C,正确答案为A.【答案】A知识建构技能建构一、法拉第电磁感应定律的理解与应用知识建构技能建构例1 在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1 m2,线圈电阻为1 .规定线圈中感应电流I 的正方向从上往下看是顺时针方向,如图甲所示.磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.则以下说法正确的是 ( )A.在时间02 s内,I的
9、最大值为0.01 A知识建构技能建构B.在时间3 s5 s内,I的大小越来越小C.前2 s内,通过线圈某截面的总电量为0.01 CD.第3 s内,线圈的发热功率最大 【名师点金】电流的大小取决于感应电动势,由E=n =nS ,B-t图的斜率决定了E的大小,而电量q= t= B,其大小取决于B.知识建构技能建构【规范全解】线圈所围面积不变,因磁场的磁感应强度B随时间t的变化,引起磁通量的变化.由法拉第电磁感应定律,E= = ,其大小由图象的斜率决定,在t=0,斜率最大,且 =0.1 T/s,则Im=0.01 A,A正确;在时间3 s5 s内, 一定,产生恒定电流,B错误;第3 s内, =0,没有
10、感应电流,D错误;由q= t= t= =0.01 C,C正确.【答案】AC知识建构技能建构1.对公式的理解:方法概述对法拉第电磁感应定律的理解知识建构技能建构2.在应用公式E=n S计算感应电动势时,S为线圈在磁场内的有效面积.其中:面与磁场不垂直,S为沿垂直磁场方向投影面的面积;若面只有一部分位于磁场内,S为位于磁场内的那部分面积.变式训练1 (2012年昌平期末)穿过某闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如图中的所示,下列说法正确的是 ( )A.图有感应电动势,且大小恒定不变B.图产生的感应电动势一直在变大知识建构技能建构C.图在0t1时间内的感应电动势是t1t2时间内感应电动势的2倍D
11、.图产生的感应电动势先变大再变小 【规范全解】由E=n ,感应电动势E由-t图的斜率决定,中图象的斜率为0,感应电动势为0;图象的斜率恒定,感应电动势恒定;图象的斜率先变小后变大, 感应电动势先变小后变大.图象0t1时间内的斜率为t1t2时间内的2倍,故答案C正确.【答案】C知识建构技能建构例2 如图甲所示为几个有理想边界的磁场区域,相邻区域的磁感应强度大小相等、方向相反,区域的宽度均为L.现有一边长为L的正方形导线框由图示位置开始,沿垂直于区域边界的直线匀速穿过磁场区域,设逆时针方向为电流的正方向,图乙中能正确反映线框中感应电流的是 ( )二、导体切割磁感线的研究知识建构技能建构【规范全解】
12、 线框进入磁场中0至L的过程中,由右手定则,感应电流的方向为顺时针,即负方向,感应电流I= ,大小恒定,A、B错误;线框进入磁场中L至2L的过程中,由右手定则,感应电流的方向为逆时针,即正方向,感应电流I= ,C错误,D正确.【答案】D【名师点金】线框在磁场中,要弄清切割磁感线的边框及其边框的有效长度,多边切割时还要分析多边(等效电源)的串并联关系.知识建构技能建构两种切割方式电动势计算式说明平动切割磁感线E=nBLvsin 垂直切割时,E=nBLv平行切割时,E=0 适合求瞬时电动势转动切割磁感线E= Bl2为转动的角速度方法概述导体切割磁感线产生的感应电动势的比较知识建构技能建构变式训练2
13、 如图是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图.将铜盘放在磁场中,让磁感线垂直穿过铜盘;图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内;转动铜盘,就可以使闭合电路获得电流.若图中铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路总电阻为R,从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为.则下列说法正确的是 ( )知识建构技能建构A.回路中有大小作周期性变化的电流B.回路中电流大小恒定,且等于 C.回路中电流大小恒定,且等于 D.回路中电流大小为0,灯泡不亮【规范全解】转动铜盘,相当于无数在圆盘半径的铜杆转动切割磁感线,则E= BL2,电流I= ,大小恒定.【答案】C知识建构技能建构例3 如图所示的电路中
14、,A1、A2是完全相同的灯泡,线圈L的自感系数较大,它的电阻与定值电阻R相等.下列说法正确的是 ( )A.闭合开关S,A1先亮,A2后亮,最后它们一样亮B.闭合开关S,A1、A2始终一样亮C.断开开关S,A1、A2都要过一会才熄灭D.断开开关S,A2立刻熄灭,A1过一会才熄灭三、自感现象的应用知识建构技能建构【名师点金】在开关闭合或断开时,含有线圈的支路的电流不能突变,增大或减小往往存在一段时间的延缓效应.知识建构技能建构【规范全解】闭合开关S,存在通电自感,与L串联的A1逐渐变亮、最后它们一样亮,则选项A、B都错误;断开开关S,存在通电自感,通过L的电流逐渐减小为0,因与A1、A2串联在一起
15、,故A1、A2都要过一会才熄灭,则选项C正确.【答案】C方法概述自感现象是一种特殊的电磁感应现象,它遵循电磁感应的所有规律;自感电动势只是延缓了导体中原电流的变化,但它不能阻止原电流的变化.知识建构技能建构变式训练3 (2011年广东揭阳学业水平)线圈通以如图所示的随时间变化的电流,则 ( )A.0t1时间内线圈中的自感电动势最大B.t1t2时间内线圈中的自感电动势最大C.t2t3时间内线圈中的自感电动势最大D.0t1时间内线圈中的自感电动势比t2t3时间内线圈中的自感电动势大知识建构技能建构【规范全解】由E自=L ,I-t图象的斜率决定了自感电动势,由图象,t2t3时间内线圈中的自感电动势最
16、大.【答案】C知识建构技能建构高考真题1 (2010年高考广东理综卷)如图所示,平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域,细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到MN的过程中,棒上感应电动势E随时间t变化的图示,可能正确的是 ( )知识建构技能建构【解析提示】感应电动势与磁场强弱、切割磁感线的速度和有效长度有关.【命题分析】本题主要考查了导体切割磁感线电动势的计算,难度较小.知识建构技能建构【规范全解】细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动,在进入磁场前,不切割磁感线,没有感应电动势;进入匀强磁场后,由于细金属棒速度与有效切割长度均不变,产生的感应电动势也不变;离开磁场后,感应电动势又变为零,故只有选项A正确.【答案】A 知识建构技
