《高考物理一轮复习 第九章 电磁感应 第2讲法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件 教科版选修32》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 第九章 电磁感应 第2讲法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件 教科版选修32（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2 2讲法拉第电磁感应定律自感涡流讲法拉第电磁感应定律自感涡流2013届高考一轮物理复习课件选修届高考一轮物理复习课件选修3-2第九章第九章 电磁感应（教科版）电磁感应（教科版）感应电动势感应电动势(1)概念：在概念：在_中中产产生的生的电电动势动势；(2)产产生条件：穿生条件：穿过过回路的回路的_发发生改生改变变，与，与电电路是否路是否闭闭合合_(3)方向判断：方向判断：感应电感应电动势动势的方向用的方向用_或或_判断判断法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(考纲要求考纲要求)1.电磁感应现象电磁感应现象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法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应
2、定律(1)内容：内容：感应电感应电动势动势的大小跟穿的大小跟穿过这过这一一电电路的路的_成正比成正比磁通量的变化率磁通量的变化率闭合电路欧姆闭合电路欧姆2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(1)导导体垂直切割体垂直切割磁感磁感线时线时感应电感应电动势动势可用可用E _求出，求出，式式中中l为导为导体切割体切割磁感磁感线线的有效的有效长长度度(2)导导体棒在体棒在磁磁场场中中转动时转动时导导体棒以端点体棒以端点为轴为轴，在匀，在匀强强磁磁场场中垂直于中垂直于磁感磁感线线方向匀速方向匀速转动产转动产生生感应电感应电动势动势3Blv自感现象自感现象(1)概念：由于概念：由于导导
3、体本身的体本身的_变变化而化而产产生的生的电磁感应电磁感应现现象称象称为为自感自感，由于，由于自感自感而而产产生的生的感应电感应电动势动势叫做叫做_(2)表达表达式式：E_.(3)自感自感系数系数L相关因素：与相关因素：与线线圈的圈的_、形状、形状、 _以及是否有以及是否有铁铁芯有关芯有关单单位：亨利位：亨利(H,1 mH _ H,1 H _ H)电流电流1自感电动势自感电动势大小大小匝数匝数103 106 自感、涡流自感、涡流(考纲要求考纲要求)涡流涡流当当线线圈中的圈中的电流电流发发生生变变化化时时，在它附近的任何，在它附近的任何导导体中都会体中都会产产生生_，这这种种电流电流像水的漩像水
4、的漩涡涡所以叫所以叫涡流涡流电磁感应电磁感应的重要的重要应应用用(1)电磁电磁阻尼：当阻尼：当导导体在体在磁磁场场中运中运动时动时，感应电流感应电流会使会使导导体体受到受到_，安培力的方向，安培力的方向总总是是_导导体的相体的相对对运运动动(2)电磁电磁驱动驱动：如果：如果磁磁场场相相对对于于导导体体转动转动，在，在导导体中会体中会产产生生_使使导导体受到安培力的作用，安培力使体受到安培力的作用，安培力使导导体运体运动动起起来来交交流感应电流感应电动动机就是利用机就是利用_的原理工作的的原理工作的(3)电磁阻尼电磁阻尼和和电磁电磁驱动驱动的原理体的原理体现现了了_的推广的推广应应用用2感应电流
5、感应电流阻碍阻碍感应电流感应电流电磁驱动电磁驱动楞次定律楞次定律安培力安培力如如图图922所示，半径所示，半径为为r的金属的金属圆盘圆盘在垂直于在垂直于盘盘面的匀面的匀强强磁磁场场B中，中，绕绕O轴轴以角速度以角速度沿逆沿逆时针时针方向方向匀速匀速转动转动，则则通通过过电电阻阻R的的电流电流的方向的方向和大小是和大小是(金属金属圆盘圆盘的的电电阻不阻不计计)() 图图922答案答案D1在匀在匀强强磁磁场场中，有一个接有中，有一个接有电电容器容器的的单单匝匝导线导线回路，如回路，如图图923所示，所示，已知已知C30 F，L15 cm，L28 cm，磁磁场场以以5102 T/s的速率增加，的速率
6、增加，则则()A电电容器上极板容器上极板带带正正电电，带带电电荷量荷量为为6105 CB电电容器上极板容器上极板带负带负电电，带带电电荷量荷量为为6105 CC电电容器上极板容器上极板带带正正电电，带带电电荷量荷量为为6109 CD电电容器上极板容器上极板带负带负电电，带带电电荷量荷量为为6109 C1图图923解析解析电电容器两极板容器两极板间间的的电电势势差差U等于等于感应电感应电动势动势E，由，由法法拉第电磁感应定律拉第电磁感应定律，可得，可得E L1L22104 V，电电容容器的器的带带电电荷量荷量QCUCE6109 C，再由楞次，再由楞次定律定律可可知上极板的知上极板的电电势势高，高
7、，带带正正电电，C项项正确正确答案答案C如如图图924所示所示为为一光滑一光滑轨轨道，其中道，其中MN部分部分为为一段一段对对称称的的圆圆弧，两弧，两侧侧的直的直导轨导轨与与圆圆弧相切，在弧相切，在MN部分有如部分有如图图所所示的匀示的匀强强磁磁场场，有一，有一较较小的金属小的金属环环如如图图放置在放置在P点，金属点，金属环环由静止由静止自自由由释释放，放，经经很多次来回运很多次来回运动动后，下列判断正确的有后，下列判断正确的有()A金属金属环环仍能上升到与仍能上升到与P等高等高处处B金属金属环环最最终终将静止在最低点将静止在最低点C金属金属环环上升的最大高度与上升的最大高度与MN等高等高D金
8、属金属环环上升的最大高度一直在上升的最大高度一直在变变小小3图图924解析解析金属金属环环在在进进入入磁磁场场以及穿出以及穿出磁磁场场的的过过程中，都将程中，都将产产生生涡流涡流，机械能，机械能转转化化为为内能，金属内能，金属环环的的动动能能变变小当金属小当金属环环只在只在磁磁场场中运中运动时动时，不再，不再产产生生涡流涡流，最后将在，最后将在MN之之间间来回运来回运动动，所以最后上升的最大高度与，所以最后上升的最大高度与MN等高等高答案答案C闭闭合回路由合回路由电电阻阻R与与导线组导线组成，其内部成，其内部磁磁场场大小按大小按Bt图图变变化，方向如化，方向如图图925所示，所示，则则回路中回
9、路中 ()A电流电流方向方向为顺时针为顺时针方向方向B电流电流强强度越来越大度越来越大C磁磁通量的通量的变变化率恒化率恒定定不不变变D产产生的生的感应电感应电动势动势越来越大越来越大4图图925答案答案AC考点一考点一法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律E En n 的应用的应用如如图图926甲所示，一个甲所示，一个电电阻阻值为值为R，匝数，匝数为为n的的圆圆形金形金属属线线圈与阻圈与阻值为值为2R的的电电阻阻R1连连接成接成闭闭合回路，合回路，线线圈的半径圈的半径为为r1，在，在线线圈中半径圈中半径为为r2的的圆圆形区域内存在垂直于形区域内存在垂直于线线圈平圈平面向里的匀面向里的匀强强磁磁场
10、场，磁感应磁感应强强度度B随随时间时间t变变化的关系化的关系图线图线如如图图926乙所示，乙所示，图线图线与横、与横、纵轴纵轴的截距分的截距分别为别为t0和和B0.导线导线的的电电阻不阻不计计，求，求0至至t1时间时间内，内，【典例【典例1】图图926(1)通通过过电电阻阻R1上的上的电流电流大小和方向；大小和方向；(2)通通过过电电阻阻R1上的上的电电荷量荷量q及及电电阻阻R1上上产产生的生的热热量量答案答案见见解析解析(1)计算通过导线横截面的电荷量一定要用平均电流乘以时计算通过导线横截面的电荷量一定要用平均电流乘以时间间. .(2011广西二模广西二模)如如图图927所示，所示，边长为边
11、长为a、电电阻阻为为R的正方形的正方形闭闭合合线线框框ABCD在匀在匀强强磁磁场场中中绕绕AB边边匀速匀速转动转动，磁感应磁感应强强度度为为B，初始初始时时刻刻线线框所在平面与框所在平面与磁感磁感线线垂直，垂直，经过经过t时间时间后后转过转过120角，求：角，求：(1)线线框内框内感应电流感应电流在在t时间时间内的平均内的平均值值；(2)转过转过120角角时时感应电感应电动势动势的瞬的瞬时值时值；(3)设线设线框框电电阻阻为为R，则这则这一一过过程通程通过线过线框框导线导线截面的截面的电电荷荷量量【变式变式1】图图927对对于于导导体平体平动动切割切割磁感磁感线产线产生生感应电感应电动势动势的
12、的计计算算式式EBlv，应应从以下几个方面理解和掌握从以下几个方面理解和掌握(1)公式使用条件公式使用条件：本公：本公式式是在一是在一定定条件下得出的，除了条件下得出的，除了磁磁场场是匀是匀强强磁磁场场外，外，还还需需B、l、v三者相互垂直三者相互垂直实际问题实际问题中当它中当它们们不相互垂直不相互垂直时时，应应取垂直的分量取垂直的分量进进行行计计算，公算，公式式可可为为EBlvsin ，为为B与与v方向方向间间的的夹夹角角考点二考点二导体切割磁感线产生感应电动势的计算导体切割磁感线产生感应电动势的计算(3)有效性有效性：公：公式式中的中的l为为有效切割有效切割长长度，即度，即导导体与体与v垂
13、直的垂直的方向上的投影方向上的投影长长度度图图中有效中有效长长度分度分别为别为：甲甲图图：lcdsin ；乙乙图图：沿：沿v1方向运方向运动时动时，lMN；沿；沿v2方向运方向运动时动时，l0.图图928(4)相相对对性：性：EBlv中的速度中的速度v是相是相对对于于磁磁场场的速度，的速度，若若磁磁场场也运也运动动，应应注意速度注意速度间间的相的相对对关系关系如如图图929所示，水平放置的三条光滑平行金属所示，水平放置的三条光滑平行金属导轨导轨abc，相距均相距均为为d1 m，导轨导轨ac间间横跨一横跨一质质量量为为m1 kg的金属棒的金属棒MN，棒与，棒与导轨导轨始始终终良好接触，棒的良好接
14、触，棒的电电阻阻r2 ，导轨导轨的的电电阻忽略不阻忽略不计计在在导轨导轨bc间间接一接一电电阻阻为为R2 的灯泡，的灯泡，导轨导轨ac间间接一理想接一理想电电压压表整个装置放在表整个装置放在磁感应磁感应强强度度B2T的匀的匀强强磁磁场场中，中，磁磁场场方向垂直方向垂直导轨导轨平面向下，平面向下，现对现对棒棒MN施加一水施加一水平向右的平向右的拉拉力力F，使棒从静止开始运，使棒从静止开始运动动，试试求：求：【典例典例2】图图929(1)若施加的水平恒力若施加的水平恒力F8 N，则则金属棒达到金属棒达到稳稳定定时时速度速度为为多少？多少？(2)若施加的水平外力功率恒若施加的水平外力功率恒定定，棒达
15、到，棒达到稳稳定定时时速度速度为为1.5 m/s，则则此此时时电电压压表的表的读读数数为为多少？多少？(3)若施加的水平外力功率恒若施加的水平外力功率恒为为P20 W，经历经历t1 s时间时间，棒的速度达到棒的速度达到2 m/s，则则此此过过程中灯泡程中灯泡产产生的生的热热量是多少量是多少？解析解析(1)当当F与安培力平衡与安培力平衡时时，金属棒速度达到，金属棒速度达到稳稳定定，设设稳稳定定时时速度大小速度大小为为v1，F安安Bdl解得解得v16 m/s(2)设设电电压压表的表的读读数数为为U，则则UBdv2UL 解得解得U5 V(3)设设小灯泡和金属棒小灯泡和金属棒产产生的生的热热量分量分别
16、为别为Q1，Q2有有Q1 Q22 1 可得可得Q112 J答案答案(1)6 m/s(2)5 V(3)12 J如如图图9210所示，一所示，一导线导线弯成弯成闭闭合合线线圈，以速度圈，以速度v向左向左匀速匀速进进入入磁感应磁感应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场，磁磁场场方向垂直平面方向垂直平面向外向外线线圈圈总总电电阻阻为为R，从，从线线圈圈进进入入磁磁场场开始到完全开始到完全进进入入磁磁场为场为止，下列止，下列结论结论正确的是正确的是 ()【变式变式2】图图9210A感应电流感应电流一直沿一直沿顺时针顺时针方向方向B线线圈受到的安培力先增大，后减小圈受到的安培力先增大，后减小C感应电感应电动
17、势动势的最大的最大值值EBrv解析解析在在闭闭合合线线圈圈进进入入磁磁场场的的过过程中，通程中，通过闭过闭合合线线圈的圈的磁磁通量逐通量逐渐渐增大，根据楞次增大，根据楞次定律定律可知可知感应电流感应电流的方向一直的方向一直为为顺时针顺时针方向，方向，A正确正确导导体切割体切割磁感磁感线线的有效的有效长长度先度先变变大大后后变变小，小，感应电流感应电流先先变变大后大后变变小，安培力也先小，安培力也先变变大后大后变变小，小，B正确正确导导体切割体切割磁感磁感线线的有效的有效长长度最大度最大值为值为2r，感应电感应电动势动势最大最大为为E2Brv，C错误错误穿穿过线过线圈某个横截面圈某个横截面答案答
18、案AB考点三考点三自感现象、通电和断电自感的比较自感现象、通电和断电自感的比较通电自感通电自感断电自感断电自感电电路路图图器器材材要要求求A1、A2同规格，同规格，RRL，L较大较大L很大很大(有铁芯有铁芯)，RLRA现现象象在在S闭闭合合瞬瞬间间，A2灯灯立立即即亮亮起起来来，A1灯灯逐逐渐渐变变亮，最终一样亮亮，最终一样亮在开关在开关S断开时，灯断开时，灯A突然闪亮突然闪亮一下后再渐渐熄灭一下后再渐渐熄灭(当抽掉铁芯当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关后，重做实验，断开开关S时，时，会看到灯会看到灯A马上熄灭马上熄灭)通电自感通电自感断电自感断电自感原因原因由由于于开开关关闭闭合合时时，流流过
19、过电电感感线线圈圈的的电电流流迅迅速速增增大大，使使线线圈圈产产生生自自感感电电动动势势，阻阻碍碍电电流流的的增增大大，使使流流过过A1灯灯的的电电流流比比流流过过A2灯灯的电流增加得慢的电流增加得慢断断开开开开关关S时时，流流过过线线圈圈L的的电电流流减减小小，产产生生自自感感电电动动势势，阻阻碍碍电电流流的的减减小小，使使电电流流继继续续存存在在一一段段时时间间；在在S断断开开后后，通通过过L的的电电流流反反向向通通过过电电灯灯A，且且由由于于RLRA，使使得得流流过过A灯灯的的电电流流在在开开关关断断开开瞬瞬间间突突然然增增大大，从从而而使使A灯灯的的发发光光功功率率突突然变大然变大能量
20、转能量转化情况化情况电能转化为磁场能电能转化为磁场能磁场能转化为电能磁场能转化为电能如如图图9211所示，所示，线线圈圈L的的自感自感系数系数很大，且其很大，且其电电阻可以忽略不阻可以忽略不计计，L1、L2是两个是两个完全相同的小灯泡，随着开关完全相同的小灯泡，随着开关S闭闭合和断开的合和断开的过过程中，灯程中，灯L1、L2的亮度的亮度变变化情况是化情况是(灯灯丝丝不不会断会断) ()AS闭闭合，合，L1亮度不亮度不变变，L2亮度逐亮度逐渐渐变变亮，最后两灯一亮，最后两灯一 样样亮；亮；S断开，断开，L2立即不亮，立即不亮，L1逐逐渐渐变变亮亮BS闭闭合，合，L1不亮，不亮，L2很亮；很亮；S
21、断开，断开，L1、L2立即不亮立即不亮CS闭闭合，合，L1、L2同同时时亮，而后亮，而后L1逐逐渐渐熄熄灭灭，L2亮度不亮度不 变变；S断开，断开，L2立即不亮，立即不亮，L1亮一下才熄亮一下才熄灭灭DS闭闭合，合，L1、L2同同时时亮，而后亮，而后L1逐逐渐渐熄熄灭灭，L2则则逐逐渐渐 变变得更亮；得更亮；S断开，断开，L2立即不亮，立即不亮，L1亮一下才熄亮一下才熄灭灭【典例典例3】图图9211解析解析当当S闭闭合，合，L的的自感自感系数很大，系数很大，对对电流电流的阻碍作用的阻碍作用较较大，大，L1和和L2串接后与串接后与电电源相源相连连，L1和和L2同同时时亮，随着亮，随着L中中电流电
22、流的增大，的增大，L的直的直流电流电阻不阻不计计，L的分的分流流作用增大，作用增大，L1中中的的电流电流逐逐渐渐减小减小为为零，由于零，由于总总电电阻阻变变小，小，总总电流变电流变大，大，L2中的中的电流电流增大，增大，L2灯灯变变得更亮；当得更亮；当S断开，断开，L2中无中无电流电流，立即熄立即熄灭灭，而，而线线圈圈L将要将要维维持本身的持本身的电流电流不不变变，L与与L1组组成成闭闭合合电电路，路，L1灯要亮一下后再熄灯要亮一下后再熄灭灭综综上所述，上所述，选项选项D正正确确答案答案D(2010北京理北京理综综)在如在如图图9212所示的所示的电电路中，两个相同的路中，两个相同的小灯泡小灯
23、泡L1和和L2分分别别串串联联一个一个带铁带铁芯的芯的电感电感线线圈圈L和一个滑和一个滑动动变变阻器阻器R.闭闭合开关合开关S后，后，调调整整R，使，使L1和和L2发发光的亮度一光的亮度一样样，此此时时流流过过两个灯泡的两个灯泡的电流电流均均为为I.然后，断开然后，断开S.若若t时时刻再刻再闭闭合合S，则则在在t前后的一小段前后的一小段时间时间内，正确反映内，正确反映流流过过L1的的电流电流i1、流流过过L2的的电流电流i2随随时间时间t变变化的化的图图象是象是 ()【变式变式3】图图9212解析解析本本题题考考查线查线圈的圈的自感自感现现象、象、电磁感应电磁感应中的中的电流电流图图象象由由题
24、题中中给给出的出的电电路可知，路可知，电电路由路由L与与L1和和L2与与R两个支路两个支路并并联联，在，在t时时刻，刻，L1支路的支路的电流电流因因为为有有L的的自感自感作用，所以作用，所以i1由由0逐逐渐渐增大，增大，L2支路支路为纯为纯电电阻阻电电路，路，i2不存在逐不存在逐渐渐增大增大的的过过程，所以程，所以B正确；本正确；本题题答案答案为为B.答案答案B(1)模型概述模型概述“杆杆导轨导轨”模型是模型是电磁感应电磁感应问题问题高考命高考命题题的的“基本道具基本道具”，也是高考的也是高考的热热点，考点，考查查的知的知识识点多，点多，题题目的目的综综合性合性强强，物，物理情景理情景变变化空
25、化空间间大，是我大，是我们们复复习习中的中的难难点点“杆杆导轨导轨”模模型又分型又分为为“单单杆杆”型和型和“双杆双杆”型；型；导轨导轨放置方放置方式式可分可分为为水平、水平、竖竖直和直和倾倾斜；杆的运斜；杆的运动动状状态态可分可分为为匀速运匀速运动动、匀、匀变变速运速运动动、非匀非匀变变速运速运动动或或转动转动等；等；磁磁场场的状的状态态可分可分为为恒恒定定不不变变、均、均匀匀变变化和非均匀化和非均匀变变化等等，情景复化等等，情景复杂杂形形式式多多变变(2)模型分类模型分类12.12.电磁感应中的电磁感应中的“杆导轨杆导轨”模型模型.单杆水平式单杆水平式【例例1】 (2010天津理天津理综综
26、，11)如如图图9213所所示，示，质质量量m10.1 kg，电电阻阻R10.3 ，长长度度l0.4 m的的导导体棒体棒ab横放在横放在U型金属框架型金属框架上框架上框架质质量量m20.2 kg，放在，放在绝缘绝缘水平水平面上，与水平面面上，与水平面间间的的动动摩擦因数摩擦因数0.2.相距相距0.4 m的的MM、NN相互平行，相互平行，电电阻不阻不计计且足且足够长够长电电阻阻R20.1 的的MN垂直于垂直于MM.整个装置整个装置处处于于竖竖直向上的匀直向上的匀强强磁磁场场中，中，磁感应磁感应强强度度B0.5 T垂直于垂直于ab施加施加F2 N的的水平恒力，水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运从静
27、止开始无摩擦地运动动，始，始终终与与MM、NN保持良好接触当保持良好接触当ab运运动动到某到某处时处时，框架开始运，框架开始运动动设设框架与水平面框架与水平面间间最大静摩擦力等于滑最大静摩擦力等于滑动动摩擦力，摩擦力，g取取10 m/s2.图图9213(1)求框架开始运求框架开始运动时动时ab速度速度v的大小；的大小；(2)从从ab开始运开始运动动到框架开始运到框架开始运动动的的过过程中，程中，MN上上产产生的生的热热量量Q0.1 J，求，求该过该过程程ab位移位移x的大小的大小解析解析(1)ab对对框架的框架的压压力力F1m1g框架受水平面的支持力框架受水平面的支持力FNm2gF1依依题题意
28、，最大静摩擦力等于滑意，最大静摩擦力等于滑动动摩擦力，摩擦力，则则框架受到最大框架受到最大静摩擦力静摩擦力F2FNab中的中的感应电感应电动势动势EBlvMN受到的安培力受到的安培力F安安IlB框架开始运动时框架开始运动时F安安F2由上述各式代入数据解得由上述各式代入数据解得v6 m/s代入数据解得代入数据解得x1.1 m答案答案(1)6 m/s(2)1.1 m.单杆倾斜式单杆倾斜式 (2011上海上海单单科，科，32)(14分分)如如图图9214所示，所示，电电阻阻可忽略的光滑平行金属可忽略的光滑平行金属导轨长导轨长s1.15 m，两，两导轨间导轨间距距L0.75 m，导轨倾导轨倾角角为为3
29、0，导轨导轨上端上端ab接一阻接一阻值值R1.5 的的电电阻，阻，磁感应磁感应强强度度B0.8 T的匀的匀强强磁磁场场垂直垂直轨轨道平面向上道平面向上阻阻值值r0.5 ，质质量量m0.2 kg的金属棒与的金属棒与轨轨道垂直且接触良道垂直且接触良好，从好，从轨轨道上端道上端ab处处由静止开始下滑至底端，在此由静止开始下滑至底端，在此过过程中金程中金属棒属棒产产生的焦耳生的焦耳热热Q10.1 J(取取g10 m/s2)求：求：【例例2】 图图9214(1)金属棒在此金属棒在此过过程中克服安培力的功程中克服安培力的功W安安；(2)金属棒下滑速度金属棒下滑速度v2 m/s时时的加速度的加速度a.由此所
30、得由此所得结结果是否正确？若正确，果是否正确？若正确，说说明理由并完成本小明理由并完成本小题题；若不正确，若不正确，给给出正确的解答出正确的解答解析解析(1)下滑下滑过过程中安培力的功即程中安培力的功即为为在在电电阻上阻上产产生的焦耳生的焦耳热热，由于，由于R3r，因此，因此QR3Qr0.3 J(1分分)故故W安安QQRQr0.4 J(2分分)3.2 m/s2(2分分)(3)此解此解法法正确正确金属棒下滑金属棒下滑时时受重力和安培力作用，其运受重力和安培力作用，其运动满动满足足上上式式表明，加速度随速度增加而减小，棒做加速度减小的表明，加速度随速度增加而减小，棒做加速度减小的加速运加速运动动无无论论最最终终是否达到匀速，当棒到达斜面底端是否达到匀速，当棒到达斜面底端时时速度一速度一定定为为最大由最大由动动能能定定理可以得到棒的末速度，因此理可以得到棒的末速度，因此上述解上述解法法正确正确(2分分)2.74 m/s(1分分)答案答案(1)0.4 J(2)3.2 m/s2(3)见见解析解析
