《高中物理 第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感现象课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感现象课件 新人教版（61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现象知识点知识点 1 1 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1.1.感应电动势感应电动势(1)(1)概念概念: :在在_中产生的电动势。中产生的电动势。(2)(2)产生条件产生条件: :穿过回路的穿过回路的_发生改变发生改变, ,与电路是否闭合与电路是否闭合_。(3)(3)方向判断方向判断: :感应电动势的方向用感应电动势的方向用_或或_判判断。断。电磁感应现象电磁感应现象磁通量磁通量楞次定律楞次定律右手定则右手定则无关无关2.2.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(1)(1)内容内容: :闭合电路中感应电动势的大小闭合电路中感应电动势的大小, ,跟穿过这一电路
2、的跟穿过这一电路的_成正比。成正比。(2)(2)公式公式: :_, ,其中其中n n为为_。(3)(3)感应电流与感应电动势的关系感应电流与感应电动势的关系: :遵守遵守_,_,即即I= I= _。磁通量的变化率磁通量的变化率线圈匝数线圈匝数闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律(4)(4)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切割方式切割方式电动势表达式电动势表达式说明说明垂直切割垂直切割E=_E=_导体棒与磁场方向垂直导体棒与磁场方向垂直, ,磁场为磁场为匀强磁场匀强磁场式中式中l为导体切割磁感线的有效为导体切割磁感线的有效长度长度旋转切割中导体棒的平均速度旋转切割中导体棒的平
3、均速度等于中点位置等于中点位置的线速度的线速度倾斜切割倾斜切割E=_(E=_(为为v v与与B B的夹角的夹角) )旋转切割旋转切割( (以一以一端为轴端为轴) )B Blv vB Blvsinvsin知识点知识点 2 2 自感、涡流自感、涡流1.1.自感现象自感现象由于通过导体自身的由于通过导体自身的_而产生的电磁感应现象。而产生的电磁感应现象。2.2.自感电动势自感电动势(1)(1)定义定义: :在在_中产生的感应电动势。中产生的感应电动势。(2)(2)表达式表达式:_:_。电流发生变化电流发生变化自感现象自感现象(3)(3)自感系数自感系数L L相关因素相关因素: :与线圈的大小、形状、
4、与线圈的大小、形状、_以及是否有以及是否有_等等因素有关。因素有关。单位单位: :亨利亨利(H),(H),常用单位还有毫亨常用单位还有毫亨(mH)(mH)、微亨、微亨(H)(H)。1 mH=_H,1H=_H1 mH=_H,1H=_H。圈数圈数铁芯铁芯1010-3-31010-6-63.3.涡流涡流当线圈中的电流发生变化时当线圈中的电流发生变化时, ,在它附近的导体中产生的像水的在它附近的导体中产生的像水的旋涡一样的旋涡一样的_。(1)(1)电磁阻尼电磁阻尼: :当导体在磁场中运动时当导体在磁场中运动时, ,感应电流会使导体受到感应电流会使导体受到_,_,安培力的方向总是安培力的方向总是_导体的
5、相对运动。导体的相对运动。(2)(2)电磁驱动电磁驱动: :如果磁场相对于导体转动如果磁场相对于导体转动, ,在导体中会产生在导体中会产生_使导体受到安培力的作用使导体受到安培力的作用, ,安培力使导体运动起来。安培力使导体运动起来。交流感应电动机就是利用交流感应电动机就是利用_的原理工作的。的原理工作的。(3)(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了_的推广应用。的推广应用。感应电流感应电流安培力安培力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【思考辨析】【思考辨析】(1)(1)线圈中磁通量越大线圈中磁通量越大, ,产生的感应电动势大。产生的感应电动势
6、大。( () )(2)(2)线圈中磁通量变化越大线圈中磁通量变化越大, ,产生的感应电动势大。产生的感应电动势大。( () )(3)(3)线圈中磁通量变化越快线圈中磁通量变化越快, ,产生的感应电动势大。产生的感应电动势大。( () )(4)(4)线圈中磁通量增加时感应电动势增大线圈中磁通量增加时感应电动势增大, ,线圈中磁通量减小时线圈中磁通量减小时感应电动势减小。感应电动势减小。( () )(5)(5)对于同一线圈对于同一线圈, ,当电流变化越大时当电流变化越大时, ,线圈产生的自感电动势线圈产生的自感电动势也越大。也越大。( () )(6)(6)对于同一线圈对于同一线圈, ,当电流变化越
7、快时当电流变化越快时, ,线圈的自感系数也越大。线圈的自感系数也越大。( () )(7)(7)对于同一线圈对于同一线圈, ,当电流变化越快时当电流变化越快时, ,线圈中的自感电动势也线圈中的自感电动势也越大。越大。( () )分析：分析：(1)(1)线圈中磁通量越大线圈中磁通量越大, ,感应电动势不一定越大感应电动势不一定越大,(1),(1)错。错。(2)(2)线圈中磁通量变化越大线圈中磁通量变化越大, ,感应电动势不一定越大感应电动势不一定越大,(2),(2)错。错。(3)(3)感应电动势感应电动势 , ,在线圈匝数一定的情况下在线圈匝数一定的情况下, ,感应电动势由感应电动势由磁通量变化量
8、和所用时间共同决定磁通量变化量和所用时间共同决定, ,所以线圈中磁通量变化越所以线圈中磁通量变化越快快, ,产生的感应电动势越大产生的感应电动势越大,(3),(3)正确。正确。(4)(4)如果线圈中磁通量均如果线圈中磁通量均匀增加或者均匀减少匀增加或者均匀减少, ,感应电动势的大小就不变感应电动势的大小就不变, ,故故(4)(4)错。错。(5)(5)自感电动势的大小自感电动势的大小, ,与电流变化快慢有关与电流变化快慢有关, ,与电流变化大小无关与电流变化大小无关, ,故故(5)(5)错。错。(6)(6)自感系数只取决于线圈的本身因素自感系数只取决于线圈的本身因素, ,与电流变化与电流变化情况
9、无关情况无关, ,故故(6)(6)错。错。(7)(7)根据自感电动势的公式可知根据自感电动势的公式可知,(7),(7)正确。正确。考点考点 1 1 法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律的应用( (三年三年9 9考考) ) 拓展延伸拓展延伸【考点解读】【考点解读】(1)(1)感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率 和线和线圈的匝数共同决定，而与磁通量圈的匝数共同决定，而与磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量的大的大小没有必然联系。小没有必然联系。(2)(2)法拉第电磁感应定律应用的几种情况：法拉第电磁感应定律应用的几种情况：磁通量的变化是由面
10、积变化引起时，磁通量的变化是由面积变化引起时，B BSS，则，则磁通量的变化是由磁场变化引起时，磁通量的变化是由磁场变化引起时，BBS S，则，则磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，义求，末末初初， (3)(3)在图像问题中磁通量的变化率在图像问题中磁通量的变化率 是是-t-t图像上某点切图像上某点切线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。【典例透析【典例透析 1 1】如图甲所示如图甲所示, ,一个阻值为一个阻值为R,R,匝数为匝数为n n的圆形金属的圆
11、形金属线圈与阻值为线圈与阻值为2R2R的电阻的电阻R R1 1连接成闭合回路。线圈的半径为连接成闭合回路。线圈的半径为r r1 1, ,在在线圈中半径为线圈中半径为r r2 2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场场, ,磁感应强度磁感应强度B B随时间随时间t t变化的关系图线如图乙所示。图线与变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为横、纵轴的截距分别为t t0 0和和B B0 0, ,导线的电阻不计。求导线的电阻不计。求0 0至至t t1 1时间时间内内(1)(1)通过电阻通过电阻R R1 1的电流大小和方向的电流大小和方向; ;(2
12、)(2)通过电阻通过电阻R R1 1的电荷量的电荷量q q及电阻及电阻R R1 1上产生的热量。上产生的热量。【解题探究】【解题探究】在求解该题时在求解该题时, ,应明确应明确: :(1)(1)公式公式 中的中的S S应为应为_。(2)(2)公式公式q=Itq=It中的中的I I应为应为_。线圈在磁场范围内的有效面积线圈在磁场范围内的有效面积流过电阻的平均电流流过电阻的平均电流【解析】【解析】(1)(1)穿过闭合线圈的磁场的面积为穿过闭合线圈的磁场的面积为由题图乙可知，磁感应强度由题图乙可知，磁感应强度B B的变化率的大小为的变化率的大小为根据法拉第电磁感应定律得：根据法拉第电磁感应定律得：由
13、闭合电路欧姆定律可知流过电阻由闭合电路欧姆定律可知流过电阻R R1 1的电流为的电流为再根据楞次定律可以判断，流过电阻再根据楞次定律可以判断，流过电阻R R1 1的电流方向应由的电流方向应由b b到到a a(2)0(2)0至至t t1 1时间内通过电阻时间内通过电阻R R1 1的电荷量为的电荷量为电阻电阻R R1 1上产生的热量为上产生的热量为答案：答案：(1) (1) 方向从方向从b b到到a a(2)(2)【互动探究】【互动探究】在在【典例透析【典例透析 1 1】中，如果保持匀强磁场的磁中，如果保持匀强磁场的磁感应强度感应强度B B0 0不变，而让线圈以某一直径为轴经时间不变，而让线圈以某
14、一直径为轴经时间t t1 1转过转过9090，则回路中产生的平均感应电流以及则回路中产生的平均感应电流以及0 0至至t t1 1时间内通过电阻时间内通过电阻R R1 1的的电荷量各是多少？电荷量各是多少？【解析】【解析】根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律回路中产生的平均感应电流为回路中产生的平均感应电流为在在0 0至至t t1 1时间内通过电阻时间内通过电阻R R1 1的电荷量为的电荷量为答案：答案：【总结提升】【总结提升】应用电磁感应定律应注意的三个问题应用电磁感应定律应注意的三个问题(1)(1)公式公式 求解的是一个回路中某段时间内的平均电动求解的是一个回路中某段时间内的平均电动
15、势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值。势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值。(2)(2)利用公式利用公式 求感应电动势时，求感应电动势时，S S为线圈在磁场范围为线圈在磁场范围内的有效面积。内的有效面积。(3)(3)通过回路截面的电荷量通过回路截面的电荷量q q仅与仅与n n、和回路电阻和回路电阻R R有关，与有关，与时间长短无关。推导如下：时间长短无关。推导如下：【变式备选】【变式备选】如图所示如图所示, ,导线全部为裸导线导线全部为裸导线, ,半径为半径为r r的圆内有的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场垂直于圆平面的匀强磁场, ,磁感应强度为磁感应强度为B,B,一根长度大于一根长度
16、大于2r2r的的导线导线MNMN以速度以速度v v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端。电路在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端。电路的固定电阻为的固定电阻为R,R,其余电阻不计其余电阻不计, ,求求MNMN从圆环的左端滑到右端的从圆环的左端滑到右端的过程中电阻过程中电阻R R上的电流的平均值和通过电阻上的电流的平均值和通过电阻R R的电荷量。的电荷量。【解析】【解析】MNMN做切割磁感线运动，有效切割长度在不断地变化，做切割磁感线运动，有效切割长度在不断地变化，用用E EB Blv v难以求得平均感应电动势，从另一角度看，回路中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地变化，可
17、利用法拉第电磁感应定律求平均的磁通量在不断地变化，可利用法拉第电磁感应定律求平均感应电动势。感应电动势。从左端到右端磁通量的变化量从左端到右端磁通量的变化量BSBSBrBr2 2从左端到右端的时间从左端到右端的时间根据法拉第电磁感应定律，平均根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势感应电动势所以，电路中平均感应电流所以，电路中平均感应电流通过通过R R的电荷量的电荷量答案：答案：考点考点 2 2 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( (三年三年7 7考考) ) 深化理解深化理解【考点解读】【考点解读】对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算对于导体平动切割磁感
18、线产生感应电动势的计算式式E EB Blv v，应从以下几个方面理解和掌握，应从以下几个方面理解和掌握: :1.1.使用条件使用条件本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需B B、l、v v三者相互垂直。实际问题中当它们不相互垂直时，应取三者相互垂直。实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为垂直的分量进行计算，公式可为E EB Blvsinvsin，为为B B与与v v方向方向间的夹角。间的夹角。2.2.使用范围使用范围导体平动切割磁感线时，若导体平动切割磁感线时，若v v为平均速度，则为平均速度，则E
19、E为平均感应电为平均感应电动势，即动势，即 若若v v为瞬时速度，则为瞬时速度，则E E为相应的瞬时感应电动为相应的瞬时感应电动势。势。3.3.有效性有效性公式中的公式中的l为有效切割长度，即导体与为有效切割长度，即导体与v v垂直的方向上的投影长垂直的方向上的投影长度。例如度。例如, ,求图中求图中MNMN两点间的电动势时，有效长度分别为两点间的电动势时，有效长度分别为甲图：甲图：lcdsin cdsin ；乙图：沿乙图：沿v v1 1方向运动时，方向运动时， 沿沿v v2 2方向运动时，方向运动时，l0 0。丙图：沿丙图：沿v v1 1方向运动时，方向运动时， 沿沿v v2 2方向运动时，
20、方向运动时，l0 0；沿；沿v v3 3方向运动时，方向运动时，lR R。4.4.相对性相对性E=BE=Blv v中的速度中的速度v v是相对于磁场的速度是相对于磁场的速度, ,若磁场也运动若磁场也运动, ,应注意应注意速度间的相对关系。速度间的相对关系。【典例透析【典例透析 2 2】在范围足够大、方向竖直在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中向下的匀强磁场中, ,磁感应强度磁感应强度B=0.2TB=0.2T。有一水平放置的光滑框架有一水平放置的光滑框架, ,宽度为宽度为l=0.4m,=0.4m,如图所示如图所示, ,框架上放置一质量为框架上放置一质量为0.05kg0.05kg、电阻为电阻为1
21、1的金属杆的金属杆cd,cd,框架电阻不计。若杆框架电阻不计。若杆cdcd以恒定加速度以恒定加速度a=2m/sa=2m/s2 2由静止开始做匀加速运动由静止开始做匀加速运动, ,则则: :(1)(1)在前在前5s5s内内, ,平均感应电动势是多少平均感应电动势是多少? ?(2)(2)在第在第5s5s末末, ,回路中的电流有多大回路中的电流有多大? ?(3)(3)在第在第5s5s末时末时, ,作用在作用在cdcd杆上的水平外力有多大杆上的水平外力有多大? ?【解题探究】【解题探究】求感应电动势的一般方法求感应电动势的一般方法(1)(1)求平均感应电动势时求平均感应电动势时, ,用公式用公式_或或
22、_。(2)(2)求瞬时感应电动势时求瞬时感应电动势时, ,用公式用公式_。E=BE=Blv,v,其中其中v v为瞬时速度为瞬时速度【解析】【解析】(1)5 s(1)5 s内的位移内的位移5 s5 s内的平均速度内的平均速度( (也可用也可用 求解求解) )故平均感应电动势故平均感应电动势 (2)(2)第第5 s5 s末：末：v vatat10 m/s10 m/s此时感应电动势：此时感应电动势：E EB Blv v则回路中的电流为则回路中的电流为(3)(3)杆杆cdcd匀加速运动，匀加速运动，由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F FF F安安mama即即F FBIBIlmama0.164 N0.1
23、64 N答案：答案：(1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N(1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N【总结提升】【总结提升】感应电动势两个公式的比较感应电动势两个公式的比较公式公式E=BE=Blv v导体导体一个回路一个回路一段导体一段导体适用适用普遍适用普遍适用导体切割磁感线导体切割磁感线公式公式E=BE=Blv v意义意义常用于求平均电动势常用于求平均电动势既可求平均值也可求瞬时值既可求平均值也可求瞬时值联系联系本质上是统一的。后者是前者的一种特殊情况。但是本质上是统一的。后者是前者的一种特殊情况。但是, ,当导体做切割磁当导体做切割磁感线运动时感线运动时,
24、 ,用用E=BE=Blv v求求E E比较方便比较方便; ;当穿过电路的磁通量发生变化时当穿过电路的磁通量发生变化时, ,用用 求求E E比较方便比较方便【变式训练】【变式训练】(2012(2012新课标全国卷新课标全国卷) )如图如图, ,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框导线框, ,半圆直径与磁场边缘重合半圆直径与磁场边缘重合; ;磁场磁场方向垂直于半圆面方向垂直于半圆面( (纸面纸面) )向里向里, ,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B B0 0。使该线。使该线框从静止开始绕过圆心框从静止开始绕过圆心O O、垂直于半圆面的轴以角速度、垂直于半圆
25、面的轴以角速度匀速匀速转动半周转动半周, ,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置置, ,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流周过程中同样大小的电流, ,磁感应强度随时间的变化率磁感应强度随时间的变化率 的的大小应为大小应为( () )【解析】【解析】选选C C。设导线框半径为。设导线框半径为l，电阻值为，电阻值为R,R,导线框以角速导线框以角速度度匀速转动产生的电流大小为匀速转动产生的电流大小为 导线框导线框中磁感应强度大小随时间线性变化时产生的电流大小为
26、中磁感应强度大小随时间线性变化时产生的电流大小为 因为因为I I1 1=I=I2 2，所以所以 故选项故选项C C正确。正确。考点考点 3 3 通电自感和断电自感通电自感和断电自感( (三年三年5 5考考) ) 对比分析对比分析【考点解读】【考点解读】通电自感通电自感断电自感断电自感电路电路图图器材器材要求要求A A1 1、A A2 2同规格同规格,R=R,R=RL L,L,L较大较大L L很大很大( (有铁芯有铁芯),R),RL LR RA A现象现象在在S S闭合瞬间闭合瞬间,A,A2 2灯立即亮起灯立即亮起来来,A,A1 1灯逐渐变亮灯逐渐变亮, ,最终一样最终一样亮亮开关开关S S断开
27、时断开时, ,灯灯A A突然闪亮一下后突然闪亮一下后再渐渐熄灭再渐渐熄灭( (当抽掉铁芯后当抽掉铁芯后, ,重做实重做实验验, ,断开开关断开开关S S时时, ,会看到灯会看到灯A A闪亮不闪亮不明显明显) )通电自感通电自感断电自感断电自感原因原因由于开关闭合时由于开关闭合时, ,流过电感线流过电感线圈的电流迅速增大圈的电流迅速增大, ,使线圈产使线圈产生自感电动势生自感电动势, ,阻碍电流的增阻碍电流的增大大, ,使流过使流过A A1 1灯的电流比流过灯的电流比流过A A2 2灯的电流增加得慢灯的电流增加得慢断开开关断开开关S S时时, ,流过线圈的电流流过线圈的电流要减小要减小, ,由于
28、断电自感而产生自由于断电自感而产生自感电动势感电动势, ,阻碍电流的减小阻碍电流的减小, ,使使通过通过L L的电流反向通过的电流反向通过A A灯灯, ,且由且由于于R RL LR RA A, ,使得流过使得流过A A灯的电流在灯的电流在开关断开瞬间突然增大开关断开瞬间突然增大, ,从而使从而使A A灯的发光功率突然变大灯的发光功率突然变大能量能量转化转化情况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【典例透析【典例透析 3 3】如图甲、乙所示的电路中如图甲、乙所示的电路中, ,电阻电阻R R和自感线圈和自感线圈L L的电阻值都很小的电阻值都很小, ,且小于灯且小于灯
29、A A的电阻的电阻, ,接通接通S,S,使电路达到稳定使电路达到稳定, ,灯灯泡泡A A发光发光, ,则则( () )A.A.在电路甲中在电路甲中, ,断开断开S,AS,A将立即熄灭将立即熄灭B.B.在电路甲中在电路甲中, ,断开断开S,AS,A将先变得更亮将先变得更亮, ,然后逐渐变暗然后逐渐变暗C.C.在电路乙中在电路乙中, ,断开断开S,AS,A将逐渐变暗将逐渐变暗D.D.在电路乙中在电路乙中, ,断开断开S,AS,A将先变得更亮将先变得更亮, ,然后逐渐变暗然后逐渐变暗【解题探究】【解题探究】分析甲、乙电路分析甲、乙电路, ,确定开关确定开关S S断开时灯的亮暗变化断开时灯的亮暗变化情
30、况情况: :(1)(1)灯的亮暗变化取决于灯的亮暗变化取决于_。(2)(2)乙电路中乙电路中, ,断开断开S S前前, ,线圈线圈L L中的电流中的电流_灯灯A A中的电流。中的电流。流过灯的电流与灯中原电流的大小关流过灯的电流与灯中原电流的大小关系系大于大于【解析】【解析】选选D D。在甲电路中。在甲电路中, ,灯灯A A和线圈和线圈L L串联串联, ,它们的电流相同它们的电流相同, ,断开断开S S时时, ,线圈上产生自感电动势线圈上产生自感电动势, ,阻碍原电流的减小阻碍原电流的减小, ,但流过灯但流过灯A A的电流仍逐渐减小的电流仍逐渐减小, ,从而灯从而灯A A只能逐渐变暗只能逐渐变
31、暗, ,故故A A错误错误; ;在乙电路在乙电路中电阻中电阻R R和灯和灯A A串联串联, ,灯灯A A的电阻大于线圈的电阻大于线圈L L的电阻的电阻, ,电流则小于线电流则小于线圈圈L L中的电流中的电流, ,断开断开S S时时, ,电源不再给灯电源不再给灯A A供电供电, ,而线圈产生自感电而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小动势阻碍电流的减小, ,通过通过R R、A A形成回路形成回路, ,灯灯A A中电流突然变大中电流突然变大, ,灯灯A A先变得更亮先变得更亮, ,然后逐渐变暗然后逐渐变暗, ,故故D D正确。正确。【总结提升】【总结提升】分析自感现象的两点注意分析自感现象的两点注意(
32、1)(1)通过自感线圈中的电流不能发生突变通过自感线圈中的电流不能发生突变, ,即通电过程中即通电过程中, ,电流电流是逐渐变大是逐渐变大, ,断电过程中断电过程中, ,电流是逐渐变小电流是逐渐变小, ,此时线圈可等效为此时线圈可等效为“电源电源”, ,该该“电源电源”与其他电路元件形成回路。与其他电路元件形成回路。(2)(2)断电自感现象中灯泡是否断电自感现象中灯泡是否“闪亮闪亮”问题的判断问题的判断, ,在于对电流在于对电流大小的分析大小的分析, ,若断电后通过灯泡的电流比原来强若断电后通过灯泡的电流比原来强, ,则灯泡先闪亮则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭。后再慢慢熄灭。【变式训练】【变式训练】
33、如图所示的电路如图所示的电路,D,D1 1和和D D2 2是是两个相同的灯泡两个相同的灯泡,L,L是一个自感系数相当是一个自感系数相当大的线圈大的线圈, ,其电阻与其电阻与R R相同相同, ,由于存在自由于存在自感现象感现象, ,在开关在开关S S接通和断开时接通和断开时, ,灯泡灯泡D D1 1和和D D2 2先后亮暗的次序是先后亮暗的次序是( () )A.A.接通时接通时D D1 1先达最亮先达最亮, ,断开时断开时D D1 1后灭后灭B.B.接通时接通时D D2 2先达最亮先达最亮, ,断开时断开时D D2 2后灭后灭C.C.接通时接通时D D1 1先达最亮先达最亮, ,断开时断开时D
34、D1 1先灭先灭D.D.接通时接通时D D2 2先达最亮先达最亮, ,断开时断开时D D2 2先灭先灭【解析】【解析】选选A A。电流发生变化时。电流发生变化时, ,自感电动势将阻碍电流的变化自感电动势将阻碍电流的变化, ,根据电流的变化来分析电路中灯的明暗情况。根据电流的变化来分析电路中灯的明暗情况。当开关当开关S S接通时接通时,D,D1 1和和D D2 2应该同时亮应该同时亮, ,但由于自感现象的存在但由于自感现象的存在, ,电电流流过线圈时流流过线圈时, ,线圈中产生感应电流线圈中产生感应电流, ,使通过线圈的电流从零开使通过线圈的电流从零开始慢慢增加始慢慢增加, ,所以接通瞬时电流几
35、乎全部从所以接通瞬时电流几乎全部从D D1 1通过通过, ,而该电流又而该电流又将同时分别通过将同时分别通过D D2 2和和R,R,所以所以D D1 1先达最亮先达最亮, ,经过一段时间电路稳定经过一段时间电路稳定后后,D,D1 1和和D D2 2达到一样亮。当开关达到一样亮。当开关S S断开时断开时, ,电源电流立即为零电源电流立即为零, ,因因此此D D2 2立即熄灭立即熄灭, ,而对而对D D1 1, ,线圈中产生感应电流线圈中产生感应电流, ,使线圈使线圈L L和和D D1 1组成组成的闭合电路中有感应电流的闭合电路中有感应电流, ,所以所以D D1 1后灭后灭, ,故故A A正确。正
36、确。【备选例题】【备选例题】【典例透析】【典例透析】(2013(2013芜湖模拟芜湖模拟) )如图所示如图所示, ,在方向垂直纸面在方向垂直纸面向里向里, ,磁感应强度为磁感应强度为B B的匀强磁场区域中有一个由均匀导线制的匀强磁场区域中有一个由均匀导线制成的单匝矩形线框成的单匝矩形线框abcd,abcd,线框以恒定的速度线框以恒定的速度v v沿垂直磁场方向沿垂直磁场方向向右运动向右运动, ,运动中线框运动中线框dcdc边始终与磁场右边界平行边始终与磁场右边界平行, ,线框边长线框边长ad=ad=l,cd=2,cd=2l。线框导线的总电阻为。线框导线的总电阻为R R。则线框离开磁场的过程。则线
37、框离开磁场的过程中中, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )考查内容考查内容电磁感应中的综合问题电磁感应中的综合问题A.A.流过线框截面的电量为流过线框截面的电量为B.B.线框中的电流在线框中的电流在adad边产生的热量为边产生的热量为C.C.线框所受安培力的合力为线框所受安培力的合力为D.adD.ad间的电压为间的电压为【规范解答】【规范解答】选选A A。线框离开磁场的过程中，感应电动势。线框离开磁场的过程中，感应电动势E=2BE=2Blv v，由电路知识可知，由电路知识可知adad间的电压为间的电压为 线框所受安线框所受安培力的合力为培力的合力为 产生的热量产生的热量Q=IQ
38、=I2 2RtRt， 通过的电量通过的电量由以上分析可知，只有由以上分析可知，只有A A正确。正确。电磁感应中的电磁感应中的“双杆切割双杆切割”问题问题【典例典例】(2013(2013成都模拟成都模拟)(12)(12分分) )磁场在磁场在xOyxOy平面内的分布如平面内的分布如图所示图所示, ,其磁感应强度的大小均为其磁感应强度的大小均为B B0 0, ,方向垂直于方向垂直于xOyxOy平面平面, ,相邻相邻磁场区域的磁场方向相反磁场区域的磁场方向相反, ,每个同向磁场区域的宽度均为每个同向磁场区域的宽度均为L L0 0, ,整整个磁场以速度个磁场以速度v v沿沿x x轴正方向匀速运动。若在磁
39、场所在区间内放轴正方向匀速运动。若在磁场所在区间内放置一由置一由n n匝线圈组成的矩形线框匝线圈组成的矩形线框abcd,abcd,线框的线框的bc=Lbc=LB B、ab=L,ab=L,L LB B略略大于大于L L0 0, ,总电阻为总电阻为R,R,线框始终保持静止线框始终保持静止。求。求: :(1)(1)线框中产生的总电动势大小线框中产生的总电动势大小和和导线中的电流大小导线中的电流大小; ;(2)(2)线框所受线框所受安培力的大小和方向安培力的大小和方向。【审题【审题抓住信息，快速推断】抓住信息，快速推断】关键信息关键信息信息挖掘信息挖掘题题干干L LB B略大于略大于L L0 0线框线
40、框abab边和边和cdcd边处于不同的方向的磁场中边处于不同的方向的磁场中线框始终保持静线框始终保持静止止磁场向右匀速运动磁场向右匀速运动, ,线框静止线框静止, ,相当于磁场静止相当于磁场静止, ,线框向左匀速线框向左匀速直线运动直线运动关键信息关键信息 信息挖掘信息挖掘 问问题题线框中产生的总电动势大小线框中产生的总电动势大小线框线框abab边和边和cdcd边都做切割磁感线的运动边都做切割磁感线的运动, ,都产生感都产生感应电动势应电动势, ,整个线框的总电动势的大小和方向整个线框的总电动势的大小和方向, ,取取决于两边的电动势的大小和方向决于两边的电动势的大小和方向导线中的电流大小导线中
41、的电流大小导线中电流的大小取决于总电动势的大小导线中电流的大小取决于总电动势的大小安培力的大小和方向安培力的大小和方向安培力的方向可以由电流的方向和磁场的方向根安培力的方向可以由电流的方向和磁场的方向根据左手定则判断据左手定则判断, ,也可以直接利用楞次定律的推广也可以直接利用楞次定律的推广意义判断意义判断, ,大小可用安培力的公式求解大小可用安培力的公式求解【答题【答题规范解题，步步得分】规范解题，步步得分】(1)(1)线框相对于磁场向左做切割磁感线的匀速运动线框相对于磁场向左做切割磁感线的匀速运动, ,切割磁感线切割磁感线的速度大小为的速度大小为v,v,任意时刻线框任意时刻线框abab边切
42、割磁感线产生的感应电动边切割磁感线产生的感应电动势大小为势大小为E E1 1=nB=nB0 0Lv, (2Lv, (2分分) )cdcd边切割磁感线产生的感应电动势大小为边切割磁感线产生的感应电动势大小为E E2 2=nB=nB0 0Lv (2Lv (2分分) )abab边和边和cdcd边所处的磁场方向总是相反的边所处的磁场方向总是相反的, ,故故abab边和边和cdcd边线圈中边线圈中产生的感应电动势方向顺时针时都是顺时针产生的感应电动势方向顺时针时都是顺时针, ,逆时针时都是逆逆时针时都是逆时针时针, ,所以总的感应电动势大小所以总的感应电动势大小E=2nBE=2nB0 0Lv, (2Lv
43、, (2分分) )由闭合电路欧姆定律得导线中的电流大小由闭合电路欧姆定律得导线中的电流大小 (2(2分分) )(2)(2)线框所受安培力的大小线框所受安培力的大小 (2(2分分) )由左手定则判断，线框所受安培力的方向始终沿由左手定则判断，线框所受安培力的方向始终沿x x轴轴正方向。正方向。 (2(2分分) )答案：答案： 方向沿方向沿x x轴正方向轴正方向【双基题组】【双基题组】1.1.关于电路中感应电动势的大小关于电路中感应电动势的大小, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.穿过电路的磁通量越大穿过电路的磁通量越大, ,感应电动势就越大感应电动势就越大B.B.电路中磁通量
44、的改变量越大电路中磁通量的改变量越大, ,感应电动势就越大感应电动势就越大C.C.电路中磁通量改变越快电路中磁通量改变越快, ,感应电动势就越大感应电动势就越大D.D.若电路中某时刻磁通量为零若电路中某时刻磁通量为零, ,则该时刻感应电流一定为零则该时刻感应电流一定为零【解析】【解析】选选C C。由法拉第电磁感应定律。由法拉第电磁感应定律 知，感应电动知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的大小、磁通量的改变势与磁通量的变化率成正比，与磁通量的大小、磁通量的改变量都无关，故量都无关，故A A、B B错，错，C C正确；某时刻磁通量为零，若磁通量正确；某时刻磁通量为零，若磁通量的变化率不
45、为零，感应电动势不为零，即感应电流不为零，的变化率不为零，感应电动势不为零，即感应电流不为零，D D错误。错误。2.2.如图所示如图所示,MN,MN、PQPQ为两条平行的水平放置的金属导轨为两条平行的水平放置的金属导轨, ,左端接左端接有定值电阻有定值电阻R,R,金属棒金属棒abab斜放在两导轨之间斜放在两导轨之间, ,与导轨接触良好与导轨接触良好, ,磁磁感应强度为感应强度为B B的匀强磁场垂直于导轨平面的匀强磁场垂直于导轨平面, ,设金属棒与两导轨接设金属棒与两导轨接触点之间的距离为触点之间的距离为L,L,金属棒与导轨间夹角为金属棒与导轨间夹角为6060, ,以速度以速度v v水平水平向右
46、匀速运动向右匀速运动, ,不计导轨和金属棒的电阻不计导轨和金属棒的电阻, ,则流过金属棒中的电则流过金属棒中的电流为流为( () )A. B.A. B.C. D. C. D. 【解析】【解析】选选B B。金属棒匀速运动，所以平均感应电动势的大。金属棒匀速运动，所以平均感应电动势的大小等于瞬时感应电动势的大小。题中小等于瞬时感应电动势的大小。题中L L的有效长度为的有效长度为 根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得 故故B B正确。正确。3.3.如图所示的电路中如图所示的电路中, ,电容电容C C和电感和电感L L的的值都很大值都很大,L,L的电阻不计的电阻不计,A,A、B B是完全相是完
47、全相同的灯泡同的灯泡, ,当电键当电键K K闭合时闭合时, ,下面所叙述下面所叙述的情况中正确的是的情况中正确的是( () )A.AA.A灯比灯比B B灯先亮灯先亮, ,然后然后A A灯熄灭灯熄灭B.BB.B灯比灯比A A灯先亮灯先亮, ,然后然后B B灯熄灭灯熄灭C.AC.A灯、灯、B B灯一起亮灯一起亮, ,然后然后A A灯熄灭灯熄灭D.AD.A灯、灯、B B灯一起亮灯一起亮, ,然后然后B B灯熄灭灯熄灭【解析】【解析】选选B B。因。因A A灯串接了一个电感灯串接了一个电感L,L,由于电感阻碍电流由于电感阻碍电流的变化的变化, ,故故A A灯后亮灯后亮; ;而而B B灯串接了一个电容灯
48、串接了一个电容C,C,故故B B灯亮一下即灯亮一下即熄灭熄灭, ,故故B B正确。正确。【高考题组】【高考题组】4.(20114.(2011广东高考广东高考) )将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中中, ,线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直, ,关于线圈中产生的感应电动势和关于线圈中产生的感应电动势和感应电流感应电流, ,下列表述正确的是下列表述正确的是( () )A.A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.B.穿过线圈的磁通量越大穿过线圈的磁通量越大, ,感应电动势越大感应电动势越大C.C.穿过线圈的磁通量变化越
49、快穿过线圈的磁通量变化越快, ,感应电动势越大感应电动势越大D.D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同【解析】【解析】选选C C。根据法拉第电磁感应定律。根据法拉第电磁感应定律 感应电动感应电动势的大小与线圈的匝数、磁通量的变化率势的大小与线圈的匝数、磁通量的变化率( (磁通量变化的快慢磁通量变化的快慢) )成正比，所以成正比，所以A A、B B选项错误，选项错误，C C正确；因不知原磁场变化趋势正确；因不知原磁场变化趋势( (增强或减弱增强或减弱) )，故无法用楞次定律确定感应电流产生的磁场的，故无法用楞次定律确定感应电流产生的磁场的方向，方
50、向，D D错误。错误。5.(20125.(2012北京高考北京高考) )物理课上物理课上, ,老师做了一个奇妙的老师做了一个奇妙的“跳环跳环实验实验”。如图。如图, ,她把一个带铁芯的线圈她把一个带铁芯的线圈L L、开关、开关S S和电源用导和电源用导线连接起来后。将一金属套环置于线圈线连接起来后。将一金属套环置于线圈L L上上, ,且使铁芯穿过且使铁芯穿过套环。闭合开关套环。闭合开关S S的瞬间的瞬间, ,套环立刻跳起。某同学另找来器套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路材再探究此实验。他连接好电路, ,经重复试验经重复试验, ,线圈上的套线圈上的套环均未动。对比老师演示的
51、实验环均未动。对比老师演示的实验, ,下列四个选项中下列四个选项中, ,导致套导致套环未动的原因可能是环未动的原因可能是( () )A.A.线圈接在了直流电源上线圈接在了直流电源上B.B.电源电压过高电源电压过高C.C.所选线圈的匝数过多所选线圈的匝数过多D.D.所用套环的材料与老师的不同所用套环的材料与老师的不同【解析】【解析】选选D D。无论是接到直流电源上还是交流电源上。无论是接到直流电源上还是交流电源上, ,在开关在开关闭合的瞬间闭合的瞬间, ,穿过线圈的磁通量都是增加的穿过线圈的磁通量都是增加的, ,因此因此, ,套环跳起与套环跳起与否跟线圈接在了交流电源还是直流电源上无关否跟线圈接
52、在了交流电源还是直流电源上无关,A,A错误错误; ;电源电电源电压越高压越高, ,线圈匝数越多线圈匝数越多, ,开关闭合的瞬间磁场越强开关闭合的瞬间磁场越强, ,越有利于环越有利于环的跳起的跳起,B,B、C C错误错误; ;如果套环的质量过大或者导电性能太差都会如果套环的质量过大或者导电性能太差都会使得套环受到的安培力小于套环的重力使得套环受到的安培力小于套环的重力, ,套环就不会跳起套环就不会跳起,D,D正正确。确。6.(20116.(2011北京高考北京高考) )某同学为了验证断电某同学为了验证断电自感现象自感现象, ,自己找来带铁芯的线圈自己找来带铁芯的线圈L L、小灯、小灯泡泡A A、
53、开关、开关S S和电池组和电池组E,E,用导线将它们连接用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后成如图所示的电路。检查电路后, ,闭合开闭合开关关S,S,小灯泡发光小灯泡发光; ;再断开开关再断开开关S,S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复现象。虽经多次重复, ,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象象, ,他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是亮的原因是( () )A.A.电源的内阻较大电源的内阻较大B.B.小灯泡电阻偏大小灯泡电阻偏大C.C.线圈
54、电阻偏大线圈电阻偏大 D.D.线圈的自感系数较大线圈的自感系数较大【解析】【解析】选选C C。根据实物连线图画出正确。根据实物连线图画出正确的电路图如图所示的电路图如图所示, ,当闭合开关当闭合开关S,S,电路稳电路稳定之后定之后, ,小灯泡中有稳定的电流小灯泡中有稳定的电流I IA A, ,电感线电感线圈中有稳定的电流圈中有稳定的电流I IL L, ,当开关当开关S S突然断开突然断开时时, ,电流电流I IA A立即消失立即消失, ,但是但是, ,由于自感电动势的作用由于自感电动势的作用, ,流过线圈的流过线圈的电流电流I IL L不能突变不能突变, ,而是要继续流动而是要继续流动, ,于
55、是于是, ,电感线圈和小灯泡构成电感线圈和小灯泡构成了回路了回路, ,如果如果I IL LIIA A, ,则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭则能观察到小灯泡闪亮一下再熄灭, ,线圈的线圈的自感系数越大自感系数越大, ,小灯泡延时闪亮的时间就越长。如果不满足小灯泡延时闪亮的时间就越长。如果不满足I IL LIIA A的条件的条件, ,小灯泡只是延时熄灭小灯泡只是延时熄灭, ,不会观察到闪亮一下再熄灭。不会观察到闪亮一下再熄灭。可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足可见灯泡未闪亮的根本原因是不满足I IL LIIA A的条件的条件, ,这是线圈电这是线圈电阻偏大造成的阻偏大造成的ILIL偏小。所以本题正确选项是偏小。所以本题正确选项是C C。
