2020版高考物理教科版大一轮复习讲义课件:第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流 .pptx
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1、,第十章 电磁感应,第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流,大一轮复习讲义,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,课时作业,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、法拉第电磁感应定律,1.感应电动势 (1)感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势. (2)产生条件:穿过回路的 发生改变,与电路是否闭合无关. (3)方向判断:感应电动势的方向用 或右手定则判断. 2.法拉第电磁感应定律 (1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的 成正比.,磁通量,楞次定律,磁通量的变化率,斜率,3.导体切割磁感线
2、时的感应电动势 (1)导体垂直切割磁感线时,感应电动势可用E 求出,式中l为导体切割磁感线的有效长度; (2)导体棒在磁场中转动时,导体棒以端点为轴,在匀强磁场中垂直于磁感线 方向匀速转动产生感应电动势EBl (平均速度等于中点位置的线速度 l).,Blv,自测1 教材P17第1题改编 将多匝闭合线圈置于仅随时间变化的磁场中,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是 A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同,二、自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动,1.自
3、感现象 (1)概念:由于导体本身的 变化而产生的电磁感应现象称为自感,由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势. (2)表达式:E . (3)自感系数L的影响因素:与线圈的 、形状、 以及是否有铁芯有关.,电流,大小,匝数,2.涡流现象 (1)涡流:块状金属放在 磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的旋涡状感应电流. (2)产生原因:金属块内 变化感应电动势感应电流. 3.电磁阻尼 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_ 导体的相对运动. 4.电磁驱动 如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生 使导体受到安培力而使导体运动起来.,变化,磁通量,阻碍,感应电流,
4、自测2 (多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图1所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的有 A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作 B.取走磁体,电吉他将不能正常工作 C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 D.弦振动过程中,线圈中的电流方向不断变化,图1,解析 铜质弦为非磁性材料,不能被磁化,选用铜质弦,电吉他不能正常工作,A项错误; 若取走磁体,金属弦不能被磁化,其振动时,不能在线圈中产生感应电动势,电吉他不能正常工作,B项正确;,弦振动过程中,穿过线圈的磁通量大小不断变化,由楞次定律可知,线圈中感应电流方向不断变
5、化,D项正确.,研透命题点,1.求解感应电动势的常见情况,命题点一 对法拉第电磁感应定律的理解及应用,2.应用注意点,例1 (多选)(2018全国卷20)如图2甲,在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图乙所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势,图2,变式1 (多选)(2019山东省泰安市质检)如图3甲所示,线圈两端a、b与一电阻R相连,线圈内有垂直于线圈平面向里的磁场,t0时刻起,穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化,下列说法正确的是 A. t0时刻,R中电流方向为由a到b B. t0时刻,R中电流方向为由a到b
6、C.0t0时间内R的电流小于t02t0时间内R的电流 D.0t0时间内R的电流大于t02t0时间内R的电流,图3,解析 由楞次定律可知0t0时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向,t02t0时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向,故A正确,B错误;,例2 轻质细线吊着一质量为m0.42 kg、边长为L1 m、匝数n10的正方形线圈,其总电阻为r1 .在线圈的中间位置以下区域分布着磁场,如图4甲所示.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示.(g10 m/s2),图4,(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针;,答案 逆时针,解析 由楞次定律知感应电流的方向为逆
7、时针方向.,(2)求线圈的电功率;,答案 0.25 W,解析 由法拉第电磁感应定律得,(3)求在t4 s时轻质细线的拉力大小.,答案 1.2 N,解析 I 0.5 A,由题图乙可知,t4 s时,B0.6 T,F安nBIL,F安Tmg,联立解得T1.2 N.,拓展延伸 (1)在例2中磁感应强度为多少时,细线的拉力刚好为0?,答案 0.84 T,解析 细线的拉力刚好为0时满足: F安mg F安nBIL 联立解得:B0.84 T,(2)在例2中求6 s内通过线圈横截面的电荷量?,答案 3 C,解析 q0.56 C3 C.,变式2 (多选)(2018湖南省常德市期末检测)图5甲为兴趣小组制作的无线充电
8、装置中的受电线圈示意图,已知线圈匝数n100、电阻r1 、横截面积S1.5103 m2,外接电阻R7 .线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示,则 A.在t0.01 s时通过R的电流方向发生改变 B.在t0.01 s时线圈中的感应电动势E 0.6 V C.在00.02 s内通过电阻R的电荷量q1.5103 C D.在0.020.03 s内R产生的焦耳热为Q1.8103 J,图5,解析 根据楞次定律可知,在00.01 s内和在0.010.02 s内电流方向相同,故A错误;,1.大小计算:,命题点二 导体切割磁感线产生感应电动势,说明 (1)导体与磁场方向垂直;(
9、2)磁场为匀强磁场.,2.方向判断:(1)把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路,那部分导体相当于电源.(2)若电路是不闭合的,则先假设有电流通过,然后应用楞次定律或右手定则判断出电流的方向.(3)电源内部电流的方向是由负极(低电势)流向正极(高电势),外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低.,类型1 平动切割磁感线 例3 (多选)(2017全国卷20)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图6甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t0时刻进入磁场.线
10、框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正).下列说法正确的是 A.磁感应强度的大小为0.5 T B.导线框运动的速度的大小为0.5 m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t0.4 s至t0.6 s这段时间内,导线框 所受的安培力大小为0.1 N,图6,根据右手定则及正方向的规定可知,磁感应强度的方向垂直于纸面向外,选项C正确;,变式3 (多选)(2018山东省临沂市上学期期末)如图7所示,矩形线框abcd处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与线框平面垂直,线框ab长为2L,bc长为L,MN为垂直于ab并可在ab和cd上自由滑动的金属杆,
11、且杆与ab和cd接触良好,abcd和MN上单位长度的电阻皆为r.让MN从ad处开始以速度v向右匀速滑动,设MN与ad之间的距离为x(0x2L),则在整个过程中 A.当x0时,MN中电流最小 B.当xL时,MN中电流最小 C.MN中电流的最小值为 D.MN中电流的最大值为,图7,类型2 转动切割磁感线 例4 (2018全国卷17)如图8,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好.空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时
12、针转到OS位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B(过程).在过程、中,流过OM的电荷量相等,则 等于,图8,解析 在过程中,根据法拉第电磁感应定律,有,根据闭合电路欧姆定律,有,且q1I1t1 在过程中,有,q2I2t2,变式4 (多选)(2016全国卷20)法拉第圆盘发电机的示意图如图9所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是 A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向
13、不变,角速度大小发生变化,则电流方向 可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功 率也变为原来的2倍,图9,解析 将圆盘看成无数辐条组成,它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流,则当圆盘顺时针(俯视)转动时,根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心,流过电阻的电流方向从a到b,B对;,命题点三 自感现象,1.自感现象的四大特点 (1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化. (2)通过线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化. (3)电流稳定时,自感线圈相当于普通导体. (4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程
14、停止,更不能使过程反向.,2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题,例5 (2017北京理综19)如图10所示,图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈.实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮.而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是 A.图甲中,A1与L1的电阻值相同 B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流 大于L1中电流 C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同 D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等,图10,解析 断开开关S1瞬间,线圈L1产生自感电动势,阻碍电流的减小,
15、通过L1的电流反向通过A1,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗,说明IL1IA1,即RL1RA1,故A错; 题图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,因为RL1RA1,所以A1中电流小于L1中电流,故B错; 题图乙中,闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同,说明变阻器R与L2的电阻值相同,故C对; 闭合S2瞬间,通过L2的电流增大,由于电磁感应,线圈L2产生自感电动势,阻碍电流的增大,则L2中电流与变阻器R中电流不相等,故D错.,变式5 (2018湖南省常德市一模)如图11所示的电路,开关闭合,电路处于稳定状态,在某时刻t1突然断开开关S,则通过电阻R1中的电
16、流I1随时间变化的图线可能是下图中的,图11,解析 当断开开关,原来通过R1的电流立即消失,由于电磁感应,线圈L产生自感电动势阻碍自身电流变化,产生的感应电流流过电阻,其方向与原来流过电阻R1的电流方向相反,慢慢减小最后为0,故D正确.,命题点四 涡流 电磁阻尼和电磁驱动,电磁阻尼与电磁驱动的比较,例6 (2017全国卷18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图12所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及其左右振
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