2010高三物理高考知识点分析：法拉第电磁感应定律 自感.pdf

法拉第电磁感应定律自感一区分物理量一区分物理量1 1、磁通量、磁通量 穿过某一面积的磁感线的条数穿过某一面积的磁感线的条数2 2、磁通量的变化量、磁通量的变化量 2 2 1 13 3、磁通量的变化率、磁通量的变化率 t单位时间内的磁通量的变化单位时间内的磁通量的变化二法拉第电磁感应定律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二法拉第电磁感应定律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。这就是法拉第电磁感应定律。成正比。这就是法拉第电磁感应定律。1、反映磁通量变化的快慢2 2、电动势的平均值电动势的平均值E nt3 3、的产生方式：改变的产生方式：改变 B B，改变，改变 S S，、改变，、改变 B B 和和 S S 的夹角的夹角三、推论三、推论把 AB 向右移动一段距离，AB 长 L，速度 v，匀强磁场 B当 BL，Lv，Bv 时有ARBBSBLvtttt E BLv（电动势的平均值和瞬时值）（电动势的平均值和瞬时值）E 推广：已知：B，L，求：E？L2BS21E B BL E BL2ttt22t2例题举例：例题举例：【例 1】如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，拉力F大小；拉力的功率P；拉力做的功W；线圈中产生的电热Q；通过线圈某一截面的电荷量q。B2L2v2B2L2vE22解：E BL2v,I,F BIL2,F v2 vP Fv RRRB2L22L1vW FL1 vQ W vRq I t L1L2vEt 与v无关RR注意电热Q和电荷q的区别，其中q 与速度无关！（这个结论以后经常会遇到）。R【例 2】如图，竖直放置的U形导轨宽为L，上端串有电阻R（其余导体部分的电阻都忽略不计）。磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒amLab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab保持水平而下滑。试求ab下滑的最大速度vm解：释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动。随着速度的增大，感应电动势E、感应电流I、安培力F都随之增大，加速度随之减小。当F增大到F=mg时，加速度变为零，这时ab达到最大速度。mgRB2L2vm由F mg，可得vm22RB L【例 3】如图所示，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为，它们围成的矩形边长分别为L1、L2，回路的总电阻为R。从t=0 时刻起，在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场B=kt，（k0）那么在t为多大时，金属棒开始移动？解：由E=kL1L2可知，回路中感应电动势是恒定的，电流大小也是恒定的，但由于taL1L2b安培力F=BILB=ktt，随时间的增大，安培力将随之增大。当安培力增大到等于最大静摩mgR擦力时，ab将开始向左移动。这时有：kt L1kL1L2mg,t 2Rk2L1L2【例 4】如图所示，水平面上固定有平行导轨，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。同种合金做的导体棒ab、cd横截面积之比为 21，长度和导轨的宽均为L，ab的质量为m，电阻为adr，开始时ab、cd都垂直于导轨静止，不计摩擦。给ab一个向右的瞬时冲量I，在以后的运动中，cd的最大速度vm、最大加速度bcam、产生的电热各是多少？解：给ab冲量后，ab获得速度向右运动，回路中产生感应电流，cd受安培力作用而加速，ab受安培力而减速；当两者速度相等时，都开始做匀速运动。所以开始时cd的加速度最大，最终cd的速度最大。全过程系统动能的损失都转化为电能，电能又转化为内能。由于ab、cd横截面积之比为 21，所以电阻之比为 12，根据Q=I 2RtR，所以cd上产生的电热应该是回路中产生的全部电热的2/3。又根据已知得ab的初速度为v1=I/m，因此有：2B2L2IEF，解得。最后的共同速度为vm=2I/3m，amE BLv1,I,F BLI,am23m rr 2rm/2系统动能损失为EK=I/6m，其中cd上产生电热Q=I/9m【例 5】如图所示，空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为，电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量_。2 2解析：解析：由题意知：，由【例 6】如图所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置测量通电螺线管中磁场的装置，把一个很小的测量线圈A放在待测处，线圈与测量电量的冲击电流计 G 串联，当用双刀双掷开关 S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由表G 测出电量Q，就可以算出线圈所在处的磁感应强度B。已知测量线圈共有N匝，直径为d，它和表 G 串联电路的总电阻为R，则被测处的磁感强度B为多大？解析：解析：当双刀双掷开关 S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，根据法拉2B(d/2)2 N第电磁感应定律可得：E Ntt由欧姆定律得：I QEtR2QR由上述二式可得：B 2.Nd四、自感现象四、自感现象1、自感由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。产生的电产生的电动势叫自感电动势。电流动势叫自感电动势。电流 I I 变化时，自感电动势阻碍电流的变化（当变化时，自感电动势阻碍电流的变化（当 I I 增加，自增加，自感电动势反抗感电动势反抗 I I 的增加，当的增加，当 I I 减小，自感电动势补充减小，自感电动势补充 I I 的减小）的减小）2 2、原因导体本身的电流变化，引起磁通量的变化原因导体本身的电流变化，引起磁通量的变化3 3、自感电动势和自感系数、自感电动势和自感系数E L反映电流变化的快慢反映电流变化的快慢自感系数自感系数 L L 决定于线圈的自身（长度、截面积、匝数、铁芯）决定于线圈的自身（长度、截面积、匝数、铁芯）自感电动势由自感电动势由 L L 和和 I I 的变化率共同决定的变化率共同决定单位：亨利单位：亨利1H1H10103 3 mH mH1mH1mH1010 3 3 H H自感现象只有在通过电路电流发生变化才会产生在判断电路性质时，一般分析方法是：当流过线圈L的电流突然增大瞬间，我们可以把L看成一个阻值很大的电阻；当流经L的电流突然减小的瞬间，我们可以把L看作一个电源，它提供一个跟原电流同向的电流图 2 电路中，当S 断开时，我们只看到A灯闪亮了一下后熄灭，那么S 断开时图 1 电路中就没有自感电流？能否看到明显的自感现象，It不仅仅取决于自感电动势的大小，还取决于电路的结构在图 2 电路中，我们预先在电路设计时取线圈的阻值远小于灯A的阻值，使 S 断开前，并联电路中的电流ILIR，S 断开瞬间，虽然L中电流在减小，但这一电流全部流过A灯，仍比 S 断开前A灯的电流大得多，且延滞了一段时间，所以我们看到A灯闪亮一下后熄灭，对图1 的电路，S 断开瞬间也有自感电流，但它比断开前流过两灯的电流还小，就不会出现闪亮一下的现象除线圈外，电路的其它部分是否存在自感现象？当电路中的电流发生变化时，电路中每一个组成部分，甚至连导线，都会产生自感电动势去阻碍电流的变化，只不过是线圈中产生的自感电动势比较大，其它部分产生的自感电动势非常小而已。2、自感现象的应用日光灯（1）启动器：利用氖管的辉光放电，起自动把电路接通和断开的作用（2）镇流器：在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象，起降压限流作用。3、日光灯的工作原理图如下：图中A镇流器，其作用是在灯开始点燃时起产生瞬时高压的作用；在日光灯正常发光时起起降压限流作用B是日光灯管，它的内壁涂有一层荧光粉，使其发出的光为柔和的白光；C是启动器，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装上两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片组成【例 7】如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（A、D）A合上开关 S 接通电路时，A2先亮A1后亮，最后一样亮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立即熄灭，A1过一会熄灭D断开开关 S 切断电路时，A1和A2都要过一会才熄灭四、针对练习1.穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟减少2Wb，则（AC）A线圈中感应电动势每秒增加2VB线圈中感应电动势每秒减少2VC线圈中无感应电动势D线圈中感应电动势保持不变2.如图，在匀强磁场中，有一接有电容器的导线回路，已知C=30F，L1=5cm，L2=8cm，磁场以 510 T/s 的速率均匀增强，则电容器C 所带的电荷量 C（-3.6Ns）4.如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接电阻为R，匀强磁场磁感强度为B，方向-2垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在导轨上滑行时，通过电阻的电流是（A）ABdv/(Rsin)BBdv/RCBdvsin/R DBdvcos/R5.如图所示，圆环a和b的半径之比R1R2=21，且是粗细相同，用同样材料的导线构成，连接两环导线的电阻不计，匀强磁场的磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a环置于磁场中与只有b环置于磁场中的两种情况下，AB两点的电势差之比为多少？（2：1）7.如图所示，电阻R和电感线圈L的值都较大，电感线圈的电阻不计，A、B是两只完全相同的灯泡，当开关 S 闭合时，下面能发生的情况是 DAB比A先亮，然后B熄灭 BA比B先亮，然后A熄灭CA、B一起亮，然后A熄灭 DA、B一起亮，然后B熄灭