2021江苏高考物理一轮课件: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2讲法拉第电磁感应定律、自感和涡流大一轮复习讲义随堂巩固练随堂巩固练过好双基关过好双基关研透命题点研透命题点内容索引NEIRONGSUOYIN课 时课 时 精 练精 练过好双基关011.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.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律一一磁通量楞次定律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.磁通量的变化率(3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路的欧姆定律,即I .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;Blv自测1 1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自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动二二1.自感现象(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.电流(3)自感系数L的影响因素:与线圈的 、
3、形状、 以及是否有铁芯有关.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运动起来.变化磁通量阻碍感应电流自测2 2 (多选)(2016江苏卷6)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
4、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化,D项正确.02研透命题点对法拉第电磁感应定律的理解及应用对法拉第电磁感应定律的理解及应用高考热点讲透练熟命题点一命题点一1. 1.感应电动势感应电动势求解的“四种”情形情景图 研究对象回路(不一定闭合)一段直导线
5、(或等效成直导线)绕一端垂直匀强磁场匀速转动的一段导体棒绕与B垂直的轴匀速转动的导线框表达式EBLvsin ENBSsin t(从中性面位置开始计时)2. 2.解题技巧解题技巧例1 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中的感应电动势图图2变式变式1 1(2019安徽蚌埠市第二次质检)同一平面内固定有一长直导线PQ和一带缺口的刚性金属圆环,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于圆环所在平面固定放置的平行金属板MN连接,如图3甲所示.导线PQ
6、中通有正弦交变电流i,i的变化如图乙所示,规定从Q到P为电流的正方向,则在12 s内图图3A.M板带正电,且电荷量增加B.M板带正电,且电荷量减小C.M板带负电,且电荷量增加D.M板带负电,且电荷量减小解析在12 s内,穿过金属圆环的磁场垂直于纸面向里,磁感应强度变小,穿过金属圆环的磁通量变小,磁通量的变化率变大;假设环闭合,由楞次定律可知感应电流磁场与原磁场方向相同,即感应电流磁场方向垂直于纸面向里,然后由安培定则可知感应电流沿顺时针方向,由法拉第电磁感应定律可知感应电动势增大,由此可知M板电势高,带正电,电荷量增加,故A正确,B、C、D错误.例2 2(2019江苏卷14)如图4所示,匀强磁
7、场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的面积S0.3 m2、电阻R0.6 ,磁场的磁感应强度B0.2 T.现同时向两侧拉动线圈,线圈的两边在t0.5 s时间内合到一起.求线圈在上述过程中(1)感应电动势的平均值E;图图2答案0.12 V磁通量的变化BS(2)感应电流的平均值I,并在图中标出电流方向;答案0.2 A电流方向见解析图代入数据得I0.2 A(电流方向见图);(3)通过导线横截面的电荷量q.答案0.1 C解析电荷量qIt代入数据得q0.1 C.变式变式2 2(2019江苏海门市、启东市联考)如图5所示,磁场中有两个正方形导体环a、b,磁场方向与导体环所在平面
8、垂直.磁感应强度B随时间均匀增大,两正方形边长之比为21,环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,不考虑两环间的相互影响.下列说法正确的是A.EaEb41,感应电流均沿逆时针方向B.EaEb41,感应电流均沿顺时针方向C.EaEb21,感应电流均沿逆时针方向D.EaEb21,感应电流均沿顺时针方向图图5导体切割磁感线产生感应电动势导体切割磁感线产生感应电动势命题点命题点二二高考热点讲透练熟1. 1.大小计算:大小计算:切割方式表达式垂直切割EBlv旋转切割(以一端为轴)说明(1)导体与磁场方向垂直;(2)磁场为匀强磁场.2. 2.方向判断: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
9、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.图图6类型1平动切割磁感线例3(2019江苏苏北三市期末)如图6所示,相距L的两平行金属导轨位于同一水平面上,左端与一阻值为R的定值电阻相连,一质量为m、阻值为r的导体棒放在导轨上,整个装置置于磁感应强度大小为B0、方向竖直向下的匀强磁场中.导体棒在水平外力作用下以速度v沿导轨水平向右匀速滑动.滑动过程中棒始终保持与导轨垂直并接触良好,导轨的电阻可忽略,棒与导轨间的动
10、摩擦因数为,重力加速度为g.求:(1)棒中电流I的大小;解析棒切割磁感线产生电动势为EB0Lv(2)水平外力F的大小;解析棒受力平衡,根据平衡条件可以得到:FmgF安,F安B0IL(3)当棒与定值电阻间的距离为d时开始计时,保持棒速度v不变,欲使棒中无电流,求磁感应强度B随时间t变化的关系式.解析棒中无电流,则回路磁通量不变,则:B0LdBL(vtd)变式变式3 3(2019江苏无锡一中期初)如图7所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L2 m,电阻r1 .有垂直abcd平面向下的匀强磁场,磁感应强度B1.5 T,定值电阻R14 ,R220 ,小灯泡L的额定功率和
11、额定电压分别为1.35 W和9 V.当导体棒MN水平向左匀速运动时,小灯泡L正常发光.导体棒MN运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,求:(1)理想电流表的示数;图图7答案0.45 A(2)导体棒MN两端的电压;答案11.4 V则干路中的电流为:II2IL0.6 A导体棒MN两端的电压为路端电压,大小为:UIR1UL11.4 V;(3)导体棒MN运动的速度大小.答案4 m/s解析感应电动势大小为:EUIr12 V,图图8类型2转动切割磁感线例4(2020安徽宣城市调研)边界MN的一侧区域内,存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于光滑水平桌面的匀强磁场.边长为l的正三角形金属线框abc粗细均匀,三边
12、阻值相等,a顶点刚好位于边界MN上,现使线框围绕过a点且垂直于桌面的转轴匀速转动,转动角速度为,如图8所示,则在ab边开始转入磁场的瞬间a、b两端的电势差Uab为变式4 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
13、电流在R上的热功率也变为原来的2倍图图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,故B对;1. 1.自感现象的四大特点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,但它不能使过程停止,更不能使过程反向.自感现象自感现象命题点命题点三三基础考点自主悟透2. 2.自感自感中“闪亮”与
14、“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图 通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流突然增大,然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2:若I2I1,灯泡逐渐变暗;若I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗.两种情况下灯泡中电流方向均改变例5 5某同学为了验证断电自感现象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E,用导线将它们连接成如图10所示的电路.检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽然多次重复,仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因.你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原
15、因是A.电源的内阻较大 B.小灯泡的电阻偏大C.线圈电阻偏大 D.线圈的自感系数较大图图10解析由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时熄灭的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流.由题图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路,与电源无关,故A错误;造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流,当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象,故B错误,C正确;自感系数越大,则产生的自感电动势越大,与灯泡是否闪亮无直接关系,故D错误.变式3 3(多选)(2019山东潍坊市二模)如图11所示,L是自感系数较大的线圈,其直流电阻可忽略不计,a、b、c是三个相同
16、的小灯泡,下列说法正确的是A.开关S闭合时,b、c灯立即亮,a灯逐渐亮B.开关S闭合,电路稳定后,b、c灯亮,a灯不亮C.开关S断开时,b、c灯立即熄灭,a灯逐渐熄灭D.开关S断开时,c灯立即熄灭,a、b灯逐渐熄灭图图10解析开关S闭合时,b、c灯立即亮,由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加,使得a灯逐渐亮,选项A正确;开关S闭合,电路稳定后,三灯都亮,选项B错误;开关S断开时,c灯立即熄灭,由于在L中产生自感电动势阻碍电流的减小,则电流将在L与a、b灯之间形成新的回路,使得a、b灯逐渐熄灭,选项D正确,C错误.涡流涡流 电磁阻尼和电磁驱动电磁阻尼和电磁驱动命题点命题点四四基础考点自主悟透电
17、磁阻尼电磁驱动不同点 成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流,从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流,从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反,阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同,推动导体运动能量转化导体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,最终转化为内能由于电磁感应,磁场能转化为电能,通过安培力做功,电能转化为导体的机械能,从而对外做功相同点两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动例6 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
18、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动的衰减最有效的方案是图图12解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化.在A图中,系统振动时,紫铜薄板随之上下及左右振动,在磁场中的部分有时多有时少,磁通量发生变化,产生感应电流,受到安培力,阻碍系统的振动;在B图中,只有紫铜薄板向左振动才产生感应电流,而上下振动无感应电流产生;在C图中,无论紫铜薄板上下振动还是左右振动,都不会产生感应电流;在D图中,只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流,而上下振动
19、无感应电流产生,故选项A正确,B、C、D错误.变式6 6(多选)(2019北京市东城区二模)如图13甲所示是工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图.其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的改变,从而获得物件内部是否断裂及位置的信息.如图乙所示是一个由带铁芯的线圈L、开关S和电源连接起来的跳环实验装置,将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中,闭合开关S的瞬间,套环将立刻跳起.对以上两个实例的理解正确的是图图13A.涡流探伤技术运用了电流的热效应,跳环实验 演示了自感现象B.能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料C.金属探伤时接的是交流电,跳环实验装
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