电磁感应、交变电流.ppt

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1、电磁感应、交变电流,青岛十七中高三物理集备组2008.12.17,高三物理专题复习研讨（九）,2008年考试说明的要求,考纲的解读: 电磁感应是电磁学中最重要的内容之一，其中，导体棒切割磁感线的问题是力、电综合的一个重要考点，与电量相关和与电热相关是 两大主力题型，能非常有效地考察过程与方法以及物理学科内的综合能力，因此是09年高考物理必考两道大题的热门候选。 感应电流的的产生条件，感应电流的方向的判定（楞次定律和右手定则），法拉第电磁感应定律的应用（特别是导体切割磁感线产生的感应电动势的有关问题）是重点的复习内容。 自感与涡流作为两类电磁感应现象让学生定性了解。,与过去的考纲比较： 自感现象

2、的要求明显的降低，自感系数的概念没有出现，只做一般了解即可。自感电动势不做定量的要求，不要再去讨论日光灯的工作原理。 涡流的要求加强说明高考更加注重物理学知识的应用。,与教学大纲比较： 考纲中没有区分动生电动势和感生电动势，这对电磁感应本质属性的要求降低了。（如感应电场与静电场不同，不要做过多的定量研究，否则，将颠覆学生一些已有的静电场的知识体系） 考纲中没有提出互感的问题，可以变压器为例让学生了解即可。,统计：4道选择题，7道计算题 计算题中基本全是导体棒切割磁感线的力、电结合问题,2007年全国各省市高考电磁感应试题,统计：选择题11道题，计算题6大题，而大题基本上都处于压轴题的位置，这足

3、以看出此内容的重要性。由于山东卷07和08连续两年考带电粒子在电磁场中的运动问题，因此，09年考电磁感应大题的可能性很大。,2008年全国各省市高考电磁感应试题,复习专题设置：1、电磁感应现象 楞次定律2、法拉第电磁感应定律3、电磁感应规律的综合应用4、 图象问题 自感现象,复习时间安排：10课时（包括单元检测）,电磁感应知识框架,电磁感应自主预习学案,专题一 电磁感应现象 楞次定律,一、磁通量疑点辨析：1定义式 公式中物理量的含义？2磁通量的正负号的理解？ 若穿过一个面的磁感线有来自相反方向的，怎样求磁通量？3如何用磁通量来描述磁感应强度？,【例1】在磁感应强度为B = 0.2T的匀强磁场中

4、，有一面积为S = 30cm2的矩形线框，线框平面与磁场方向垂直，这时穿过线框的磁通量为 Wb。若从图所示位置开始绕垂直于磁场方向的OO轴转过600角，这时穿过线框平面的磁通量为 Wb。从图示位置开始，在转过1800角的过程中，穿过线框平面的磁通量的变化为 Wb。,【训练1】如图所示，有一单匝矩形金属线框，条形磁铁垂直穿过其中心处，此时穿过矩形线框的磁通量为1，保持磁铁和线框的位置不变，将矩形线框变为圆形线框，让磁铁垂直穿过其圆心，此时穿过圆形线框的磁通量为2，则（ A ） A12 B12 C1=2 D不能比较,二、电磁感应现象1、产生电磁感应现象，是否必须有闭合电路？在一个物理过程中，是否发

5、生电磁感应现象不是看电路是否闭合或是否有磁通量，而是看该过程中磁通量是否发生变化。2、引起磁通量变化的因素有哪些？引起穿过闭合电路磁通量发生变化的可以是磁场强弱和方向变化、也可以是闭合电路的面积S变化、还可以是磁场与闭合电路的相对位置变化，当然还包括几种变化因素兼而有之。,【例2】如图所示，一带负电的粒子，沿一圆环导体的直径方向，在圆环表面匀速掠过，则（ A ）A圆环中没有感应电流B圆环中有顺时针方向的感应电流C圆环中有逆时针方向的感应电流D粒子靠近时有顺时针方向的感应电流，离开时则相反E粒子靠近时有逆时针方向的感应电流，离开时则相反,【训练2】如图所示，a、b是平行金属导轨，匀强磁场垂直导轨

6、平面，c、d是分别串有电压表和电流表金属棒，它们与导轨接触良好，当c、d以相同速度向右运动时，下列正确的是（ B ）A两表均有读数 B两表均无读数C电流表有读数，电压表无读数 D电流表无读数，电压表有读数,三、感应电流方向的判定楞次定律 1讨论楞次定律中“阻碍”的含义。 如果穿过所研究的闭合电路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；如果穿过所研究电路的磁场量减小时，感应电流的磁场与原磁场方同相同，可简记为“增反减同”。定律中的“阻碍”不仅有“反抗”的意思，还有“补偿”的含义。 “阻碍”不同于“阻止”。2、应用楞次定律的解题步骤（强化方法）3、楞次定律中的能量守恒 电磁感应现象中产生的

7、电能是由其他形式的能量转化而来的，如机械能转化为电能等。在这种转化中也必须遵循能量守恒定律。解释电磁感应现象中“来据去留”现象,【例3】如图，三角形线框与长直导线彼此绝缘，线框被导线分成面积相等的两部分，在M接通图示方向电流的瞬间，线框中感应电流的方向是（ C ）A无感应电流 BABCCCBA D条件不足，无法判断,【训练3】 2008高考（重庆卷）18.如题18图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左.FN先大于mg

8、后小于mg,运动趋势向左.FN先大于mg后大于mg,运动趋势向右.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右答案：D,4右手定则的应用适用范围：在电磁感应现象中“电源”正负极的判定： 判断电势高低时必须把产生感应电动势的导体（或线圈）看成电源，且注意在电源的内部感应电流从电势低处向电势高处流动，在电源的外部感应电流从电势高处向低处流动。 如果电路断路，无感应电流时，可假设电路闭合，先确定感应电流方向，再确定电势的高低。,【例4】 2008高考（宁夏卷）16.如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个最阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向

9、左滑动时，下列说法正确的是 A.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a B.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a C.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b D.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b答案：B,【训练4】图为地磁场磁感线的示意图。在北半球地磁场的竖直分量向下。飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变。由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为U1，右方机翼末端处的电势为U2，则（ AC ）A若飞机从西往东飞，U1比U2高B若飞机从东往西飞，U2比U1高C若飞机从南往北飞，U1比U2高D若飞机从北往南飞，U2比

10、U1高,小结 ： 产生感应电动势的那段导体相当于电源，电流的流向是从低电势到高电势的,5楞次定律的等效表述感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因：阻碍原磁通量的变化；阻碍导体相对运动；阻碍原电流的变化（自感）。,【例5】如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则（ AD ）At1时刻，N G Bt2时刻，N G Ct3时刻，NG Dt4时刻，N =G,一、电磁感应现象 楞次定律 课后练习,专题二、法拉第电磁感应定律,一、法拉第电磁感应定律,1、分析磁通量 、磁

11、通量的变化量 和磁通量的变化率 区别与联系。,类比于运动学中v、 ， 。,2、分析下面三个公式的适用情景,3、讨论电磁感应过程中的电量问题：,【例1】如图所示，一边长为L的正方形金属框，质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂在一个有界的磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外，磁场随时间均匀变化且满足Bkt规律已知细线所能承受的最大拉力T2mg，求从t0时刻起，经多长时间细线会被拉断,【例2】如图是一种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，线圈与测量电量的电表Q串联，当用双刀双掷开关K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Q表测

12、出该电荷电量为q，就可以算出线圈所在处的磁感强度B。已知测量线圈共有N匝，直径为d，它和Q表串联电路的总电阻为R，则被测处的磁感应强度B 。,【训练1】（2006全国）如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob（在纸面内），磁场方向垂直纸面朝里，另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：以速率v移动d，使它与ob的距离增大一倍；再以速率v移动c，使它与oa的距离减小一半；然后，再以速率2v移动c，使它回到原处；最后以速率2v移动d，使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、Q2、Q

13、3和Q4，则（ A ）A. Q1Q2Q3Q4 B. Q1Q22Q32Q4 C. 2Q12Q2Q3Q4 D. Q1Q2Q3Q4,二、导体切割磁感线产生感应电动势计算,1.导体切割磁感线产生感应电动势的大小：讨论L和v 等效值的把握。,2切割运动的若干图景：部分导体在匀强磁场中的相对平动切割,部分导体在匀强磁场中的匀速转动切割,闭合线圈在匀强磁场中转动切割,【例3】 如图所示，匀强磁场方向垂直于线圈平面，先后两次将线框从同一位置匀速地拉出有磁场。第一次速度v1 = v，第二次速度v2 = 2v，在先、后两次过程中（ A B ）A线圈中感应电流之比为1：2B线圈中产生热量之比为1：2C沿运动方向作用

14、在线框上的外力的功率之比为1：2D流过任一横截面的电量之比为1：2,思考：分析如果就单匝线圈和N匝线圈比较，计算感应电流、作用在线框上的外力、流过任一横截面的电量的计算公式的形式有何不同？,【训练2】用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示。在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是A UaUbUcUd B. UaUbUdUc C. Ua=UbUc=Ud D. UbUaUdUc,三、电磁感应现象的电路问题,讨论解决问题思路：1、找“电源”：在电磁感应现象中,有些问题往往可以归结为电路问题,在这

15、类问题中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路就相当于电源,这部分的电阻相当于电源的内阻。2、找外电路并分析电路连接方式： 除“电源”以外其余部分相当于外电路。解这类问题时，一般先画出等效电路图。3、然后应用电路的有关规律以及一些力学规律进行分析计算,【例4】如图所示，两个互连的金属圆环，粗金属环的电阻是细金属环电阻的二分之一。磁场垂直穿过粗金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在粗环内产生的感应电动势为E，则a、b两点间的电势差为（ C ）AE/2 BE/3 C2E/3 DE,【例5】（2006上海）如图所示，平行金属导轨与水平面成角，导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过

16、导轨平面有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F此时（ BCD ）A电阻R1消耗的热功率为Fv3B电阻 R2消耗的热功率为 Fv6C整个装置因摩擦而消耗的热功率为mgvcosD整个装置消耗的机械功率为（Fmgcos）v,思考：若将磁场方向 改为竖直向上，会给解题带来怎样的变化？,小结：电磁感应中的电路问题，实际上是电磁感应和恒定电流问题的综合题感应电动势大小的计算，方向的判定，以及电路的等效转化，是解决此类问题的关键,二、法拉第电磁感应定律 课后练习,专题三、电磁感应规律

17、的综合应用,一、电磁感应中的力学问题,电磁感应中通过导体的感应电流在磁场中又将受到安培力的作用，这就使得电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是：（1）用法拉第电磁感应定律或导体做切割磁感线运动时感应电动势公式确定感应电动势的大小，再用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向；（2）画出等效电路，磁通量发生变化的电路或切割磁感线的导体相当于电源，用闭合电路欧姆定律求出电路中的电流；（3）分析所研究的导体受力情况（包括安培力、用左手定则确定其方向）；（4）列出动力学方程或平衡方程并求解。常用动力学方程有：牛顿运动定律、动能定理、能量能守恒定律等。,【例1】（2005 上海）如

18、图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m，导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为R的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25求：(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若R2，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向(g=10ms2，sin370.6， cos370.8),4ms2 ,10m/s , 0.4T , 磁场方向垂直导轨平面向上,【例2】如图所示，P

19、、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中。一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。通过ab边的电流Iab是多大？导体杆ef的运动速度v是多大？,【训练1】 （北京卷）22（16分）均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上

20、方h处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时，（1）求线框中产生的感应电动势大小;（2）求cd两点间的电势差大小;（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件,EBL,二、电磁感应中的能量转化问题,1、电磁感应过程总是伴随着能量转化导体切割磁感线，磁场变化产生感应电流，则机械能（或其它形式的能）转化为电能；产生感应电流的导体在磁场中受到安培力作用运动或通过电阻发热，则电能又转化为机械能或内能。2、功是能量转化的量度。做功与能量转化的形式相对应：克服安培力做的功，数值上总是等于电路中转化的电能；合外力做

21、的功数值上总是等于物体动能的变化；重力做的功与重力势能的增量相等。 3、解题时要从能量转化的观点出发，结合动能定理、能量守恒定律、功能关系来分析导体的动能、势能、电能、内能等能量的变化，建立相关的方程。,【例3】两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨的电阻可忽略不计。斜面处在以匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。质量为m、电阻可不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升h高度。如图所示，在这过程中（ AD ）A作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热之和C恒力

22、F与安培力的合力所做的功等于零D恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上发出的焦耳热,【例4】天津卷两根光滑的长直金属导轨导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q。求：（1）ab运动速度v的大小；（2）电容器所带的电荷量q.,【训练2】 2008（全国卷2）24（19分）如图，一直导体棒质量为m、长为l、

23、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻（图中未画出）；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。,三、电磁感应规律的综合应用 课后练习,专题四、 图象问题 自感现象,一、电磁感应中的图象问题,电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t

24、变化的图象，有时还会涉及到感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象。 图象问题大致可分为两类: (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象； (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。 解这类问题需应用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律进行分析。,图像问题能很好的考察考生对概念的理解、规律的应用和过程的分析，能够形象的反映较复杂的问题，故成为命题的热点。,【例I】2008 （全国卷1）20.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，

25、下列各图中正确的是 D,要善于使用排除法配合解题,【例2】一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中，设向里为磁感强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向如图1所示已知线圈中感应电流I随时间变化的图像如图所示，则磁感强度B随时间变化的图像可能是图2中的（ CD ）,【训练1】如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdefa位于纸面内，框的邻边都互相垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t=0时刻开始，线框匀速很长两个磁场区域，以abcdef为线框中的电动势的正方向，以下四个关系示意图中正确的是(C

26、),电磁感应的 图像问题在高考中出现频繁，而且对概念理解能力的要求、对过程分析能力的要求都有越来越高的趋势。,2008（全国卷2）21 如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场； 一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直； 虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框在t=0时， 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正下列表示i-t关系的图示中，可能正确的是 C,2008（天津卷）25(22分)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如下模型，固定

27、在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为，最大值为B0，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v(v N2，N3N4 C甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表 D甲图中的电表是电流表，乙图中的

28、电表是电压表,【训练1】（2005广东）钳形电流表的外形和结构如图4（a）所示。图4（a）中电流表的读数为1.2A 。图4（b）中用同一电缆线绕了3匝，则（ C ）这种电流表能测直流电流，图4（b）的读数为2.4A这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为0.4A这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为3.6A这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图4（b）的读数为3.6A,二远距离输电,1、远距离输电中U损、P损的计算,【例4】某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6。（1）若采用380V输电，求输电线路损耗的功率。（2）若改用5000高压输电，用户端利用n1:n222：

29、1的变压器降压，求用户得到的电压。,16.62kW 226.18V,区分输送电压与输电线上损耗的电压,2、画出远距离输电示意图,由于远距离输电的问题中涉及物理量多，如果能将这些物理量标在输电示意图上，便于尽快把握题意，选出解法。,掌握远距离输电的五个环节,二、变压器 电能的输送课后练习,【训练2】发电站通过升压变压器，输电导线、和降压变压器把电能输送到用户，如果升、降压变压器都可以视为理想变压器（1）发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器原、副线圈的匝数比为125，求升压变压器的输出电压和输电线中电流（2）若输电导线中的电功率损失为总输电功率4，求输电线电阻和降压变压器原线圈两端电压（3）计算降压变压器的输出功率,（1）6250V，16A （2）15.6，6000V （3）96KW,二、变压器 电能的输送课后练习,