2022年高三物理第一轮复习--电磁感应中的电路问题自感与涡流学案-新人教版 .pdf

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1、- 1 - 第三课时电磁感应中的电路问题自感与涡流【教学要求】1了解自感现象和涡流现象及在生活和生产中的应用；2掌握解决电磁感应中的电路问题的方法。【知识再现】一、电磁感应中的电路问题：1、在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流；将它们接上电容器，便可使电容器充电，因此电磁感应问题又往往跟电路问题联系在一起。2、解决这类问题，不仅要考虑电磁感应中的有关规律，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等，还要应用电路的有关规律，如欧姆定律、串联、并联电路电路的性质等。二、自感现象

2、1、自感现象由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。2、自感电动势在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势。3、自感现象的应用：日光灯电路、LC振荡电路等。4、自感现象的危害与防止：在切断自感系数很大、而电流又很强的电路瞬间形成电弧，必须采用特制的安全开关；精密线绕电阻为了消除使用过程中电流变化引起的自感现象，采用双线绕法。三、涡流涡流是电磁感应现象的一种，导体在磁场中运动或处于迅速变化的磁场中时，导体内部就出现像水中旋涡的感应电流，所以叫涡流。知识点一 自感现象自感现象作为一种特殊的电磁感应现象，是由于流过导体自身的电流的变化而引起的，由楞次定律知，产生的感应电动势自感

3、电动势又必将阻碍着电流的这一变化，正是由于这种阻碍，使得自感现象具备一个重要的特征：自感现象中引起自感电动势产生的电流变化，一般只能是逐渐变化而不可能发生突变。【应用 1】在如图中所示的电路中，A1和 A2是完全相同的灯泡，线圈L 的电阻可忽略，以下说法中正确的选项是 ) A、合上开关K接通电路时， A2先亮， A1后亮，最后一样亮B、 合上开关K接通电路时， A1和 A2始终一样亮C、 断开开关K切断电路时， A1和 A2都要经过一会儿才熄灭D、 断开开关K切断电路时， A2立即熄灭， A1过一会儿才熄灭导示： 选择 AC 。S闭合接通电路时，A2支路中的电流立即到达最大，由 于 线 圈 的

4、 自 感 作用， A1支路电流增加的慢，A1后亮 A1中的电流稳定后，线圈的阻碍作用消失， A1与 A2并联，亮度一样。S断开时， L 和 A1、A2组成串联的闭合回路， A1和 A2亮度一样， 由于 L 中产生自感电动势阻碍L 中原电流的消失，使 A1和 A2过一会才熄灭。重点突破名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 2 - 要判断灯泡的发光情况，必须分析在两种情形下流经两灯泡的电流特点，而分析电流特点，首先必须

5、抓住此题的关键所在，线圈L 在 K 接通和断开时所起的作用，即接通K 时，线圈L 要“阻碍”它所在支路电流的增大，当断开K 时，自感电动势充当电源“补偿”支路中电源的减小，再就是要明确开关K 通断时整个电路的结构，这样即可分析出正确结果。【应用 2】 如下图的电路中，S 闭合时流过电感线圈的电流是2 A，流过灯泡的电流是1 A，将 S突然断开，则 S断开前后，能正确反映流过灯泡的电流I 随时间 t 变化关系的是以下图中的导示： 将 S 突然断开时，在线圈中要产生自感电动势，方向与原来电流方向相同，这时流过灯泡的电流方向与原来电流方向相反，大小2A逐渐减小。故选择D。知识点二 涡流【应用 3】如

6、图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币，试根据示意图探究其工作原理。导示： 当硬币投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A 处，以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内电脑芯片所认可的范围内，支持物A 下降，硬币沿斜面滚下。当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导致速度减小。当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在电脑中的标准值比较。如果速度适当，开关 B就打开，硬币被接受；否则开关C打开，硬币进入拒绝通道。类型一 电磁感应中的电路问题解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电路图，将感应电动势等效于电源电方法探究名师资料总结 - - -精品资

7、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 3 - 动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于内电阻，求电动势要用电磁感应定律，其余问题为电路分析及闭合电路欧姆定律的应用。解此类问题的基本思路是：明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源。正确分析电路的结构，画出等效电路图。结合有关的电路规律建立方程求解。【例 1】 2007 年高考天津理综卷24 两根光滑的长直金属导轨M N 、M N平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计， M 、

8、M 处接有如下图的电路。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a b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。a b在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在a b 运动距离为s 的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q。求：1a b运动速度v的大小；2电容器所带的电荷量q。导示：1设 a b 上产生的感应电动势为E ，回路中的电流为I，a b 运动距离s 所用时间为t，则有E = B lv；I=E/4R； t=s/v 所以，tRIQ42由上述方程得slBQRv2242设电容器两极板间的电势差为U，则有 U = IR电容器所带电荷量

9、q =C U解得BlsCQRq。类型二 自感现象与电路的综合问题【例 2】 赣榆县教研室08 年期末调研 利用气体自激导电发光的霓虹灯，加上 80V以上的电压才会点亮，利用图1 所示的电路，可以短时间内点亮霓虹灯。已知蓄电池电动势为6V，内阻为5；线圈电阻为35；电路中线圈以外回路的电感忽略不计。先将开关闭合，经过一段时间，回路中电流为一定值；再断开开关，霓虹灯短时间内点亮。霓虹灯的I-U特性图线如图 2 所示。试求：开关线圈A B + - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

10、 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 4 - 1闭合开关后，电路中的稳定电流值；2断开开关，线圈中瞬时电流保持不变，流过霓虹灯的电流方向；3断开开关瞬时，线圈产生的感应电动势。导示：1由E=IRr得)355(6)(rREIA= 2此时电流从B到 A流经霓虹灯3断开开关瞬时，线圈中电流保持I=不变，从霓虹灯I-U图线可知，此时霓虹灯两端的电压为U1100V；而此时线圈电阻获得的电压U2=Ir所以，断开开关时线圈产生的感应电动势为U=U1U2。1 泰州市08 届高三联考热身训练电子感应加速器是加速电子装置。它的主要部分如图甲所示。划斜线区域为电磁铁的两极，在其间隙中安放

11、一个环行真空室。电磁铁中通以频率约几十赫兹的强大交变电流，使两极间的磁感应强度B 往返变化，从而在环行室内感应出很强的涡旋电场。用电子枪将电子注入环行室，它们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆轨道运动如图乙所示。假设磁场随时间变化的关系如图丙所示，则可用来加速电子的Bt 图象中A第一个1/4 周期 B第二个 1/4 周期C第三个1/4 周期 D第四个 1/4 周期2如下图是日光灯的结构示意图，假设按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，以下表达中正确的选项是( ) AS1接通， S2、S3断开，日光灯就能正常发光BS1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光CS3断

12、开，接通 S1、S2后，再断开S2，日光灯就能正常发光D当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光3、如下图， abcd 是由粗细均匀的电阻丝制成的矩形线框水平放置，导体 MN有电阻，其电阻大小与ab 边电阻大小相同，可在ab 边及 dc 边上无摩擦滑动，且接触良好。匀强磁场图中未画出垂直于线框平面，当MN在水平拉力作用下由紧靠ad 边向 bc边匀速滑动的过程中，以下说法中正确的选项是I/A U/V 0 20 40 60 80 100 120 成功体验名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

13、- - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - - 5 - AMN中电流先减小后增大BMN两端电压先减小后增大C作用在MN上的拉力先减小后增大D矩形线框中消耗的电功率先减小后增大4、( 盐城市2007/2008学年度高三年级第一次调研考试) 两金属棒和三根电阻丝如图连接, 虚线 框 内 存 在均匀变化的匀强磁场，三根电阻丝的电阻大小之比R1:R2:R3=1：2：3，金属棒电阻不计。当S1、S2闭合 ， S3断开时，闭合的回路中感应电流为I，当 S2、S3闭合，S1断开时，闭合的回路中感应电流为5I，当 S1、S3闭合， S2断开时，闭合的回路中感应电流是A0 B

14、3I C6I D7I4、江苏省 2008 年高考物理全真模拟卷光滑水平导轨宽Llm， 电阻不计，左端接有“6V 6W”的小灯导轨上垂直放有一质量m205kg、电阻 r 2 欧的直导体棒，导体棒中间用细绳通过定滑轮吊一质量为M 1 kg 的钩码，钩码距地面高h2m ，如下图整个导轨处于竖直方向的匀强磁场中， 磁感应强度为 B2T释放钩码， 在钩码落地前的瞬间，小灯刚好正常发光。不计滑轮的摩擦，取g10m s2 。求：1钩码落地前的瞬间，导体棒的加速度；2在钩码落地前的过程中小灯泡消耗的电能；3在钩码落地前的过程中通过电路的电量答案： 1、A 2、C 3、ACD 4 、D 5、 1a=/s ； 2E灯=6J； 3q= 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -