法拉第电磁感应定律 楞次定律自感 涡流公开课.docx
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1、第九章 电磁感应、交流电、电磁波课时1法拉第电磁感应定律楞次定律 自感涡流【内容与要求】知识内容考试要求必考加试1.电磁感应现象b2 .楞次定律C3.法拉第电磁感应定律d4.电磁感应现象的两类情况b5.互感和自感b6.涡流、电磁阻尼和电磁驱动b【考点与典例】考点L电磁感应现象(1)电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做 电磁感应.(2)产生感应电流的条件:表述1:闭合电路的一局部导体在磁场内做切割磁感线运动.表述2:穿过闭合电路的磁通量发生变化.3.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能.说明:判断流程:(1)确
2、定研究的闭合电路.(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量.少不变一无感应电流(3)5 (回路闭合,有感应电流变化不闭合,无感应电流,但有感应电动势典例1图 9-1-1如图9-1-1所示,一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中,以下做法中能使圆盘中产 生感应电流的是()A.圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动B.圆盘以某一水平直径为轴匀速转动C.圆盘在磁场中向右匀速平移D.匀强磁场均匀增加答案:BD考点2.感应电流方向的判断(1)楞次定律:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.(2)右手定那么:如图9-1-2伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同让磁感线从掌心
3、进入,并使拇指指向导体运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向.解析:闭合瞬间,4所在支路没有阻抗,4立刻亮起来,所在支路存在自感线圈,会产生阻碍原电流增加的感应电流,4 逐渐亮起来,A错误B正确;因为刚开始调节可变电阻R,使它们都正常发光,所以再次断开开关,重新闭合开关稳定后,两灯泡仍能正常发光,即两灯泡两端的电压相同=U 因为两个支路是并联的,所以=U r+UA,所以 /V)/ijLKA5 =Ur, c正确d错误; LK14.如图9-1-21所示,在一固定水平放置的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁,从离地面高力处,由静止开始下落,最后落在水平地面上.磁铁下落过程中始终保持竖直方向,并
4、从圆环中心穿过圆环,而不与圆环接触.假设不计空气阻力,重力加速度为g,以下说法中正确的选项是()A.在磁铁下落的整个过程中,圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)B.磁铁在整个下落过程中,所受线圈对它的作用力先竖直向上后竖直向下C.磁铁在整个下落过程中,它的机械能不变D.磁铁落地时的速率一定等于答案:A 解析:当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针,当条形磁铁 远离圆环时,穿过圆环的磁通量减小,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针,A正确;根据楞次定律的推论 “来拒去留”原那么,可判断磁铁在整个下落过程中,所受圆环对
5、它的作用力始终竖直向上,B错误;磁铁在整个下落过程中, 由于受到磁场力的作用,磁铁的机械能不守恒,C错误;假设磁铁从高度力处做自由落体运动,其落地时的速度为v=个2gh , 但磁铁穿过圆环的过程中要产生一局部电热,根据能量守恒定律可知,其落地速度一定小于J2g/z , D错误能力提高15.如图9-1-22所示为一种早期发电机的原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称。当磁极绕转轴匀速转动时,磁极中心在线圈平面上的投影沿 圆弧MOP运动(0是线圈的中心)。在磁极的投影从M点运动到P点的过程中(A.流过电流表的电流由尸指向石B.流过电流表的电流
6、先增大再减小C.流过电流表的电流先减小再增大D.流过电流表的电流先增大再减小,然后再增大、再减小答案:D 解析:在磁极绕转轴从M到。匀速转动时,穿过线圈平面的磁场方向向上,磁通量增大,根据楞次定律可知线圈中产生顺 时针方向的感应电流,电流由产经G流向;在磁极绕转轴从。到P匀速转动时,穿过线圈平面的磁场方向向上,磁通量 减小,根据楞次定律可知线圈中产生逆时针方向的感应电流,电流由E经G流向 故A错误.根据导线切割磁感线产生感应电动势公式从M到。运动时,可知当磁铁运动时线圈处的磁感应强度先增后减,可知感应电动势先增加后减 小、那么电流先增大再减小;从0到户运动时,线圈处的磁感应强度先增后减可知感应
7、电动势先增加后减小,电流也先增大再减小,故故整个过程中电流先增大再减小,然后再增大、再减小,故BC错误、D正确.应选:D.16.半径为一带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图9-1-23甲所示。有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图9-1-23乙所示。在仁。时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为夕的静止微粒,那么以下说法正确的选项是()A.第2秒内上极板为正极B.第3秒内上极板为负极C.第2秒末微粒回到了原来位置D.第3秒末两极板之间的电场强度大小为0.22 Id 答案:A 解析:12s
8、内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带正电,金属板下极板带负电,选项A正确;23s内情况:由楞次 定律可知,金属板上极板带正电,金属板下极板带负电;故B错误;假设粒子带负电,那么在12s内粒子所受电场力方向竖直向上而向上做匀加速运动.那么在23s内粒子所受电场力方向竖直向 下而向上做匀减速运动.故第2秒末微粒不能回到了原来位置,选项C错误;2两极板间的电场强度大小 =且=&= ,初,故D错误;应选A. d d - A? d(a )( b )图 9-1-2417.如图9-l-24(a)所示,一个电阻值为R,匝数为的圆形金属线圈与阻值为 2R的电阻R连接成闭合回路.线圈的半径为n在线圈中半径为n的
9、圆形区 域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系 图线如图9l.24(b)所示.图线与横、纵轴的截距分别为m和斯.导线的电阻 不计.求。至九时间内:(1)通过电阻凡上的电流大小和方向;(2)通过电阻Ri上的电荷量q及电阻/?i上产生的热量.答案:骞1方向由到(2)(2)3Rto9R而18. f=0时,磁场在xQy平面内的分布如图9125所示,其磁感应强度的大小均为Bo,方向垂直于xOy平面,相邻磁场区 域的磁场方向相反,每个同向磁场区域的宽度均为/小整个磁场以速度U沿X 轴正方向匀速运动.假设在磁场所在区间内放置一由n匝线圈组成的矩形线框 abed,线框的be边平行于
10、x轴.bc=Ls ab=L, Lb略大于Io,总电阻为R, 线框始终保持静止.求:线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小;图 9-1-25图 9-1-25(2)线框所受安培力的大小和方向.答案:(1)28回 警勤 (2)4手” 方向沿x轴正方向 解析:(1)线框相对于磁场向左做切割磁感线的匀速运动,切割磁感线的速度大小为v,任意时刻线框中总的感应电动势大小E=2nBoLv口 7 ,1 , * 2nBoLv 导线中的电流大小/= nK(2)线框所受安培力的大小F=2BoLI=包写包由左手定那么判断,线框所受安培力的方向始终沿x轴正方向.(3)楞次定律的推广应用对楞次定律中“阻碍”的含义可以推
11、广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因:也阻碍原磁通量的变化“增反减同”;a阻碍相对运动“来拒去留”;3使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”;4阻碍原电流的变化(自感现象)一“增反减同说明:(1)零次定律适用于所有的电磁感应现象;(2)右手定那么是楞次定律的一个推论,适用于导体棒切割产生感应电流.(3)楞次定律的使用步骤:明确研 究对象 是哪一 个闭合 回路据次律根楞定据手那么根右定判断感应电流磁场方向判断感应电流方向典例2长直导线中通以大小和方向都随时间做周期长直导线与矩形线框Hcd处在同一平面中静止不动,如图913甲所示.性变化的交流电:i=/msinK i/图象如图9-1.3乙
12、所示.规定沿长直导 线方向上的电流为正方向.关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方 向,以下说法正确的选项是()A.由顺时针方向变为逆时针方向B.由逆时针方向变为顺时针方向C.由顺时针方向变为逆时针方向,再变为顺时针方向D.由逆时针方向变为顺时针方向,再变为逆时针方向解析:当长直导线中电流变大时候矩形线框中的磁场随之变大,反之亦然;根据楞次定律在。T/4时间段,线框中有逆时 针方向的感应电流,在T/43T/4时间段,线框中有顺时针方向的感应电流;在3T/4T时间段,线框中有逆时针方向的 感应电流,故D正确。答案:D典例3如图9-1-4所示,在能够绕竖直轴自由转动的横杆两端,固定着4、B两个铝
13、环,其中铝环A闭合,8不闭合,贝ij()图 9-1-4图 9-1-4A.当条形磁铁插入4环时,A环中产生感应电流同时远离磁铁B.当条形磁铁插入A环时,A环中产生感应电流同时靠近磁铁C.当条形磁铁插入B环时,8环中产生感应电流同时远离磁铁D.当条形磁铁插入8环时,3环中产生感应电流同时靠近磁铁解析:当条形磁铁插入A环时,穿过A环的磁通量增加,在A环中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加,故使得A 环向远离磁铁的方向运动,选项A正确,B错误;当条形磁铁插入B环时,由于B环不是闭合的线圈,故在B环中不会产 生感应电流,磁铁也不会对线圈有力的作用,应选项CD错误;应选A.答案:A考点3.法拉第电磁感
14、应定律(1)法拉第电磁感应定律内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比.公式:石=等.(2)导体切割磁感线的情形运动速度u和磁感线方向垂直,那么E=Blv.运动速度u和磁感线方向平行时:E=0一 1导体棒在磁场中转动: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E=Bl v =2 (平均速度等于中点位置线速度5).说明:(1)回路某段时间内平均电动势一般用E=/r歹求解,而瞬时电动势一般用求解.(2)用公式=崂求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积.(3)对于磁通量的计算,一般有两种情况:回路与磁场垂直的面积S不变,磁感应强度发生变化,
15、那么=A8S.此时对应感生电动势此式中的等叫 磁感应强度的变化率,等于3,图象切线的斜率.假设普是恒定的,即磁场是均匀变化的,那么产生的感生电动势就是 恒定的.A G磁感应强度B不变,回路与磁场垂直的面积发生变化,那么AG=BAS.此时对应动生电动势七=吟,AS的变化是由* 局部导体切割磁感线所致.典例4图 9-1-5一般在微型控制电路中,由于电子元件体积很小,直接与 电源连接会影响电路精度,所以采用“磁”生电”的方法来提供大 小不同的电流。在某原件工作时,其中一个面积为S=4xl(?4m2, 匝数为10匝,每匝电阻为0.02Q的线圈放在匀强磁场中,磁场 方向垂直于线圈平面,磁感应强度大小B随
16、时间,变化的规律如 图9-1-5所示。求(1)在开始的2s内,穿过单匝线圈的磁通量变化量;(2)在开始的3s内,线圈产生的热量;(3)小勇同学做了如右图的实验:将并排在一起的两根 线分开,在其中一根 线旁边铺设一条两端分别与耳机连接 的导线,这条导线与 线是绝缘的,你认为耳机中会有电信号吗?写出你的观点,并说明理由。解析:(1)磁通量变化量=与$2旦 =(鸟耳)S= 1.6xl(y3wb; (2)根据磁通量的变化 将该过程分为两局部,在Is到2s时线圈内的感生电动势为E =9= 10Ei, 4端为正B. EEi,。端为正C. EiE2, 端为正D. EiE2, 端为正解析:当铜棒下落距离为0.
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