第十一章 第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流公开课.docx
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1、法拉第电磁感应定律、自感和涡流【目标要求】1.理解并应用法拉第电磁感应定律2会计算导体棒切割磁感线产生的感应电动 势.3.了解自感现象、涡流、电磁驱动和电磁阻尼.考点一法拉第电磁感应定律的理解及应用【基础回扣】.感应电动势感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势.产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关.方向判断:感应电动势的方向用援次定律或右手定那么判断.1 .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,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.(2)公式:石=/第,其中为线圈匝数.F感应电流与感应电动势的关系:,=西二.(4)说明:的大小与、无美,决定于磁通量的变化
2、率笔.【技巧点拨】1.当仅由B的变化引起时,E=i等,其中S为线圈在磁场中的有效面积.假设B=B02.当。仅由S的变化引起时,E=建.3.当B、S同时变化时,那么=B2s2BSi / NBbS4.假设一f图像,那么图线上某一点的切线斜率为Ar考向1 判断感应电动势的方向、大小 【例1】(多项选择)(2018全国卷m20)如图1(a),在同一平面内固定有一长直导线尸。和一导线框R, H在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i, i的变化如图(b)所示,规定从。到P为电流6.(电磁阻尼)(2017全国卷I18)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品外表原子尺度上的形 貌.为了有效隔离外界振动对ST
3、M的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装假设干对紫铜 薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图13所示.无扰动时,按以下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左右振动的衰减最有效的方案是()、营STM扫描头接,2t 2ctABCD答案A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,在磁场中的局部有时多有时少,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
4、中,只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流,而上下振动无感应电流产生,应选 项A正确,B、C、D错误.课时精练立双基巩固练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, 以下表述正确的选项是()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答案C.(2020.北京市朝阳区二模)磁电式仪表的基本组成局部是磁体和线圈.缠绕线圈的骨架常用 铝框,铝框、指针固定在同一转轴上.线圈未通电时,指针竖直指在表盘中央;线圈通电时 发生转动,指针随之偏转,由此就
5、能确定电流的大小.如图1所示,线圈通电时指针向右偏 转,在此过程中,以下说法正确的选项是( )一指针图1A.俯视看线圈中通有逆时针方向的电流B.穿过铝框的磁通量减少C.俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流D.使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处答案D解析 由左手定那么可知,俯视看线圈中通有顺时针方向的电流,选项A错误;因为线圈在水 平位置时磁通量为零,那么线圈转动时,穿过铝框的磁通量增加,根据楞次定律可知,俯视看 铝框中产生逆时针方向的感应电流,选项B、C错误;当铝框中产生感应电流时,铝框受到 的安培力与运动方向相反,故起到了阻尼作用,那么使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在 某一刻
6、度处,故D正确.2 .(多项选择)电吉他中电拾音器的基本结构如图2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,以下说法正确的有 ()图2A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作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答案BCD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;假设取走磁体,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 卜常工作,B项正确;由=叼可知,C项正确;弦振动过程中,穿过线圈的磁通量大小不
7、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.4 .三个相同的金属圆环内存在着不同的有界匀强磁场,虚线表示环的某条直径,所有磁场的磁感应强度随时间变化关系都满足磁场方向如图3所示.测得A环内感应电流强度为/,那么5环和C环内感应电流强度分别为()图3A. Ib=I,7c=0C. Ii3=219 IC=2IB. Ib=I,7c=0C. Ii3=219 IC=2IC. Ib=I,Ic=2ID. Ib=2I, Ic=Q答案D 解析 C环中穿过圆环的磁感线完全抵消,磁通量为零,保持不变,所以没有感应电流产生,即/c=o.根据法拉第电磁感应定律得片=笑=笑S=kS, S是有效面积,可得E
8、s,所以A、 8中感应电动势之比& : Eb=1 : 2,根据欧姆定律得加=2 = 2/,选项D正确.5 .如图4所示,在庆祝反法西斯胜利70周年阅兵盛典上,我国预警机“空警一2000”在通 过天安门上空时机翼保持水平,以4.5X102 km/h的速度自东向西飞行.该机的翼展(两翼尖 之间的距离)为50 m,北京地区地磁场的竖直分量向下,大小为4.7X10-5 T,那么( )图4A.两翼尖之间的电势差为2.9VB.两翼尖之间的电势差为LI VC.飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高D.飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低答案c解析 飞机的飞行速度为4.5X102 km/h =125 m/s,飞
9、机两翼尖之间的电动势为E=Blv= 4.7X 10-5X50X 125 V0.29 V, A、B项错误;飞机从东向西飞行,磁场竖直向下,根据右 手定那么可知,飞机左方翼尖的电势高于右方翼尖的电势,C项正确,D项错误.6 .(多项选择)如图5所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟, 杯内的水沸腾起来.假设要缩短上述加热时间,以下措施可行的有()A.增加线圈的匝数B.提高交流电源的频率C.将金属杯换为瓷杯D.取走线圈中的铁芯答案AB解析 当电磁铁接通交流电源时,金属杯处在变化的磁场中产生涡流发热,使水温升高.要 缩短加热时间,需增大涡流,即增大感应电动势或减小电阻.增加
10、线圈匝数、提高交流电源 的频率都是为了增大感应电动势,瓷杯不能产生涡流,取走铁芯会导致磁性减弱,应选项A、 B正确,选项C、D错误.7 .(多项选择)(2019山东青岛市质检)如图6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,以下说法中正确的选项是()L A1A?-S1 卜 41L1 1图6A.闭合开关S接通电路时,A2始终比Ai亮.闭合开关S接通电路时,A2先亮,Ai后亮,最后一样亮C.断开开关S切断电路时,A2先熄灭,A过一会儿才熄灭D.断开开关S切断电路时,Ai和A2都要过一会儿才熄灭答案BD解析闭合开关S接通电路,A2立即亮,线圈对电流的增大有阻碍作用,所以通过A
11、i的电 流慢慢变大,最后两灯泡的电压一样大,所以一样亮,故A错误,B正确;断开开关S切断 电路时,线圈对电流的减小有阻碍作用,相当于电源,与A和A2串联,所以两灯泡都要过 一会儿才熄灭,故C错误,D正确.8. (2020.浙江杭州市一模)用导线绕一圆环,环内有一用同样导线折成的内接正方形线框,圆 环与线框绝缘,如图7甲所示.圆环的半径R=2m,导线单位长度的电阻力=0.2Q/m.把它 们放在磁感应强度为8的匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面(纸面)向里.磁感应强度B 随时间/变化如图乙所示,求:X X X X XX X X X X甲正方形线框产生的感应电动势;(2)在02.0 s内,圆环产生的
12、焦耳热;假设不知道圆环半径数值,在02.0s内,圆环中的电流与正方形线框中的电流之比.答案 4 V (2)31.75 J (3)72解析正方形线框的面积为S=2R根据法拉第电磁感应定律得:NB1.5 0.59e=a75=o-X2X2 V=4V-(2)圆环面积为S =jiR2,圆周长为L=2兀R, 圆环的电阻为:rf =27r/?ro=2X3.14X2XO.2 Q2.5 Q 根据法拉第电磁感应定律得:1.5-0.5?n XkX22V6.3 V 乙 V/在02.0s内,圆环产生的焦耳热为:ErQ=/=2J正方形线框中的电流为:2/?2一厂”初函0圆环中的电流为:I1 = =T7*9rv圆环中的电流
13、与正方形线框中的电流之比:=y2.切能力提升练9.如图8,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上.当金属框绕。边以角速度切逆时针转动时,。、仄c三点的电势分别为外、外、q)c,金属框中无电流B.(Pb9c,金属框中电流方向沿afbfcaUbc=于t%,金属框中无电流C. Uhc=Bl2co,金属框中电流方向沿Ldf。答案C解析穿过金属框的磁通量始终为零,没有发生变化,故金属框中无电流,B、D项错误; 儿边切割磁感线的等效速度为斗叱 根据右手定那么知gVWc,故以=一/%,C项正确; GC边切割磁感线,根据右手定那么得的外,A项错误.10.(多项选择)(
14、八省联考湖北11)如图9所示,在MN右侧区域有垂直于纸面向的匀强磁场,其磁 感应强度随时间变化的关系为3=比(人为大于零的常量).一高为电阻为R的正三角形金 属线框向右匀速运动.在1=0时刻,线框底边恰好到达MN处;在时刻,线框恰好完 全进入磁场.在线框匀速进入磁场的过程中( )图9A.线框中的电流始终为逆时针方向B.线框中的电流先逆时针方向,后顺时针方向C.,=彳1寸刻,流过线框的电流大小为笠誓D.时刻,流过线框的电流大小为耳誓L1 Z.K答案AD解析 由右手定那么和楞次定律可知动生电动势和感生电动势均为逆时针,故感应电流为逆时 针,A正确,B错误;线框匀速进入磁场过程中,设正三角形金属线框
15、边长为L,那么L=,芸时刻,B=k* 切割长度Z/ =4=$,线框匀速进入磁场的速度。=3,那么动生电动势 Ei=BL,此时感生电动势 12=ka2,,=,时v_zZ-XI i, 4Ji1乙刻,刻,C错误,D正确.0一 l r E1 + E2 5yi3ka2 流过线框的电流大小为1=p = 1 0 nK1IL (2019安徽蚌埠市第三次质量检测)如图10所示,某小组利用电流传感器(接入电脑,图中 未画出)记录灯泡A和自感元件L构成的并联电路在断电瞬间各支路电流随时间的变化情况, 人表示小灯泡中的电流,2表示自感元件中的电流(开关S闭合时那么以下图像中正 确的是()答案C解析 当开关S断开后,自
16、感元件与灯泡形成回路,自感元件阻碍自身电流变化,自感元件 产生的感应电流仍沿着原来方向,大小从,2开始不断减小,灯泡的电流反向,大小与自感元 件电流相等,故C正确,A、B、D错误.12.(多项选择)如图11所示,光滑水平面上存在有界匀强磁场,磁感应强度为 以 质量为相、边长 为a的正方形线框ABCD斜向右上穿进磁场,当AC刚进入磁场时的速度为V,方向与磁场 边界成45。角,假设线框的总电阻为R,贝1()图11A.线框穿进磁场过程中,框中电流的方向为DCB4AC刚进入磁场时线框中的感应电流为噂丝 AB. AC刚进入磁场时线框所受安培力为、一3C. 4c刚进入磁场时DC两端电压为答案CD解析 线框
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