人教版高三物理一轮精品课件 9.2法拉第电磁感应定律 自感和涡流课件 新人教.ppt

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1、第第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流节法拉第电磁感应定律自感和涡流2021/8/9 星期一1一、感一、感应电动势1感应电动势：感应电动势：在在 中中产生的生的电动势产生感生感应电动势的那部分的那部分导体就相当于体就相当于电源源导体的体的电阻相当于阻相当于电源的源的 2感应电流与感应电动势的关系感应电流与感应电动势的关系遵守遵守闭合合电路欧姆定律，即路欧姆定律，即I .3感生电场与感生电动势、动生电动势感生电场与感生电动势、动生电动势(1)感生感生电场：磁：磁场变化化时在周在周围空空间激激发出的出的 (2)感生感生电动势：由：由 产生的感生的感应电动势叫做感生叫做感生电动势(3)动生生电动势：由

2、于：由于 而而产生的感生的感应电动势叫做叫做动生生电动势电磁感磁感应现象象内阻内阻电场感生感生电场导体运体运动2021/8/9 星期一2(1)感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二者产生机理感生电动势和动生电动势都属于感应电动势，但二者产生机理有所不同有所不同(2)在实际的感应电动势中，可能既有感生电动势，同时也有动生在实际的感应电动势中，可能既有感生电动势，同时也有动生电动势电动势2021/8/9 星期一3二、法拉第二、法拉第电磁感磁感应定律定律1内容：内容：电路中感路中感应电动势的大小，跟穿的大小，跟穿过这一一电路的磁通量的路的磁通量的 成正比成正比2公式：公式：，n为线圈匝数圈匝数

3、3导体切割磁感线产生的电动势导体切割磁感线产生的电动势(1)若若B、l、v相互垂直，相互垂直，则E .(2)E ，为导体的运体的运动方向与磁感方向与磁感线方向的方向的夹角角三、互感、自感和三、互感、自感和涡流流1互感现象互感现象两个互相靠近的两个互相靠近的线圈，当一个圈，当一个线圈中的圈中的电流流变化化时，它所，它所产生的生的变化化的的 会在另一个会在另一个线圈中圈中产生生 的的现象互感象互感现象可以把能量象可以把能量由一个由一个线圈圈传递到另一个到另一个线圈，圈，变压器就是利用器就是利用 现象制成的象制成的2自感现象自感现象由于通由于通过导体自身的体自身的 发生生变化而化而产生的生的电磁感磁

4、感应现象象变化率化率BlvBlvsin磁磁场感感应电动势互感互感电流流2021/8/9 星期一43自感电动势自感电动势(1)定义：在定义：在 现象中产生的感应电动势现象中产生的感应电动势(2)公式：公式：，其中，其中L叫自感系数，它与线圈的叫自感系数，它与线圈的 、形状、形状、以及是否有铁芯有关以及是否有铁芯有关自感系数的单位：是亨利自感系数的单位：是亨利(H)，1 mH H,1 H H.4涡流涡流当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生像当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生像 状的感应电流状的感应电流5电磁阻尼电磁阻尼当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到

5、安培力，安培力的方当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是向总是 导体的运动的现象导体的运动的现象6电磁驱动电磁驱动如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，使导体受到如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，使导体受到 的作用，的作用，使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动交流电动机就是利用交流电动机就是利用 的原理制成的的原理制成的自感自感大小大小匝数匝数103106水的旋水的旋涡阻碍阻碍安培力安培力安培力安培力电磁磁驱动2021/8/9 星期一5自感作用延缓了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含电感的电路相自感作用延缓

6、了电路中电流的变化，使得在通电瞬间含电感的电路相当于断路；断电时电感线圈相当于一个电源，通过放电回路将储存的当于断路；断电时电感线圈相当于一个电源，通过放电回路将储存的能量释放出来能量释放出来2021/8/9 星期一61关于关于电路中感路中感应电动势的大小，下列的大小，下列说法正确的是法正确的是()A穿穿过电路的磁通量越大，感路的磁通量越大，感应电动势就越大就越大B电路中磁通量的改路中磁通量的改变量越大，感量越大，感应电动势就越大就越大C电路中磁通量改路中磁通量改变越快，感越快，感应电动势就越大就越大D若若电路中某路中某时刻磁通量刻磁通量为零，零，则该时刻感刻感应电流一定流一定为零零答案：答案

7、：C2021/8/9 星期一72(2010年高考海南卷年高考海南卷)下列下列说法正确的是法正确的是()A当当线圈中圈中电流不流不变时，线圈中没有自感圈中没有自感电动势B当当线圈中圈中电流反向流反向时，线圈中自感圈中自感电动势的方向与的方向与线圈中原圈中原电流流的方向相反的方向相反C当当线圈中圈中电流增大流增大时，线圈中自感圈中自感电动势的方向与的方向与线圈中圈中电流的流的方向相反方向相反D当当线圈中圈中电流减小流减小时，线圈中自感圈中自感电动势的方向与的方向与线圈中圈中电流的流的方向相反方向相反解析：解析：由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电

8、流不变时，不产生自感电动势，自感电动势，A对；当线圈中电流反向时，相当于电流减小，线圈中自对；当线圈中电流反向时，相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B错；当线圈中电流增大错；当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，流的方向相反，C对；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减对；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向

9、相同，D错错答案：答案：AC2021/8/9 星期一83.在如在如图所示的所示的电路中，路中，线圈圈L的自感系数足的自感系数足够大，其直流大，其直流电阻忽略阻忽略不不计，A、B是两个相同的灯泡，下列是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是法中正确的是()AS闭合后，合后，A、B同同时发光且亮度不光且亮度不变BS闭合后，合后，A立即立即发光，然后又逐光，然后又逐渐熄熄灭CS断开的瞬断开的瞬间，A、B同同时熄熄灭DS断开的瞬断开的瞬间，A再次再次发光，然后又逐光，然后又逐渐熄熄灭解析：解析：线圈对变化的电流有阻碍作用，开关线圈对变化的电流有阻碍作用，开关S闭合时，闭合时，A、B串联，同串联，同时发光，

10、但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使A被短路，所以被短路，所以A错误、错误、B正确；开关正确；开关S断开时，线圈阻碍电流变小，产生自感电动势，使断开时，线圈阻碍电流变小，产生自感电动势，使A再次发光，然后又逐渐熄灭，所以再次发光，然后又逐渐熄灭，所以C错误、错误、D正确正确答案：答案：BD2021/8/9 星期一94.如如图所示，在所示，在竖直向下的磁感直向下的磁感应强强度度为B的匀的匀强强磁磁场中，有两根水平中，有两根水平放置、相距放置、相距L且足且足够长的平行金属的平行金属导轨AB、CD，在，在导轨的的A、C端端连接接一阻一阻值为R的的电阻，

11、一根垂直于阻，一根垂直于导轨放置的金属棒放置的金属棒ab，质量量为m，导轨和金属棒的和金属棒的电阻及它阻及它们间的摩擦不的摩擦不计，若用恒力，若用恒力F水平向右拉棒水平向右拉棒ab使之使之运运动，求金属棒，求金属棒ab的最大速度的最大速度2021/8/9 星期一102021/8/9 星期一11对法拉第法拉第电磁感磁感应定律的理解定律的理解 2021/8/9 星期一122021/8/9 星期一13 例例11半径为半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B0.2 T，磁场方向垂直纸面向里，半径为，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁的

12、金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中场与环面垂直，其中a0.4 m，b0.6 m，金属环上分别接有灯，金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为，两灯的电阻均为R02，一金属棒，一金属棒MN与金属与金属 环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计 (1)若棒以若棒以v05 m/s的速率在环上向右匀速滑动，的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑动到圆环直径求棒滑动到圆环直径OO的瞬时的瞬时(如图所示如图所示)，MN 中的电动势和流过灯中的电动势和流过灯L1的电流的电流 思路点拨思路点拨 求解此题时需注意以下两点：求解此题时需注意以下两点：(1)“金属棒金属棒MN滑

13、动到圆环直径滑动到圆环直径OO的瞬时的瞬时”，切割磁感线的有效长，切割磁感线的有效长度为磁场区域的直径度为磁场区域的直径(2)“以以OO为轴向上翻转为轴向上翻转90后后”，隐含着线圈的有效面积减小一半，隐含着线圈的有效面积减小一半2021/8/9 星期一14 答案答案(1)0.8 V0.4 A(2)1.28102W2021/8/9 星期一151一一导体体圆环的的电阻阻为4，半径，半径为0.05 m，圆 环平面垂直匀平面垂直匀强强磁磁场，如，如图所示放置磁感所示放置磁感应强强度度 为4 T，两根，两根电阻均阻均为2 的的导线Oa和和Ob，Oa固定，固定，a端端b端均与端均与环接触，接触，Ob以以

14、4 rad/s的角速度逆的角速度逆时针沿沿 圆环转动求：当求：当Ob的的b端从端从a端滑端滑过180时，通，通过导线Oa中的中的电流是流是多少？多少？2021/8/9 星期一16答案：答案：0.004 A2021/8/9 星期一17导体切割磁感线产生感应电动势的计算导体切割磁感线产生感应电动势的计算1导体平动切割磁感线导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式EBlv，应从以下，应从以下几个方面理解和掌握几个方面理解和掌握(1)正交性正交性本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是

15、匀强磁场外，还需B、l、v三者相互垂直实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进三者相互垂直实际问题中当它们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为行计算，公式可为EBlvsin，为为B与与v方向间的夹角方向间的夹角(2)平均性平均性导体平动切割磁感线时，若导体平动切割磁感线时，若v为平均速度，则为平均速度，则E为平均感应电动势，即为平均感应电动势，即Bl.(3)瞬时性瞬时性若若v为瞬时速度，则为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势为相应的瞬时感应电动势2021/8/9 星期一182021/8/9 星期一19在利用上述公式计算电动势时，要特别注意：先判定属于哪种情况，在利用上述公式计

16、算电动势时，要特别注意：先判定属于哪种情况，是否符合公式的使用条件是否符合公式的使用条件2021/8/9 星期一20 例例22金属杆金属杆MN和和PQ间距为间距为l，MP间接有电阻间接有电阻R，磁场如图所示，磁场如图所示，磁感应强度为磁感应强度为B.金属棒金属棒AB长为长为2l，由图示位置以，由图示位置以A为轴，以角速度为轴，以角速度匀匀速转过速转过90(顺时针顺时针)求该过程中求该过程中(其他电阻不计其他电阻不计)：(1)R上的最大电功率上的最大电功率(2)通过通过R的电量的电量 思路点拨思路点拨 解答本题时，可按以下思路分析：解答本题时，可按以下思路分析：2021/8/9 星期一21202

17、1/8/9 星期一222021/8/9 星期一232在范在范围足足够大，方向大，方向竖直向下的匀直向下的匀强强磁磁场中，中，B0.2 T，有一水，有一水平放置的光滑框架，平放置的光滑框架，宽度度为L0.4 m，如，如图所示，框架上放置一所示，框架上放置一质量量为0.05 kg、电阻阻为1 的金属杆的金属杆cd，框架，框架电阻不阻不计若杆若杆cd在水平外力在水平外力的作用下以恒定加速度的作用下以恒定加速度a2 m/s2，由静止开始做匀，由静止开始做匀变速运速运动，求：，求：(1)在在5 s内平均感内平均感应电动势是多少？是多少？(2)第第5 s末回路中的末回路中的电流多大？流多大？(3)第第5

18、s末作用在杆末作用在杆cd上的水平外力多大？上的水平外力多大？2021/8/9 星期一24答案：答案：(1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N2021/8/9 星期一25通通电自感和断自感和断电自感的比自感的比较 2021/8/9 星期一262021/8/9 星期一27(1)通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，通电时线圈产生的自感电动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，使电流相对缓慢地增加使电流相对缓慢地增加(2)断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联断电时线圈产生的自感电动势与原电流方向相同，在与线圈串联的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流

19、从原来的的回路中，线圈相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小逐渐变小(3)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，更不能使过程反向能使过程反向(4)电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线电流稳定时，若线圈有电阻时就相当于一个定值电阻，若不计线圈的电阻时就相当于一根导线圈的电阻时就相当于一根导线2021/8/9 星期一28 例例33如图所示的电路中，三个相同的灯泡如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计开关与直流电源连接，电感的电阻忽略不计开关S从

20、闭合状态突然断开时，从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有下列判断正确的有()Aa先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗Bb先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗Cc先变亮，然后逐渐变暗先变亮，然后逐渐变暗Db、c都逐渐变暗都逐渐变暗 思路点拨思路点拨 分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判断自感分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判断自感电流的方向及大小变化在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形电流的方向及大小变化在断开开关时还要看线圈和用电器能不能形成回路成回路 自主解答自主解答 a、b、c三个灯泡相同，设三个灯泡相同，设S闭合时通过三个灯泡的电闭合时通过三个灯泡的电流均是流均是I

21、，则，则L1中的电流为中的电流为2I，L2中的电流为中的电流为I.在在S断开瞬间，断开瞬间，L1中的电中的电流由流由2I逐渐减小，逐渐减小，L2的电流由的电流由I逐渐减小，逐渐减小，L1、L2中的产生的感应电流中的产生的感应电流方向相同，故方向相同，故b、c两灯的电流逐渐减小，即两灯的电流逐渐减小，即b、c两灯逐渐变暗，两灯逐渐变暗，B、C 错误，错误，D项正确；两个支路的电流汇集后为项正确；两个支路的电流汇集后为2I通过通过a灯，灯，a灯电流由灯电流由2I反反向减弱，故向减弱，故a灯中的先变亮再逐渐变暗，即灯中的先变亮再逐渐变暗，即A正确正确 答案答案 AD2021/8/9 星期一29202

22、1/8/9 星期一303(2012年三明模拟年三明模拟)如如图，电灯的灯的电阻阻为2，电流流电动势为2 V，内阻，内阻不不计，线圈匝数足圈匝数足够多，其直流多，其直流电阻阻为3.先合上先合上 电键S，稳定后突然断开定后突然断开S，则下列下列说法中正确的法中正确的 是是()A电灯立即熄灯立即熄灭B电灯先灯先变暗再熄暗再熄灭C电灯会比原来亮一下再熄灯会比原来亮一下再熄灭，且，且电灯灯电流方向与流方向与S断开前方向相同断开前方向相同D电灯会比原来亮一下再熄灯会比原来亮一下再熄灭，且，且电灯灯电流方向与流方向与S断开前方向相反断开前方向相反答案：答案：B2021/8/9 星期一311(2011年高考北

23、京理综年高考北京理综)某同学某同学为了了验证断断电自感自感现象，自己找来象，自己找来带铁心的心的线圈圈L、小灯泡、小灯泡A、开关、开关S和和电池池组E，用，用导线将它将它们连接成如接成如图所示的所示的电路路检查电路后，路后，闭合开关合开关S，小灯泡，小灯泡发光；再断开开关光；再断开开关S，小灯泡，小灯泡仅有不有不显著的延著的延时熄熄灭现象象虽经多次重复，仍未多次重复，仍未见老老师演示演示时出出现的小灯泡的小灯泡闪亮亮现象，他冥思苦想找不出原因你象，他冥思苦想找不出原因你认为最有可能造最有可能造成小灯泡未成小灯泡未闪亮的原因是亮的原因是()A电源的内阻源的内阻较大大B小灯泡小灯泡电阻偏大阻偏大C

24、线圈圈电阻偏大阻偏大 D线圈的自感系数圈的自感系数较大大2021/8/9 星期一32解析：解析：从实物连接图中可以看出，线圈从实物连接图中可以看出，线圈L与小灯泡并联，断开开关与小灯泡并联，断开开关S时，时，小灯泡小灯泡A中原来的电流立即消失，线圈中原来的电流立即消失，线圈L与小灯泡组成闭合电路，由于与小灯泡组成闭合电路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小，使小灯泡中的电流变为反向且与线圈自感，线圈中的电流逐渐变小，使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同，小灯泡未闪亮说明断开中电流相同，小灯泡未闪亮说明断开S前，流过线圈的电流较小，原因前，流过线圈的电流较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项可能

25、是线圈电阻偏大，故选项C正确正确答案：答案：C2021/8/9 星期一332某地的地磁某地的地磁场磁感磁感应强强度的度的竖直分量方向向下，大小直分量方向向下，大小为4.5 105T.一灵敏一灵敏电压表表连接在当地入海河段的两岸，河接在当地入海河段的两岸，河宽100 m，该河段河段涨潮和落潮潮和落潮时有海水有海水(视为导体体)流流过设落潮落潮时，海水自西向，海水自西向东流，流，流速流速为2 m/s.下列下列说法正确的是法正确的是()A电压表表记录的的电压为5 mVB电压表表记录的的电压为9 mVC河南岸的河南岸的电势较高高D河北岸的河北岸的电势较高高解析：解析：由于海水自西向东流，由左手定则可判

26、断海水中的正离子所由于海水自西向东流，由左手定则可判断海水中的正离子所受磁场力向北，负离子所受磁场力向南，所以河北岸电势较高，受磁场力向北，负离子所受磁场力向南，所以河北岸电势较高，D正正确；电压表的示数确；电压表的示数EBLv4.51051002 V9103V9 mV，B正确正确答案：答案：BD2021/8/9 星期一34答案：答案：D2021/8/9 星期一354.(2010年高考江苏高考年高考江苏高考)如如图所示的所示的电路中，路中，电源源 的的电动势为E，内阻，内阻为r，电感感L的的电阻不阻不计，电阻阻R 的阻的阻值大于灯泡大于灯泡D的阻的阻值在在t0时刻刻闭合开关合开关S，经过一段一段时间后，在后，在tt1时刻断开刻断开S.下列表示下列表示A、B两点两点间电压UAB随随时间t变化的化的图象中，正确的是象中，正确的是()解析：解析：由于自感现象，由于自感现象，t0时刻时刻UAB较大，随时间推移较大，随时间推移UAB减小；断减小；断开开S，L中的电流方向不变，大小减小，经过中的电流方向不变，大小减小，经过L、R、D形成回路，故形成回路，故UAB方向改变，逐渐减小至方向改变，逐渐减小至0.故故B正确正确答案：答案：B2021/8/9 星期一362021/8/9 星期一37