2014高三物理第一轮课件电磁感应.ppt

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1、高三物理第一轮复习高三物理第一轮复习电磁感应电磁感应考 纲 要 求电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律 导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则 自感现象自感现象 日光灯日光灯 1、感应电流产生的条件，运用楞次定律和右手定则判定E感和I感的方向；2、运用E=n/t和E=BLv分析和计算感应电动势的大小以及通电和断电过程中自感现象的分析；本章高考命题集中在以下四个方面：3、电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识相联系的综合题的分析与计算；4、电磁感应图象问题；知 识 网 络电磁感应磁通量电磁感

2、应现象电磁感应规律电磁感应应用感应电动势的大小：感应电流、电动势方向的判断：楞次定律右手定则变化变化快慢阻碍变化自感现象日光灯预备概念：磁通量预备概念：磁通量1、概念：穿过某一面积的磁感线条数。简称磁通、概念：穿过某一面积的磁感线条数。简称磁通2、磁通量的计算、磁通量的计算公式公式=BS适用条件：适用条件：匀强磁场；匀强磁场；磁感线与线圈平面垂直磁感线与线圈平面垂直在匀强磁场在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式中，若磁感线与平面不垂直，公式=BS中的中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。若对同一平面，磁感线有穿入、穿出，则磁通量等于穿过平若

3、对同一平面，磁感线有穿入、穿出，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数：面的磁感线的净条数：=1 2；即穿入、穿出要相互抵消。即穿入、穿出要相互抵消。单位：韦伯（单位：韦伯（Wb）1W1Wb b=1T=1T m m2 2=1V=1V s=1kgs=1kg m m2 2/（A A s s2 2）由于由于B=/S，B亦可称为磁通密度亦可称为磁通密度第一部分电磁感应现象楞次定律第一部分电磁感应现象楞次定律一电磁感应现象一电磁感应现象1、产生感应电流的条件：、产生感应电流的条件：穿过闭合电路的穿过闭合电路的磁通量磁通量发生变化发生变化2、引起磁通量变化的常见情况、引起磁通量变化的常见情况闭合电路的部分导

4、体做闭合电路的部分导体做切割磁感线切割磁感线运动运动线圈在磁场中线圈在磁场中转动转动磁感应强度磁感应强度B变化变化vAB4、电磁感应现象的实质、电磁感应现象的实质是产生是产生感应电动势感应电动势，如果回路闭合则产生，如果回路闭合则产生感应电流感应电流；如果回路不闭合，则只有如果回路不闭合，则只有感应电动势感应电动势而无而无感应电流感应电流3、产生感应电动势的条件、产生感应电动势的条件无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量磁通量发生发生变化，线路中就有感应电动势变化，线路中就有感应电动势ErvABBEr产生感应电动势的那部分导体就相当于电源。产生感应电动势

5、的那部分导体就相当于电源。【例与练例与练】如图如图 所示，在通电直导线的正下方有矩形所示，在通电直导线的正下方有矩形导线框，导线框在下列运动中能产生感应电流的是（导线框，导线框在下列运动中能产生感应电流的是（）A导线框在水平方向向右匀速运动导线框在水平方向向右匀速运动B导线框在水平方向向右加速运动导线框在水平方向向右加速运动C导线框以直导线为轴旋转导线框以直导线为轴旋转D导线框向直导线靠近导线框向直导线靠近D【例与练例与练】下图中能产生感应电流的是下图中能产生感应电流的是()B内容内容:感应电流的磁场感应电流的磁场总是总是阻碍阻碍引起感应电流的引起感应电流的磁通磁通量的变化量的变化。1、楞次定

6、律、楞次定律 适用范围：各种电磁感应现象适用范围：各种电磁感应现象 2、对楞次定律的理解：、对楞次定律的理解：回路磁通量的变化回路磁通量的变化产生产生阻碍阻碍感应电流（磁场）感应电流（磁场）谁起阻碍作用谁起阻碍作用 阻碍什么阻碍什么 如何阻碍如何阻碍 阻碍效果阻碍效果感应电流的磁场感应电流的磁场原磁场的磁通量原磁场的磁通量变化变化“增反减同增反减同”二楞次定律和右手定则二楞次定律和右手定则减缓原磁场的磁通量的变化减缓原磁场的磁通量的变化阻碍不能阻止，该怎么变化还怎么变化阻碍不能阻止，该怎么变化还怎么变化从实际问题上来理解从实际问题上来理解阻碍原磁通量的变化阻碍原磁通量的变化：增增“反反”减减“

7、同同”阻碍相对运动的阻碍相对运动的：来来“拒拒”去去“留留”使线圈面积有扩大或缩小的趋势：使线圈面积有扩大或缩小的趋势：增增“缩缩”减减“扩扩”从能量观点看：由于从能量观点看：由于“阻碍阻碍”，为了维持原磁场的变，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一化，必须有外力克服这一“阻碍阻碍”而做功，从而导致其而做功，从而导致其他形式的能转化为电能。所以楞次定律是能量守恒定律他形式的能转化为电能。所以楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。在电磁感应现象中的体现。阻碍原电流的变化阻碍原电流的变化(自感现象自感现象)：增增“反反”减减“同同”【例例与与练练】如如图图所所示示，两两个个相相同同的的

8、闭闭合合铝铝环环套套在在一一根根无无限限长长的的光光滑滑杆杆上上，将将一一条条形形磁磁铁铁向向左左插插入入铝铝环环(未未穿穿出出)的过程中，两环的运动情况是：的过程中，两环的运动情况是：()A、同时向左运动，距离增大；、同时向左运动，距离增大；B、同时向左运动，距离不变；、同时向左运动，距离不变；C、同时向左运动，距离变小；、同时向左运动，距离变小；D、同时向右运动，距离增大。、同时向右运动，距离增大。SNvCARBPK突然闭合开关突然闭合开关【例与练例与练】如图所示，进行以下操作，请判断如图所示，进行以下操作，请判断R中的中的电流方向电流方向突然断开开关突然断开开关开关闭合后，开关闭合后，P

9、向左或向右滑动时。向左或向右滑动时。ABBAP左移：左移：ABP右移：右移：BA4、右手定则、右手定则伸开右手，让拇指与其余四指在同一个平面内，使拇伸开右手，让拇指与其余四指在同一个平面内，使拇指与并拢的四指垂直；让磁感线垂直穿入手心，使拇指与并拢的四指垂直；让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。应电流的方向。acdbvB如图：如图：ab如何运动？如何运动？ab的速度能大于的速度能大于v吗吗?【例与练例与练】如右图所示，当导线如右图所示，当导线ab在电阻不计的金属在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈导轨

10、上滑动时，线圈C向右摆动则向右摆动则ab的运动情况是的运动情况是()A向左或向右做匀速运动向左或向右做匀速运动B向左或向右做减速运动向左或向右做减速运动C向左或向右做加速运动向左或向右做加速运动D只能向右做匀加速运动只能向右做匀加速运动B【例与练例与练】如右图所示，水平放置的两条光滑轨道上如右图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合的左边有一闭合电路，当电路，当PQ在外力的作用下运动时，在外力的作用下运动时，MN向右运动向右运动则则PQ所做的运动可能是所做的运动可能是()A向右加速运动向右加速运动B向左加速运动向左加速运动C向右减速

11、运动向右减速运动 D向左减速运动向左减速运动BC第二部分法拉第电磁感应定律自感、涡流第二部分法拉第电磁感应定律自感、涡流4、与感应电流的关系：遵守、与感应电流的关系：遵守闭合电路欧姆闭合电路欧姆定律，即：定律，即：一感应电动势一感应电动势1、概念：在、概念：在电磁感应现象电磁感应现象中产生的电动势中产生的电动势2、条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的、条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量磁通量发生变化，电路中就一定有感应电动势发生变化，电路中就一定有感应电动势3、方向：产生感应电动势的那部分导体就相当于、方向：产生感应电动势的那部分导体就相当于电源电源导体的电阻相当于导体的电阻相当于

12、电源内阻电源内阻，其中，其中电流方向由低电势电流方向由低电势指向高电势指向高电势B减小减小B减小减小+-二法拉第电磁感应定律二法拉第电磁感应定律1、法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的的磁通量变化率磁通量变化率成正比成正比公式：公式：(n为线圈的匝数为线圈的匝数)特别提醒：特别提醒：感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率变化率 和线圈的匝数和线圈的匝数n共同决定，而与磁通量共同决定，而与磁通量、磁、磁通量的变化量通量的变化量的大小没有必然联系的大小没有必然联系用公

13、式用公式 求感应电动势时，求感应电动势时，S为线圈在磁场范为线圈在磁场范围内的围内的有效面积有效面积通过回路截面的电荷量通过回路截面的电荷量q仅与仅与n、和回路电阻和回路电阻R有有关，与时间长短无关关，与时间长短无关【例例与与练练】穿穿过过闭闭合合回回路路的的磁磁通通量量随随时时间间t变变化化的的图图象象分分别别如如下下图图所所示示下下列列关关于于回回路路中中产产生生的的感感应电动势的论述中正确的是应电动势的论述中正确的是()A图图中，回路产生的感应电动势恒定不变中，回路产生的感应电动势恒定不变B图图中，回路产生的感应电动势一直在变大中，回路产生的感应电动势一直在变大C图图中，回路在中，回路在

14、0t1时间内产生的感应电动势小时间内产生的感应电动势小 于在于在t1t2时间内产生的感应电动势时间内产生的感应电动势D图图中，回路产生的感应电动势先变小再变大中，回路产生的感应电动势先变小再变大D运动方向和磁感线方向垂直：运动方向和磁感线方向垂直：EBlv.2、导体切割磁感线产生的感应电动势、导体切割磁感线产生的感应电动势运动方向和磁感线不垂直运动方向和磁感线不垂直EBlvsin；为导线运动方向跟为导线运动方向跟磁感线磁感线方向的夹角方向的夹角本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀强磁场外，还需外，还需B、l、v三者相互垂直实际问题中当它们不三者

15、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相互垂直时，应取垂直的分量进行计算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为平均为平均感应电动势；若感应电动势；若v为瞬时速度，则为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电为相应的瞬时感应电动势动势应用公式应用公式 E=Blv 时应注意：时应注意：EBlv中的速度中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运是相对于磁场的速度，若磁场也运动时，应注意速度间的相对关系动时，应注意速度间的相对关系公式中的公式中的l为有效切割长度为有效切割长度如图，棒的有效长如图，棒的有效长度为度为ab的弦长的弦长甲：甲：lcds

16、in(容易错认为容易错认为labsin)乙：沿乙：沿v1方向运动时，方向运动时，lMN；沿；沿v2方向运动时，方向运动时，l0.丙：丙：a、b、c、d四种情况的四种情况的 l 相同。相同。vvvvabcd丙丙导体棒导体棒以棒上某点为轴以棒上某点为轴在垂直磁场平面内匀速转动切在垂直磁场平面内匀速转动切割磁感线产生感应电动势：割磁感线产生感应电动势：导体棒导体棒以端点为轴以端点为轴匀速转动：匀速转动：导体棒导体棒以棒中点为轴以棒中点为轴匀速转动：匀速转动：E=0 导体棒导体棒以棒中任意点为轴以棒中任意点为轴匀速转动：匀速转动：OABOAB（AO或或BO两点的电势差不为零。）两点的电势差不为零。）提

17、示：提示：往往用来求往往用来求t时间内的平均感应电动势；时间内的平均感应电动势；而而EBlvsin常用来求瞬时感应电动势但两公式又是常用来求瞬时感应电动势但两公式又是统一的，一般来说，公式统一的，一般来说，公式 适用于磁场变化求感适用于磁场变化求感应电动势，应电动势，EBlv 适用于切割磁感线求感应电动势适用于切割磁感线求感应电动势拓展：拓展：若一个金属圆盘绕圆心匀速转若一个金属圆盘绕圆心匀速转动，边缘与圆心之间存在电势差：动，边缘与圆心之间存在电势差：OA特别提醒：特别提醒：求通过回路的电量时必须求平均电动势，求通过回路的电量时必须求平均电动势，再求平均电流，然后求电量。再求平均电流，然后求

18、电量。R三自感和涡流三自感和涡流1、自感现象：由于通过导体、自感现象：由于通过导体自身的自身的电流变化电流变化而产生的而产生的电磁感应现象电磁感应现象2、自感电动势、自感电动势定义：由导体自身电流变化所产生的感应电动势定义：由导体自身电流变化所产生的感应电动势表达式：表达式：自感系数自感系数L相关因素：与线圈的相关因素：与线圈的长短长短、横截面积、形状、横截面积、形状、匝数匝数以及是否有铁芯等有关以及是否有铁芯等有关单位：亨利单位：亨利(H)，1mH103H，1H106H.由楞次定律知，自感电动势总是阻碍原来导体中电流的由楞次定律知，自感电动势总是阻碍原来导体中电流的变化当回路中的变化当回路中

19、的电流增加电流增加时，自感电动势和原来电流时，自感电动势和原来电流的方向的方向相反相反；当回路中的；当回路中的电流减小电流减小时，自感电动势和原时，自感电动势和原来电流的方向来电流的方向相同相同自感对电路中的电流变化有自感对电路中的电流变化有延迟延迟作作用，使电流不能用，使电流不能突变突变3、涡流：放在变化磁场中的金属块，由于穿过金属块、涡流：放在变化磁场中的金属块，由于穿过金属块的的磁通量磁通量发生变化，在其内部产生像旋涡一样的发生变化，在其内部产生像旋涡一样的感应感应电流电流，这种电流叫做涡电流简称涡流，这种电流叫做涡电流简称涡流自感电动势的方向：自感电动势的方向：4、断电自感与通电自感5

20、、日光灯启动器：利用氖管的辉光放电，起自动把电路接通和断开的作用 镇流器：在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象，起降压限流作用【例与练例与练】在如图所示的电路中，在如图所示的电路中，A、B是相同的两个是相同的两个灯泡，灯泡，L是一个带铁芯的线圈，直流电阻可不计。调节是一个带铁芯的线圈，直流电阻可不计。调节R，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开时时()A.两灯同时点亮，同时熄灭两灯同时点亮，同时熄灭B.合上合上S时，时，B比比A先达到正常发光状态先达到正常发光状态C.断开断开S时，时，A、B两灯都不会

21、立即熄灭，通过两灯都不会立即熄灭，通过A、B两两灯的电流方向都与原来电流的方向相同灯的电流方向都与原来电流的方向相同D.断开断开S时，时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭灯会突然闪亮一下后再熄灭B第三部分电磁感应中的电路与图象问题第三部分电磁感应中的电路与图象问题方法归纳图方法归纳图在电磁感应与电路规律结合的问题中，主要是要确定哪一部分导体在产生感应电动势，把它等效为电源，求出感应电动势大小，判断出感应电动势的方向，明确此电源的内阻。问题就转化为电路问题了！1、电磁感应与电路规律结合的一般问题2、感应电量的求解由法拉第电磁感应定律得：由电流定义式：得：3、含容电路如图所示，两个电阻器的阻值分别为R与

22、2R，其余电阻不计.电容器电容量为C.匀强磁场磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面向里.金属棒ab、cd的长度均为L.当棒ab以速度v向左切割磁感线运动，金属棒cd以速度2v向右切割磁感线运动时，电容C的电量为多大?哪一个极板带正电?4、图象问题1定性或定量地表示出所研究问题的函数关系 2在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映 3画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达【例与练例与练】如图矩形导线框如图矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，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纸面向里，磁感应强度方向垂

23、直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如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图所示。若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下的正方向，下列各图中正确的是列各图中正确的是()D【例与练例与练】如图所示，在坐标系如图所示，在坐标系xOy中，有边长为中，有边长为a的的正方形金属线框正方形金属线框abcd，其一条对角线，其一条对角线ac和和y轴重合、顶轴重合、顶点点a位于坐标原点位于坐标原点O处在处在y轴的右侧的轴的右侧的、象限内有象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与边刚好完全重合，左边界与y

24、轴重合，右边界与轴重合，右边界与y轴轴平行平行t0时刻，线圈以恒定的速度时刻，线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场上沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域取沿边界的方向穿过磁场区域取沿abcda的感应的感应电流方向为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流方向为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流电流i随时间随时间t变化的图线是下图中的变化的图线是下图中的()A【例例与与练练】如如图图(甲甲)，MN和和PQ是是两两根根互互相相平平行行竖竖直直放放置置的的光光滑滑金金属属导导轨轨，已已知知导导轨轨足足够够长长，且且电电阻阻不不计计ab是是一一根根不不但但与与导导轨轨垂垂直直而而且且始始终终与与导

25、导轨轨接接触触良良好好的的金金属属杆杆开开始始，将将开开关关S断断开开，让让杆杆ab由由静静止止开开始始自自由由下下落落，过过段段时时间间后后，再再将将S闭闭合合，若若从从S闭闭合合开开始始计计时时，则则金金属属杆杆ab的的速速度度v随随时时间间t变变化化的的图图象象不不可可能能是图是图(乙乙)中的中的()B1、单杆（1）当闭合回路中磁通量发生变化时，会产生感应电流，感应电流在磁场中会受到安培力的作用，从而引出力学问题！如图所示，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为，它们围成的矩形边长分别为L1、L2，回路的总电阻为R。从t=0时刻起，在竖直向上方

26、向加一个随时间均匀变化的匀强磁场B=kt，（k0）那么在t为多大时，金属棒开始移动？第四部分电磁感应中的动力学与能量问题第四部分电磁感应中的动力学与能量问题（2）恒定动力）恒定动力匀速收尾匀速收尾（3）、当闭合回路中产生感应电流时，要消耗其它形式的能转）、当闭合回路中产生感应电流时，要消耗其它形式的能转化为电能，引出能量问题！化为电能，引出能量问题！如图所示，矩形线圈abcd质量为m，宽为d，在竖直平面内由静止自由下落。其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d，线圈ab边刚进入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程，产生了多少电热？动力与安培力的平衡动力与安培力的平

27、衡“双杆双杆”匀速运动匀速运动 两根相距两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.2T，导轨上，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为r=0.25，回路中其余部分的电阻可不计，回路中其余部分的电阻可不计.已知两金属细杆在平行已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是是v=5.0m

28、/s，如图所示，如图所示.不计导轨上的摩擦不计导轨上的摩擦.求作用于每条金属细杆的拉力的大小求作用于每条金属细杆的拉力的大小.求两金属细杆在间距增加求两金属细杆在间距增加0.40m的滑的滑动过程中共产生的热量动过程中共产生的热量 2、电磁感应中的、电磁感应中的“双杆双杆”（2)恒定动力作用-共同加速度收尾 如图所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50。在t

29、=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？提高：两金属杆的最大速度差为多少？3电磁感应中的动力学临界问题电磁感应中的动力学临界问题解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件条件基本思路是：基本思路是：感应电流感应电流导体受安培力导体受安培力合力变化合力变化加速度变化加速度变化速度变化速度变化临界状态临界状态感应电动势感应电动势导体受外力运动导体受外力运动4电能求解思路主要有三种电能求解思路主要有三种利用克服安培力求解：利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功服安培力所做的功利用能量守恒求解：其他形式的能的减少量等于产生利用能量守恒求解：其他形式的能的减少量等于产生的电能的电能利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算算