物理第9章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律、自感和涡流 新人教版.ppt
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1、20172017高三一轮总高三一轮总复习复习物物 理理选修选修3-2第九章电磁感应第九章电磁感应第二节法拉第电磁感应定律、自感和涡流第二节法拉第电磁感应定律、自感和涡流栏目导航1 12 23 35 5基础知识整合基础知识整合热门考点研析热门考点研析方法技巧归纳方法技巧归纳考题随堂演练考题随堂演练4 4物理模型构建物理模型构建基础知识整合在一次实验中得到的数据如下表:(1)观察和分析该实验装置可看出,在实验中,每次测量的t时间内,磁铁相对线圈运动的距离都_(选填“相同”或“不同”),从而实现了控制_不变;次数测量值12345678E/V0.1160.1360.1700.1910.2150.277
2、0.2920.329t/103s8.2067.4866.2865.6145.3404.4623.9803.646(2)在得到上述表格中的数据之后,为了验证E与t成反比,他们想出两种办法处理数据:第一种是计算法:算出_,若该数据基本相等,则验证了E与t成反比;第二种是作图法:在直角坐标系中作_关系图线,若图线是基本过坐标原点的倾斜直线,则也可验证E与t成反比【思路引导】1.为了研究变量之间的规律,该实验用到了哪种思想?2数据处理的方法中,计算法和作图法的优点是什么?【解析】(1)为了定量验证感应电动势E与时间t成反比,我们应该控制磁通量的变化量不变即每次测量的t时间内,磁铁相对线圈运动的距离都相
3、同 感应电动势1定义:在_中产生的电动势2产生条件:穿过回路的_发生改变,与电路是否闭合_3方向:感应电动势的方向用_或_判断4感应电动势和感应电流的关系在电磁感应现象中,磁通量发生变化,必然产生_,回路闭合的情况下,才会产生_5电磁感应中的电路问题产生感应电动势的那部分电路相当于_,感应电流在电源内部从_电势流向_电势,据此可以判断电源的正负极,画出等效电路知识点知识点1 电磁感应现象电磁感应现象磁通量磁通量无关无关楞次定律楞次定律右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电流感应电流电源电源低低高高 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_成正比2公式:E_,
4、其中n为_3变形公式(1)当线圈面积S不变,垂直于线圈平面的磁场B发生变化时,E_.(2)当磁场B不变,垂直于磁场的线圈面积S发生变化时,E_.知识点知识点2磁通量的变化率磁通量的变化率线圈匝数线圈匝数 导线切割磁感线时的电动势公式:E_.1上式是由法拉第电磁感应定律推导出来的特殊情况,只适用于计算部分导体在匀强磁场中做_磁感线运动时的感应电动势大小2式中为B和v的方向夹角,L为切割磁感线的_长度3当B、L、v三者两两垂直时:E_.知识点知识点3BLvsin切割切割有效有效BLv 自感1互感现象(1)定义:两个互相靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的_会在另一个线圈中产生_的
5、现象(2)应用:利用互感现象可以把_由一个线圈传递到另一个线圈,因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用,变压器就是利用_现象制成的(3)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何两个_的电路之间,互感现象有时会影响电路的正常工作,要设法减小电路间的互感知识点知识点4磁场磁场感应电动势感应电动势能量能量互感互感相互靠近相互靠近2自感现象(1)定义:当一个线圈中的电流发生变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样也在它本身激发出_,这种现象称为自感(2)自感电动势定义:由于_而产生的感应电动势公式:EL.其中L是线圈的自
6、感系数,简称自感或电感感应电动势感应电动势自感自感(3)自感系数决定因素:由线圈_、_、_以及是否有_决定线圈越长,单位长度上线圈的匝数越多,横截面积越大,它的自感系数越_;线圈中插入铁芯,自感系数会增大很多单位:自感系数的单位是_(H),1 mH _H,1 H _ H.大小大小形状形状匝数匝数铁芯铁芯大大亨利亨利103106 涡流1涡流(1)定义:由于_,导体中会产生感应电流,这种电流像水的旋涡,所以叫涡流(2)本质:属于_现象知识点知识点5电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应2电磁阻尼(1)定义:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到_,安培力的方向总是_导体的运动(2)应用:电学仪表中利
7、用_使指针很快地稳定下来3电磁驱动(1)定义:如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生_使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来(2)应用:交流感应电动机就是利用_的原理工作的安培力安培力阻碍阻碍电磁阻尼电磁阻尼感应电流感应电流电磁驱动电磁驱动热门考点研析法拉第电磁感应定律的理解与应用法拉第电磁感应定律的理解与应用考考 点点 12感应电荷量的求解 (2015年重庆高考)如图为无线电充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差ab是()例例 1【思路引
8、导】1.计算电势差的大小应用法拉第电磁感应定律,如何计算?2判断电势差的方向应用楞次定律,如何判断?【答案】C【总结提升】应用法拉第电磁感应定律解题的步骤1分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况2利用楞次定律确定感应电流的方向 (2015年浙江高考)小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡,线圈的水平边长L0.1 m,竖直边长H0.3 m,匝数为N1,线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B01.0 T,方向垂直线圈平面向里,线圈中通有可在02.0 A范围内调节的电流I,挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的
9、质量(重力加速度取g10 m/s2).针对训练针对训练1(1)为使电磁天平的量程达到0.5 kg,线圈的匝数N1至少为多少?解析:(1)线圈受到安培力 FN1B0IL天平平衡有:mgN1B0IL代入数据得N125匝答案:(1)25匝(2)0.1 T/s1.对公式EBLv的理解(1)公式适用条件公式适用于匀强磁场,并且需要B、L、v三者相互垂直,实际问题中当他们不相互垂直时,应取垂直的分量进行计算,公式表示为EBLvsin,为B与v方向的夹角(2)适用范围导体平动切割磁感线时,若v为平均速度,则E为平均感应电动势,即EBLv,若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势导体切割磁感线问题导体切割磁感线问
10、题考考 点点 2(3)有效性公式中的L为有效长度,即导体与速度v垂直方向上的投影长度(4)相对性EBLv中的速度是相对于磁场的速度,若磁场也运动,注意速度的相对性2常见导体切割的有效长度(1)如图甲所示,有效长度Lcdsin.(2)如图乙所示,沿v1方向时,有效长度LMN;沿v2方向时,有效长度L0.如图所示,间距为L的光滑平行金属导轨M、N水平固定,长为L、阻值为R0的金属棒ab垂直于导轨放置,可紧贴导轨滑动导轨右侧连接一对水平放置的平行金属板AC,板间距为d,板长也为L,导轨左侧接阻值为R的定值电阻,其他电阻忽略不计轨道处的磁场方向竖直向下,金属板AC间的磁场方向垂直纸面向里,两磁场均为匀
11、强磁场且磁感应强度大小均为B.当ab棒以速度v0向右匀速运动时,一电量大小为q的微粒以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板的方向进入板间恰好做匀速圆周运动试求:例例 2(1)AC两板间的电压U;(2)带电微粒的质量m;(3)欲使微粒不打到极板上,带电微粒的速度v应满足什么样的条件?【思路引导】1.ab棒切割磁感线产生感应电动势,如何区分内电路和外电路?2微粒恰好在复合场中做匀速圆周运动,何力通过向心力?3欲使微粒不打到极板上,带电微粒的速度v具有最大值和最小值时,微粒的轨迹是怎么样的?另一种情况是微粒从极板的右侧边缘离开磁场,此时带电微粒的速度为v2,画出轨迹图如下:(2016届新疆模拟)半径为a
12、右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由确定,如图所示求:(1)0时,杆受的安培力;针对训练针对训练2解析:根据几何关系求出此时导体杆的有效切割长度,根据导体切割磁感线的公式求出电动势如图所示,导体棒在垂直于磁场的平面内,以O点为轴,以角速度匀速转动.旋转导体棒切割磁感线问题旋转导体棒切割磁感线问题考考 点点 3 (2015年新课标卷)如图,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大
13、小为B,方向平行于ab边向上当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()AUaUc,金属框中无电流BUbUc,金属框中电流方向沿abca例例 3【思路引导】1.闭合回路磁通量是否发生变化,回路有没有电流?2导体框中哪条边在切割磁感线?是否产生感应电动势?【答案】C【总结提升】对于导体切割磁感线产生感应电动势的注意点1首先确定切割磁感线的导体是平动切割还是转动切割如果是平动切割,注意切割的有效长度,如果是转动切割,v应该是导体切割的平均速度2等效电路的确定导体切割磁感线时,导体相当于电源,其他电路为外电路,要注意感应
14、电动势的方向和电路的结构 如图(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接,电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件流过电流表的电流I与圆盘角速度的关系如图(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点0代表圆盘逆时针转动已知:R3.0,B1.0 T,r0.2 m忽略圆盘、电流表和导线的电阻针对训练针对训练3(1)根据图(b)写出ab、bc段对应I与的关系式;(2)求出图(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;(3)分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式(3)分析图象可知,b点
15、时,流过电流表的电流增大,说明元件P在b点开始导通在ab段:IP0(0.9 VUP0.3 V)方法技巧归纳自感现象的分析方法自感现象是一种特殊的电磁感应现象,在存在自感线圈的电路中,闭合或是断开电路,滑动变阻器阻值的变化等等都会使通过线圈的电流发生变化,产生自感电动势分析自感现象,关键是分析电路电流的变化情况,确定自感线圈在闭合回路中所起的作用通常分为以下两种情况:1通电自感如图所示:闭合电键的瞬间,回路中电流增大,自感线圈L等效成一个阻值无穷大的电阻,阻碍原电流的增大,相当于是断路然后电阻逐渐减小到线圈的直流电阻或是零,达到稳定状态2断电自感如图所示:断开电键的瞬间,回路电流减小,自感线圈L
16、等效成一个瞬间的电源,阻碍原电流的减小3方向: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电流增加时,自感电动势和原来电流的方向相反;当回路中的电流减小时,自感电动势和原来电流的方向相同自感对电路中的电流变化有阻碍作用,使电流不能马上变为最大值或零4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 (1)在研究自感现象时,自感系数较大的线圈一般都有直流电阻,某同学利用如图a所示的电路采用伏安法测定线圈的直流电阻,在实验测量完毕后,将电路拆去时应_.A先断开开关S1 B先断开开关S2C先拆去电流表 D先拆去电阻R例例 4(2)如图b所示是甲同学研究自感现象的
17、实验电路图,并用电流传感器显示出在t1103 s时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流(如图c)已知电源电动势E9 V,内阻不计,灯泡R1的阻值为9,电阻R的阻值为2.a开关断开时,流过灯泡的电流方向_(“左到右”、“右到左”),该同学观察到的现象为_b线圈的直流电阻为_.【思路引导】1.在实验测量完毕后,为了避免自感现象的发生,应该拆除哪一元件?2研究自感现象时,如何判断自感电流的方向?何时小灯泡会闪亮一下?【解析】(1)先断开开关S1或先拆去电流表或先拆去电阻R,流过线圈L的电流变小,发生自感现象,此时线圈L和电压表组成回路,感应电流从原电流开始减小,原先L中有较大的电流通过,现在
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