山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：9.2法拉第电磁感应定律1

9.2法拉第电磁感应定律及其应用高三总复习选修3-2z````x``x```k+感生电场感生电场使自由电荷运动洛伦兹力使自由电荷运动产生感应电动势的那部分导体就相当于电源．导体的电阻相当于电源的内阻一二、法拉第电磁感应定律1．内容：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z``x``xkEE==nnΔΔΦΦΔΔtt,,nn为为线线圈圈匝匝数数2．公式：【例】关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是()A．穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大B．电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大C．电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大D．若电路在某时刻磁通量为零，则该时刻感应电动势一定为零（1）感应电动势正比于磁通量的变化率，与、无直接关系。√（2）磁通量的变化常由B的变化或S的变化两种情况引起①①当当ΔΔΦΦ仅仅由由BB的的变变化化引引起起时时，，EE==nnSSΔΔBBΔΔtt②②当当ΔΔΦΦ仅仅由由SS的的变变化化引引起起时时，，EE==nnBBΔΔSSΔΔtt(3)由E=n/t计算出的是t时间内的平均感应电动势。【例】单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：()A、线圈中0时刻感应电动势最大B、线圈中D时刻感应电动势为零C、线圈中D时刻感应电动势最大D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V二、法拉第电磁感应定律1．内容：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EE==nnΔΔΦΦΔΔtt,,nn为为线线圈圈匝匝数数2．公式：（1）感应电动势正比于磁通量的变化率，与、无直接关系。Φ/10-2Wbt/sABD0120.1√√√【例】（2010年惠州三模)如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上的示数变为原来的一半．则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率ΔΦΔt分别是()A．磁场B正在增加Ｂ．磁场B正在减弱C．ΔΦΔt＝mgd2qD．ΔΦΔt＝mgd2nq√√【例】如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量．通过回路截面的电荷量q仅与n、和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：()EnnqItttRrtRrRr从左端到右端磁通量的变化量ΔΦ＝BΔS＝Bπr2，从左到右的时间：Δt＝2rv，根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势E＝ΔΦΔt＝Bπr22r/v＝Bπvr2，所以，电路中平均感应电流I＝ER＝Bπvr2R，通过R的电荷量q＝IΔt＝Bπvr2R·2rv＝Bπr2R.通过回路截面的电荷量q仅与n、和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：()EnnqItttRrtRrRr【例】(2009·广东物理卷)如图(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路．线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的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(b)所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计．在0至t1时间内求：(1)通过电阻R1上的电流大小和方向．(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量．(1)I=nB0πr223Rt0从b到a(2)q=nB0πr22t13Rt0Q=2n2B20π2r42t19Rt203．导体切割磁感线产生的电动势E＝Blv①若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势，若v为平均速度，则E为平均感应电动势②公式中的L为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度．二、法拉第电磁感应定律（B、l、v相互垂直）E=BLcdsinβv若速度为v1,则E=2BRv若速度为v2,则E=0若若速速度度为为vv11，，则则EE＝＝22BBRRvv若若速速度度为为vv22，，则则EE＝＝00若若速速度度为为vv33，，则则EE＝＝BBRRvv【例】(2010·课标全国卷)如图所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场．一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是A．E1＞E2，a端为正B．E1＞E2，b端为正C．E1＜E2，a端为正D．E1＜E2，b端为正√【例】(2010·山东卷)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO′对称的位置时()A．穿过回路的磁通量为零B．回路中感应电动势大小为2Blv0C．回路中感应电流的方向为顺时针方向D．回路中ab边与cd边所受安培力方向相同√√√【例】如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图中所示的位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面四幅图中能够正确表示电流—位移(I－x)关系的是()√EE＝＝BBllvv＝＝1122BBll22ωω5．导体转动切割磁感线当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，如图二、法拉第电磁感应定律【例】一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用ε表示每个叶片中的感应电动势，则A.ε=πfl2B，且a点电势低于b点电势B.ε=2πfl2B，且a点电势低于b点电势C.ε=πfl2B，且a点电势高于b点电势D.ε=2πfl2B，且a点电势高于b点电势√√【例】如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心．环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直．导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触．在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以匀角速度ω逆时针转动，t＝0时恰好在图示位置．规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t＝0开始转动一周的过程中，电流随ωt变化的图象是图中的()1．定义：2．效果：3．自感电动势三．自感现象E＝LΔIΔt自感电流总是阻碍线圈中原电流的变化①当自感电流是由原电流的增强引起时(如通电)，自感电流的方向与原电流方向相反；②当自感电流是由原电流的减少引起时(如断电)，自感电流的方向与原电流方向相同．由于线圈本身的电流发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象．①L为自感系数（单位：亨利H），由线圈本身的特性决定线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越大，此外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大；②自感电动势的大小取决于自感系数和线圈本身电流变化的快慢．通电自感断电自感电路图器材要求A1、A2同规格，R＝RL，L较大L很大(有铁芯)现象原因能量转化在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮在开关S断开时，灯A渐渐熄灭由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢S断开时，线圈L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；灯A中不会立即熄灭①若RLRA，原来的ILIA，则A灯熄灭前要闪亮一下．②若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则灯A逐渐熄灭，不再闪亮一下（A中电流反向）电能转化为磁场能磁场能转化为电能【例】在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是()A.合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭B.合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭C.合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a、b同时熄灭D.合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭√【例】如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规格相同的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法正确的是()A.刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等B.刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小不相等C.闭合S待电路达到稳定，D1熄灭，D2比原来更亮D.闭合S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，D2立即熄灭，D1闪亮一下再熄灭理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:①通电瞬间状态:②通电稳定状态:③断电瞬间状态:应把线圈看成断开；可把理想线圈看成导线或被短路；可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．√√√【例】(2011·徐州模拟)如图所示，A、B、C是相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小的自感线圈．现将S闭合，下面说法正确的是()A．B、C灯同时亮，A灯后亮B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭C．A灯一直不亮，只有B灯和C灯亮D．A、B、C灯同时亮，并且亮暗没有变化理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:①通电瞬间状态:②通电稳定状态:③断电瞬间状态:应把线圈看成断开；可把理想线圈看成导线或被短路；可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．√【例】(2008·江苏卷)如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有A．a先变亮，然后逐渐变暗B．b先变亮，然后逐渐变暗C．c先变亮，然后逐渐变暗D．b、c都逐渐变暗√√理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:①通电瞬间状态:②通电稳定状态:③断电瞬间状态:应把线圈看成断开；可把理想线圈看成导线或被短路；可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．【例】如图所示，电路原来接通，在t0时刻断开开关，则R中电流随时间变化的情况可能是下列选项中的()【例】(2010·江苏卷)如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是()√√√五、互感两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势的现象．变压器就是利用互感现象制成的互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈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水的旋涡状的感应电流．六．涡流～1.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。2.增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢，用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。3.应用(1)真空冶炼炉，高频焊接电源焊接处待焊接元件线圈导线(2)电磁灶(3)金属探测器安检门V当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动的现象．4．电磁阻尼微安表的表头在运输时应该把两个接线柱