电流高考物理一轮复习第九章电磁感应92法拉第电磁感应定律　自感　涡流教学案

2013届高考物理一轮复习第九章电磁感应9. 2法拉第电

磁感应定律 自感 涡流教学案

【重要知识梳理】

一、法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律1.

,,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即在E,k,t

,,,,E,E,n国际单位制中可以证明其中的k=1 所以有。对于n匝线圈有。 ,t,t

在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下 由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是:E=BLvsinα(α是B与v之间的夹角)。

【例1】如图所示长L宽L的矩形线圈电阻为R处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘 12

线圈与磁感线垂直。求:将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中 ?拉力F大小; ?拉力的功率P; ?拉力做的功W; ?线圈中产生的电热Q;?通过线圈某一截面的电荷量q。

解:这是一道基本练习题要注意要注意所用的边长究竟是L还是L还应该思考一下12所求的各物理量与速度v之间有什么关系。

22BLvE2?E,BLv,I,,F,BIL, F,,v22RR

L2221 BLv22v?P,Fv,,vRL2

22B BLLv21F?W,FL,,v1R

?Q,W,v

E,,q,I,t,t,?与v无关RR

,,特别要注意电热Q和电荷q的区别其中与速度无关(这个结论以后经常会遇到)。 q,R

二、感应电量的计算

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根据法拉第电磁感应定律在电磁感应现象中只要穿过闭合电路的磁通量发生变化q闭合电路中就会产生感应电流。设在时间内通过导线截面的电量为则根据电流定义式,t

及法拉第电磁感应定律得: Iqt,/,E,n,,/,t

,,如果闭合电路是一个单匝线圈() 则.q,n,1R

,,为线圈的匝数为磁通量的变化量为闭合电路的总电阻。上式中Rn

可见在电磁感应现象中只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 闭合电路中就会产生

,,q感应电流在时间内通过导线截面的电量仅由线圈的匝数、磁通量的变化量和闭n

合电路的电阻R决定与发生磁通量的变化量的时间无关。

,,q因此要快速求得通过导体横截面积的电量关键是正确求得磁通量的变化量。

(2)磁感应强度B不变 闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S发生变化时

(3)磁感应强度B与闭合电路的面积在垂直于磁场方向的分量S均发生变化时 ,,,,,,。下面举例说明:21

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【例2】如图所示 闭合导线框的质量可以忽略不计将它从如图所示的位臵匀速拉出匀q强磁场。若第一次用0.3s时间拉出外力所做的功为通过导线截面的电量为;第二次W1

WWqq,, WWqq,, A.B. 12121212

WWqq,, WWqq,,  C.D. 12121212

解析:设线框长为L宽为L第一次拉出速度为V第二次拉出速度为V则V=3V。 121212匀速拉出磁场时外力所做的功恰等于克服安培力所做的功有

22 W,F,L,BILL,BLLV/R111121211

22W,BLLV/R同理 2212

故W>W; 12

又由于线框两次拉出过程中磁通量的变化量相等即 ,,,,,12

由qR,,,/得:qq, 12

故正确答案为选项C。

三、 自感现象

1、 自感现象

自感现象是指当线圈自身电流发生变化时在线圈中引起的电磁感应现象当线圈中的电流增加时 自感电流的方向与原电流方向相反;当线圈中电流减小时自感电流的方向与高考学习网,中国最大高考学习网站Gkxx.c om|我们负责传递知识

原电流的方向相同(自感电动势的大小与电流的变化率成正比(

自感系数L由线圈自身的性质决定与线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯有关(

自感现象是电磁感应的特例(一般的电磁感应现象中变化的原磁场是外界提供的而自感现象中是靠流过线圈自身变化的电流提供一个变化的磁场(它们同属电磁感应所以自感现象遵循所有的电磁感应规律(自感电动势仅仅是减缓了原电流

的变化不会阻止原电流的变化或逆转原电流的变化(原电流最终还是要增加到稳定值或减小到零。

自感现象只有在通过电路的电流发生变化时才会产生(在判断电路性质时一般分析方法是:当流过线圈L的电流突然增大瞬间我们可以把L看成一个阻值很大的电阻;当流经L的电流突然减小的瞬间我们可以把L看作一个电源它提供一个跟原电流同向的电流(

图2电路中当S断开时我们只看到A灯闪亮了一下后熄灭那么S断开时图1电路中就没有自感电流,能否看到明显的自感现象不仅仅取决于自感电动势的大小还取决于电路的结构(在图2电路中我们预先在电路设计时取线圈的阻值远小于灯A的阻值使S断开前并联电路中的电流I>>I  S断开瞬间虽然L中电流在减小但这一电流全部流LR

过A灯仍比S断开前A灯的电流大得多且延滞了一段时间所以我们看到A灯闪亮一下后熄灭对图1的电路 S断开瞬间也有自感电流但它比断开前流过两灯的电流还小就不会出现闪亮一下的现象(

除线圈外 电路的其它部分是否存在自感现象,

当电路中的电流发生变化时 电路中每一个组成部分甚至连导线都会产生自感电动势去阻碍电流的变化只不过是线圈中产生的自感电动势比较大其它部分产生的自感电动势非常小而已。

2、 自感现象的应用——日光灯

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(1)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

(2)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。

、 日光灯的工作原理图如下:3

图中A镇流器其作用是在灯开始点燃时起产生瞬时高压的作用;在日光灯正常发光时起起降压限流作用(B是日光灯管它的内壁涂有一层荧光粉使其发出的光为柔和的白光;C是启动器它是一个充有氖气的小玻璃泡里面装上两个电极一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片组成(

【例3】如图所示的电路中A和A是完全相同的灯泡线圈L的电阻可以忽略不计下12

列说法中正确的是( )

A(合上开关S接通电路时A先亮A后亮最后一样亮21

B(合上开关S接通电路时A和A始终一样亮12

C(断开开关S切断电路时A立即熄灭A过一会熄灭21

D(断开开关S切断电路时和都要过一会才熄灭AA 12

解析:S闭合接通电路时A支路中的电流立即达到最大A先亮;由于线圈的自感作用 22

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A支路电流增加的慢A后亮。A中的电流稳定后线圈的阻碍作用消失A与A并联亮度11112一样故A正确 B不正确。 S断开时 L和A、 A组成串联的闭合回路A和A亮度一样 1212由于L中产生自感电动势阻碍L中原电流的消失使A和A过一会才熄灭故D选项正确。 12

所以答案为A、D

【高频考点突破】

考点1法拉第电磁感应定律

例1、如图12-2-11(a)所示一端封闭的两条平行光滑导轨相距L距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧导轨左右两段处于高度相差H的水平面上(圆弧导轨所在区域无磁场右段区域存在磁场B左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t) 如0

图12-2-11(b)所示两磁场方向均竖直向上(在圆弧顶端放臵一质量为m的金属棒ab与导轨左段形成闭合回路从金属棒下滑开始计时经过时间t滑到圆弧底端(设金属棒在回0

路中的电阻为R导轨电阻不计重力加速度为g(

(1)问金属棒在圆弧内滑动时 回路中感应电流的大小和方向是否发生改变,为什么,

(2)求0到时间t内回路中感应电流产生的焦耳热量(0

(3)探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B的一瞬间回路中感应电流的大小和方0

向(

解析:(1)感应电流的大小和方向均不发生改变(因为金属棒滑到圆弧任意位臵时回路中磁通量的变化率相同(?

(2)0—t时间内设回路中感应电动势大小为E感应电流为I感应电流产生的焦耳00

BE,,200热为Q 由法拉第电磁感应定律:E,,L?根据闭合电路的欧姆定律:,?由I0R,tt0

242 Q,IRt,LB/tR焦定律及??有: ?00

(3)设金属棒进入磁场B一瞬间的速度为v金属棒在圆弧区域下滑的过程中机械能守0

12恒:mgH,mv?在很短的时间内根据法拉第电磁感应定律金属棒进入磁场B区域,t02

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,,,x2瞬间的感应电动势为E则:E,,,v而?,,,BL,x L,B(t)0,t,t

,,B LL0由闭合电路欧姆定律及??求得感应电流: ?,,I2 gH,,,,Rt0,,

LL,,BLL02 gH,2 gH,根据?讨论:I(当时 I=0;II(当时 方向,,I,2 gH,,,ttRt000,,

,,B LL0为;I II(当时 方向为(2 gH,L/tb,aa,b,,I,,2 gH0,,Rt0,,

【感悟提高】电磁感应定律在应用过程中出现错误的原因主要可归结为如下几种情况:

1(对感应电动势的来源认识不到位导致错误(导体棒切割磁感线会产生“动生电动势” 、磁场变化会产生“感生电动势” 要注意两种情况同时存在时不要忽略其一(

2(对于相对运动认识不到位导致错误(公式E,BLv中的v指的是导体棒垂直切割磁感线的速度(当磁场也在运动时导体棒垂直切割磁感线的速度也就是导体棒相对于磁场运动的相对速度(如易错题1-3(

3(对电磁感应中的平均值与瞬时值认识不到位导致错误(在电磁感应中若金属棒不是做匀速运动则平均电动势与瞬时电动势往往是不相同的一定要注意它们的区别(

考点2电磁感应中的功率问题、 自感

例2、 如图12-2-4所示在磁感强度为B的匀强磁场中有一半

径为L的金属圆环(已知构成圆环的电线电阻为4r以O为轴可以0

在圆环上滑动的金属棒OA电阻为r 电阻R=R=4r(当OA棒以角速0120

度匀速转动时 电阻R的电功率最小值为P为多大,(其它电阻不计) ,10

2r,r解析:OA棒的感应电动势当OA棒A端处于圆环最上端时即时E,BL,/2环1环2圆环的等效电阻最大等效电路如图12-2-5所示其值