高中物理人教版 (新课标)选修34 法拉第电磁感应定律教案配套ppt课件
展开一、感应电动势1.定义:在 现象中产生的电动势.产生电动势的那部分导体相当于电源,其电阻相当于电源的内阻.
2.产生条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的 发生变化,电路中就一定产生感应电动势.
3.感应电流与感应电动势的关系(1)在等效电源内部电流由 极流向 极.(2)遵守 定律,即I= .
二、法拉第电磁感应定律1.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: .
2.导体切割磁感线产生的感应电动势(1)运动方向和磁感线不垂直①E= ;②θ为导线运动方向跟 方向的夹角.(2)运动方向和磁感线方向垂直:E= .(3)导体棒以端点为轴转动切割:E= Bl2ω.
三、自感与涡流1.自感现象:由于通过导体自身的 而产生的电磁感应现象.2.自感电动势(1)定义:在 中产生的感应电动势.(2)表达式:(3)自感系数L①相关因素:与线圈的 、形状、 ,以及是否有铁芯等因素有关.②单位:亨利(H),1 mH= H,1 μH= H.
(4)自感现象中自感线圈的作用①通电自感:通电时电流增大,阻碍电流增大,自感电动势和原来电流方向相反.②断电自感:断电时电流减小,阻碍电流减小,自感电动势与原来电流方向相同.自感线圈的特点可以总结为这样几句话:闭合时,像电阻;稳定时,像导线;断开时,像电源.
3.涡流(1)概念:发生电磁感应时,导体中产生的像水中的旋涡样的 .(2)产生原因:变化的电流产生 ,激发出 ,形成感应电流.
(3)应用①电磁阻尼: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电磁驱动: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.
1.下列说法正确的是 ( )A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大C.线圈处在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化得越快,线圈中产生的感应电动势越大
2.穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如图9-2-1①~④所示,下列关于回路中产生的感应电动势的论述,正确的是 ( )
A.图①中,回路产生的感应电动势恒定不变B.图②中,回路产生的感应电动势一直在变大C.图③中,回路在0~t1时间内产生的感应电动势小于在t1~t2时间内产生的感应电动势D.图④中,回路产生的感应电动势先变小再变大
3.关于线圈的自感系数,下面说法正确的是 ( )A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快,自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定
解析:自感系数是由线圈自身的匝数、大小、形状、有无铁芯等因素决定的,故B、C错,D对;电动势不仅由自感系数决定,还与电流变化快慢有关,故A错.
4.如图9-2-2所示,在x≤0的区域内存在匀强磁场,磁场的方向垂直于xy平面(纸面)向里.具有一定电阻的矩形线框abcd位于xy平面内,线框的ab边与y轴重合.令线框从t=0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动,则线框中的感应电流(取逆时针方向的电流为正)随时间t的变化图线I-t图可能是图9-2-3中的 ( )
解析:线框匀加速向右运动时,cd边切割磁感线,由右手定则知电流方向为顺时针,方向为负;由E=Blv知,v均匀增加,电流成线性增大,故C项正确.
5.如图9-2-4所示,电路中A、B是完全相同的灯泡,L是一带铁芯的线圈.开关S原来闭合,则开关S断开的瞬间 ( )A.L中的电流方向改变,灯泡 B立即熄灭B.L中的电流方向不变,灯泡A比B熄灭慢C.L中的电流方向改变,灯泡A比B熄灭慢D.L中的电流方向不变,灯泡B要过一会儿才熄灭
解析:当开关S断开时,L与灯泡A组成回路,由于自感,L中的电流由原来数值逐渐减小,电流方向不变,A灯熄灭要慢;B灯电流瞬间消失,立即熄灭,正确的选项为B.
[典例启迪][例1] 如图9-2-5(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连接成闭合回路.线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内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.求0至t1时间内:
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向;(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量.
[思路点拨] 解答本题时应注意以下三个方面:(1)磁场的面积为πr22.(2)圆形线圈有阻值.(3)B均匀减小,线圈中的电流为定值.
[题组突破]1.如图9-2-6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9-2-7中的 ( )
2.一线圈匝数为10匝,两接线端连一C=100 μF的电容器,组成如图9-2-8甲所示的回路,回路所围面积S=0.1 m2,取穿过线圈垂直向里的方向为磁场的正方向,穿过回路的磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示.则关于电容器两极板上的电荷量大小及M、N两极板带电的正负,下列说法中正确的是 ( )
A.带电荷量1.2×10-3 C,M极板带正电B.带电荷量1.2×10-3 C,N极板带正电C.带电荷量1.2×10-4 C,M极板带正电D.带电荷量1.2×10-4 C,N极板带正电
[典例启迪][例2] 在范围足够大,方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,宽度为L=0.4 m,如图9-2-9所示,框架上放置一质量为0.05 kg、电阻为1 Ω的金属杆cd,框架电阻不计.若杆cd以恒定加速度a=2 m/s2,由静止开始做匀变速运动,求:
(1)在5 s内平均感应电动势是多少?(2)第5 s末回路中的电流多大?(3)第5 s末作用在杆cd上的水平外力多大?
(3)杆cd匀加速运动,由牛顿第二定律得:F-F安=ma即F=BIL+ma=0.164 N.
[答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N
[题组突破]3.如图9-2-10所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒ab以水平速度v0抛出.设在整个过程中,棒的取向不变且不计空气阻力,则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是 ( )A.越来越大 B.越来越小C.保持不变 D.无法判断
解析:金属棒水平抛出后,在垂直于磁场方向的速度不变,由E=BLv可知,感应电动势也不变.C项正确.
4.(2010·全国卷Ⅰ)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为4.5×10-5 T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100 m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过.设落潮时,海水自西向东流,流速为2 m/s.下列说法正确的是 ( )A.河北岸的电势较高B.河南岸的电势较高C.电压表记录的电压为10mVD.电压表记录的电压为5 mV
解析:由右手定则知,感应电流方向由南指向北,所以河北岸电势高,A正确,由E=BLv得E=9×10-3 V,C错.
5.(2010·山东高考)如图9-2-11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′对称的位置时下列判断错误的是 ( )
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
解析:本题考查磁通量、法拉第电磁感应定律、右手定则、安培力、左手定则等电磁学的知识点,意在考查考生理解和综合运用知识的能力;当回路运动到关于OO′对称的位置时,穿过回路的两个相反方向的磁场面积相等,且磁感应强度大小均为B,穿过回路的磁通量为零,选项A正确;ab、cd两个边均切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可判断出,两个边产生的感应电流的方向均为逆时针方向,所以回路中感应电动势大小为2Blv0,选项B正确,选项C错误;根据左手定则可判断出回路中ab、cd两个边所受安培力的方向相同,选项D正确.
[典例启迪][例3] 在如图9-2-12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
[思路点拨] 通电时,线圈相当于较大电阻逐渐减小的过程,断电时,线圈中的电流逐渐减小为零.
[解析] 合上开关,b灯先亮,由于L的自感作用,a灯逐渐变亮;断开开关,线圈L和灯b、a组成串联回路,a、b一起变暗直至熄灭.故选C.
[归纳领悟](1)线圈总是阻碍电流变化.电流增大时,它阻碍电流的增大,相当于电阻;电流减小时,它阻碍电流的减小,相当于电源.(2)断电时,与线圈组成的闭合电路中,电流的大小和方向与线圈中原来电流相同.
[题组突破]6.(2011·银川模拟)在图9-2-13所示的电路中,两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央,当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;电流从“-”接线柱流入时,指针向左摆.在电路接通后再断开的瞬间,下列说法中符合实际情况的是 ( )
A.G1表指针向左摆,G2表指针向右摆B.G1表指针向右摆,G2表指针向左摆C.G1、G2表的指针都向左摆D.G1、G2表的指针都向右摆
解析:电路接通后线圈中电流方向向右,当电路断开时,线圈中电流减小,产生与原方向相同的自感电动势,与G2和电阻组成闭合回路,所以G1中电流方向向右,G2中电流方向向左,即G1指针向右摆,G2指针向左摆.B项正确.
7.如图9-2-14所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路,L两端并联一只电压表,用来测自感线圈的直流电压,在测量完毕后,将电路解体时应先 ( )A.断开S1 B.断开S2C.拆除电流表 D.拆除电阻R
解析:当S1、S2均闭合时,电压表与线圈L并联;当S2闭合而S1断开时,电压表与线圈L串联,所以在干路断开前后自感线圈L中电流方向相同而电压表中电流方向相反.只要不断开S2,线圈L与电压表就会组成回路,在断开干路时,L中产生与原来电流同方向的自感电流,使电压表中指针反向转动而可能损坏电压表.正确答案为B.
(10分)如图9-2-15甲所示,光滑导轨宽0.4 m,ab为金属棒,均匀变化的磁场垂直穿过轨道平面,磁场的变化情况如图乙所示,金属棒ab的电阻为1 Ω,导轨电阻不计.t=0时刻,ab棒从导轨最左端,以v=1 m/s的速度向右匀速运动,求:1 s末回路中的感应电流及金属棒ab受到的安培力.
[自主尝试] (试一试,能否做到正确解答)
高考物理一轮复习第11章第2节法拉第电磁感应定律涡流自感课件: 这是一份高考物理一轮复习第11章第2节法拉第电磁感应定律涡流自感课件,共56页。PPT课件主要包含了链接教材·夯基固本,细研考点·突破题型等内容,欢迎下载使用。
2023高考物理全复习(统考版)第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件PPT: 这是一份2023高考物理全复习(统考版)第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件PPT,共36页。PPT课件主要包含了必备知识·自主排查,关键能力·分层突破,电磁感应现象,磁通量,楞次定律,右手定则,磁通量的变化率,Blv,自感电动势,感应电流等内容,欢迎下载使用。
人教版高考物理一轮复习第12章第2讲法拉第电磁感应定律自感互感涡流PPT课件: 这是一份人教版高考物理一轮复习第12章第2讲法拉第电磁感应定律自感互感涡流PPT课件,共47页。PPT课件主要包含了内容索引,知识巩固,ACD,ABD等内容,欢迎下载使用。