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

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.感应电动势(1)概念:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关。(3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。2.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,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
3.导体切割磁感线的情形
1.电磁感应现象中的感生电场磁场变化时会在空间激发一种电场,这种电场叫作感生电场。产生的感应电动势叫作感生电动势。如果是由导体运动产生的感应电动势,它叫作动生电动势。感应电动势包括感生电动势和动生电动势。2.互感现象两个线圈之间没有导线连接,但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,这种现象叫作互感,产生的感应电动势叫作互感电动势。
4.涡流当某线圈中的电流随时间变化时,在它附近的任何导体,如果穿过它的磁通量发生变化,导体内都会产生感应电流,这种电流看起来就像水中的漩涡,所以把它叫作涡电流,简称涡流。5.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,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。6.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力作用,安培力使导体运动起来,这种作用称为电磁驱动。
追本溯源发生涡流时,金属块并没有接入闭合电路,为什么会产生感应电流?为什么变压器的铁芯利用薄硅钢片叠压而成,而不采用一块整硅钢?提示 金属块自身构成闭合回路,导体内部等效成许多闭合电路,当穿过金属块的磁通量变化时,金属块内部会产生感应电流。变压器的铁芯采用薄硅钢片叠压而成,目的是减小涡流,减小铁芯的发热量,进而提高变压器的效率。
1.思考判断(1)线圈中磁通量越大,产生的感应电动势越大。(　　)(2)线圈中磁通量变化越大,产生的感应电动势越大。(　　)(3)线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大。(　　)(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也能产生感应电动势。(　　)(5)线圈中的电流越大,自感系数越大。(　　)(6)对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈中的自感电动势越大。(　　)
2.(多选)下列关于自感现象的说法,正确的是(　　)A.自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B.线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C.线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D.加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大
解析:线圈中自感电动势的方向总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化,可能与原电流方向相同,也可能与原电流方向相反,B错误。
3.(2020·上海奉贤区一模)如图甲所示,一线圈匝数为100,横截面积为0.01 m2,线圈电阻忽略不计,磁场与线圈轴线成30°角向右穿过线圈。若在2 s内磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示,则该段时间内线圈两端a和b之间的电势差Uab为(　　)
整合构建1.感应电动势的决定因素
【典例1】 如图甲所示,一个阻值为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乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计。求在0~t1时间内: (1)通过电阻R1的电流大小和方向;(2)通过电阻R1的电荷量q。
(4)相对性:E=Blv中的速度v是相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对关系。
【典例3】 (多选)如图所示,两个同心金属圆环水平放置,半径分别是r和2r,两环间有磁感应强度为B、方向垂直环面向里的匀强磁场,在两环间连有一个电容为C的电容器,a、b是电容器的两个极板。长为r的金属棒MN沿半径方向放置在两环间且与两环接触良好,并绕圆心以角速度ω做逆时针方向(垂直环面向里看)的匀速圆周运动。下列说法正确的是(　　)A.金属棒中有从N到M的电流B.电容器a极板带正电
方法归纳动生电动势的电路分析(1)把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路,那部分电路或导体相当于电源。(2)若电路不是闭合的,可直接用右手定则判断出电动势方向。(3)电源内部电流的方向是由负极(低电势)流向正极(高电势),外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低。
训练突破2.(多选)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
解析:穿过闭合回路的磁通量Φ=0,选项A正确。回路中的感应电动势为ab、cd两边产生电动势之和,为E=Blabv0+Blcdv0=2Blv0,选项B正确。由右手定则可知感应电流的方向为逆时针方向,选项C错误。由左手定则可知ab边与cd边所受的安培力方向均向左,选项D正确。
整合构建通电自感和断电自感的比较
【典例4】 (多选)如图甲、乙所示的电路中,电阻R和线圈L的直流电阻都很小,且小于灯泡A的电阻,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则(　　) A.在电路甲中,断开S后,A将逐渐变暗B.在电路甲中,断开S后,A将闪亮一下,然后逐渐变暗C.在电路乙中,断开S后,A将逐渐变暗D.在电路乙中,断开S后,A将闪亮一下,然后逐渐变暗
解析:题图甲所示电路中,灯A和线圈L串联,电流相同,断开S时,线圈上产生自感电动势,通过R、A形成回路,灯A逐渐变暗,选项A正确,B错误。题图乙所示电路中,电阻R和灯A串联,灯A的电阻大于线圈L的电阻,电流则小于线圈L中的电流,断开S时,线圈L产生自感电动势,通过R、A形成回路,灯A中电流比原来大,A将闪亮一下,然后逐渐变暗,选项C错误,D正确。
特别提醒1.对自感现象“阻碍”作用的理解(1)流过线圈的电流增大时,线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增大,使其只能缓慢地增大。(2)流过线圈的电流减小时,线圈中产生的自感电动势阻碍原电流的减小,使其只能缓慢地减小。2.分析自感现象应注意(1)通过自感线圈中的电流不能发生突变,即通电过程中,电流逐渐变大,断电过程中,电流逐渐变小。断电过程线圈可等效为“电源”,该“电源”与其他电路元件形成回路。(2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”:若断电后通过灯泡的电流比原来强,则灯泡先闪亮,再慢慢熄灭。
训练突破3.(多选)如图所示的电路中,L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2是两个完全相同的灯泡,E是一内阻不计的电源。t=0时刻,闭合开关S,经过一段时间后,电路达到稳定,t1时刻断开开关S。I1、I2分别表示通过灯泡D1和D2的电流,规定图中箭头所示的方向为电流正方向,以下各图能定性描述电流I随时间t变化关系的是(　　)
解析:当S闭合时,L的自感电动势会阻碍电流变大,电流从D1流过,阻碍作用逐渐变小,L中的电流逐渐变大,D1中的电流逐渐变小至零;D2中的电流为电路总电流,电流流过D1时,电路总电阻较大,电流较小,当D1中电流为零时,电流流过L与D2,电流变大至稳定;当S断开时,D2马上熄灭,L产生自感电动势与D1组成回路,D1慢慢熄灭,电流反向且减小;综上所述知选项A、C正确。
整合构建1.对涡流的理解(1)本质:电磁感应现象。(2)条件:穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块本身构成闭合回路。(3)特点:整个导体回路的电阻一般很小,感应电流很大,故金属块的发热功率很大。(4)产生涡流的两种情况:①块状金属放在变化的磁场中;②块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。
2.电磁阻尼与电磁驱动的比较
训练突破4.(多选)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示。实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后。下列说法正确的是(　　)A.圆盘上产生了感应电动势B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
解析:当圆盘转动时,圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线,产生感应电动势,选项A正确。铜圆盘上存在许多小的闭合回路,当它转动时,穿过小的闭合回路的磁通量发生变化,回路中产生感应电流,根据楞次定律,感应电流阻碍其相对运动,但抗拒不了相对运动,故磁针会随圆盘一起转动,但略有滞后,选项B正确。根据对称性,在圆盘转动过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零,选项C错误。圆盘呈电中性,圆盘的转动不能形成环形电流,不会对小磁针有带动作用,选项D错误。
5.扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
解析:感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中,出现扰动后,紫铜薄板随之上下及左右振动,在磁场中的部分有时多有时少,磁通量发生变化,产生感应电流,受到安培力,阻碍紫铜薄板的振动。在B图中,只有紫铜薄板向左振动才产生感应电流,而上下振动无感应电流产生。在C图中,无论紫铜薄板上下振动还是左右振动,都不会产生感应电流。在D图中,只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流,而上下振动无感应电流产生,故选项A正确,B、C、D错误。
6.(多选)电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理,通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部就会产生交变的电流。它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点。下列关于电磁炉的说法正确的是(　　)A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品C.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热D.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率