2022版高考物理一轮复习-第10章-电磁感应-第2节-法拉第电磁感应定律-自感-涡流教案.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第10章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律 自感 涡流教案2022版高考物理一轮复习 第10章 电磁感应 第2节 法拉第电磁感应定律 自感 涡流教案年级:姓名:- 18 -第2节法拉第电磁感应定律自感涡流一、法拉第电磁感应定律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。(2)公式:En,其中n为线圈匝数。3导体切割磁感线时的感应电动势(1
2、)垂直切割:EBlv。(2)倾斜切割:EBlvsin_,其中为v与B的夹角。(3)旋转切割(以一端为轴):EBl2。二、自感和涡流1自感现象由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。2自感电动势(1)定义:在自感现象中产生的感应电动势。(2)表达式:EL。(3)自感系数L:与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关,单位为亨利(H)。3涡流现象(1)涡流:块状金属放在变化磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的旋涡状感应电流。(2)产生原因:金属块内磁通量变化感应电动势感应电流。4电磁阻尼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相对运动。
3、5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使导体受到安培力而使导体运动起来。一、思考辨析(正确的画“”,错误的画“”)10,不一定等于0。()2线圈中磁通量变化越大,产生的感应电动势越大。()3当导体在匀强磁场中垂直磁场方向运动时(运动方向和导体垂直),感应电动势为EBLv。()4线圈中的电流越大,自感系数也越大。()5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。()6涡流是由整块导体发生的电磁感应现象,不遵从电磁感应定律。()二、走进教材1(人教版选修32P17T1改编)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是(
4、)A感应电动势的大小与线圈的匝数无关B穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大C穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同C由法拉第电磁感应定律En知,感应电动势的大小与线圈匝数有关,A错误;感应电动势正比于,与磁通量的大小无直接关系,B错误,C正确;根据楞次定律知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,即“增反减同”,D错误。2.(粤教版选修32P18T3改编)如图所示,半径为r的n匝线圈放在边长为L的正方形abcd之外,匀强磁场充满正方形区域并垂直穿过该区域,当磁场以的变化率变化时,线圈产生的感应电动势大小为()A0BnL2Cnr2Dnr2
5、B由法拉第电磁感应定律可知线圈产生的自感电动势EnL2,故B正确。3.(鲁科版选修32P33T1)在如图所示的电路中,LA为灯泡,S为开关,L为有铁芯的线圈。对于这样的电路,下列说法正确的是()A因为线圈L通电后会产生自感现象,所以S闭合后,灯泡LA中无电流通过B在S打开或闭合的瞬间,电路中都不会产生自感现象C当S闭合时,电路中会产生自感现象D在S闭合后再断开的瞬间,灯泡LA可能不立即熄灭CS闭合瞬间,由于线圈产生自感电动势而阻碍通过灯泡LA的电流的增加,但阻碍不是阻止,S闭合后有电流通过LA;S断开瞬间,线圈产生自感电动势,因电路断开,电流立即消失,灯泡LA立即熄灭,故C正确,A、B、D错误
6、。 法拉第电磁感应定律的理解和应用1对法拉第电磁感应定律的理解(1)公式En求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势,在磁通量均匀变化时,瞬时值才等于平均值。(2)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定,而与磁通量的大小、变化量的大小没有必然联系。(3)磁通量的变化率对应t图线上某点切线的斜率。(4)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。2磁通量发生变化的三种情况(1)磁通量的变化是由面积变化引起时,BS,则En。(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时,BS,则En,注意S为线圈在磁场中的有效面积。(3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起
7、的,则根据定义求,|末初|,Enn。(多选)(2019全国卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t0到tt1的时间间隔内()图(a)图(b)A圆环所受安培力的方向始终不变B圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C圆环中的感应电流大小为D圆环中的感应电动势大小为BC根据楞次定律可知在0t0时间内,磁感应强度减小,感应电流的方向为顺时针,圆环所受安培力水平向左,在t0t1时间
8、内,磁感应强度反向增大,感应电流的方向为顺时针,圆环所受安培力水平向右,所以选项A错误,B正确;根据法拉第电磁感应定律得Er2,根据电阻定律可得R ,根据欧姆定律可得I,所以选项C正确,D错误。对感应电动势En的理解与应用1.(2018全国卷)如图所示,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B(过程)
9、。在过程、中,流过OM的电荷量相等,则等于()AB CD2B设OM的电阻为R,圆的半径为l,过程:OM转动的过程中产生的平均感应电动势大小为E1,流过OM的电流为I1,则流过OM的电荷量为q1I1t1;过程:磁场的磁感应强度大小均匀增加,则该过程中产生的平均感应电动势大小为E2,电路中的电流为I2,则流过OM的电荷量为q2I2t2;由题意知q1q2,则解得,B正确,A、C、D错误。2(多选)(2018全国卷)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势()图(a)图
10、(b)A在t时为零B在t时改变方向C在t时最大,且沿顺时针方向D在tT时最大,且沿顺时针方向AC因通电导线的磁感应强度大小正比于电流的大小,故导线框R中磁感应强度与时间的变化关系类似于题图(b),感应电动势正比于磁感应强度的变化率,即题图(b)中的切线斜率,斜率的正负反映电动势的方向,斜率的绝对值反映电动势的大小。由题图(b)可知,电流为零时,电动势最大,电流最大时电动势为零,A正确,B错误;再由楞次定律可判断在一个周期内,内电动势的方向沿顺时针,时刻最大,C正确;其余时间段电动势沿逆时针方向,D错误。回路中电荷量的求解3.如图所示,长为L的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C的平行板电
11、容器上,P、Q为电容器的两个极板。磁场方向垂直于环面向里,磁感应强度以BB0kt(k0)随时间变化。t0时,P、Q两极板电势相等,两极板间的距离远小于环的半径。经时间t,电容器的P极板()A不带电B所带电荷量与t成正比C带正电,电荷量是D带负电,电荷量是D磁感应强度均匀增加,回路中产生的感应电动势的方向为逆时针方向,Q板带正电,P板带负电,A错误;由L2R,得R,感应电动势ESkR2,解得E,电容器上的电荷量QCE,B、C错误,D正确。4.如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速完全进入磁场,两次速度大小相同,方
12、向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则()AQ1Q2,q1q2BQ1Q2,q1q2CQ1Q2,q1q2DQ1Q2,q1q2C设ab和bc边长分别为Lab、Lbc,线框阻值为R,线框运动的速度为v。则有Q1BI1LabLbcLbc,q1I1tt。同理可以求得Q2BI2LbcLab,q2I2t。因为LabLbc,且两次线框运动速率相同,可得Q1Q2,q1q2,故C正确。 导体棒切割磁感线产生感应电动势的计算1理解EBlv的“五性”(1)正交性:
13、本公式是在一定条件下得出的,除磁场为匀强磁场外,还需B、l、v三者互相垂直。(2)瞬时性:若v为瞬时速度,则E为相应的瞬时感应电动势。(3)平均性: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Bl。(4)有效性:公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。如图中,棒的有效长度为ab间的距离。(5)相对性:EBlv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系。2导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况切割方式电动势表达式说明垂直切割EBlv(1)导体棒与磁场方向垂直(2)磁场为匀强磁场倾斜切割EBlvsin 其中为v与B的夹角旋转切割(以一端为轴)EBl23.“
14、找、判、定”三步确定电势的高低(2019北京高考)如图所示,垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd,其边长为L,总电阻为R,ad边与磁场边界平行。从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中,线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动,求:(1)感应电动势的大小E;(2)拉力做功的功率P;(3)ab边产生的焦耳热Q。审题指导:(1)由导体切割磁感线产生感应电动势的公式EBLv确定电动势的大小。(2)根据闭合电路欧姆定律求解感应电流的大小,由安培力FBIL和功率PFv确定拉力的功率。(3)由速度公式确定线圈在磁场中的运动时间,根据焦耳定律求解ab边产生的焦耳热。解析
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