浙江省高考物理總復(fù)習(xí) 第9章第二節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流課件 大綱人教版

第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流課堂互動講練課堂互動講練經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練第第二二節(jié)節(jié)法法拉拉第第電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)定定律律自自感感渦渦流流基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、法拉第電磁感應(yīng)定律一、法拉第電磁感應(yīng)定律1法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的過這一電路的磁通量的_成正比成正比變化率變化率2導(dǎo)體切割磁感線的情形導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)若若B、l、v相互垂直，則相互垂直，則E_.(2)EBlvsin，為運(yùn)動方向與磁感線方向的夾角為運(yùn)動方向與磁感線方向的夾角(3)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動：導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動：Blv二、自感和渦流二、自感和渦流1自感現(xiàn)象：當(dāng)導(dǎo)體中電流發(fā)生變化時，導(dǎo)體自感現(xiàn)象：當(dāng)導(dǎo)體中電流發(fā)生變化時，導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢總是本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢總是_導(dǎo)體中原來電流的導(dǎo)體中原來電流的_，這種由于導(dǎo)體本身電，這種由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象2自感電動勢自感電動勢阻礙阻礙變化變化大小大小圈數(shù)圈數(shù)亨利亨利(H)1031063渦流渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生像體中都會產(chǎn)生像_狀的感應(yīng)電流狀的感應(yīng)電流(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，感應(yīng)電流電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到會使導(dǎo)體受到_，安培力的方向總是，安培力的方向總是_導(dǎo)體的運(yùn)動導(dǎo)體的運(yùn)動(2)電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生中會產(chǎn)生_，使導(dǎo)體受到安培力作用，使導(dǎo)體受到安培力作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用_的原理工作的原理工作的的水的旋渦水的旋渦安培力安培力阻礙阻礙感應(yīng)電流感應(yīng)電流電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)特別提示：特別提示：自感作用延緩了電路中電流的自感作用延緩了電路中電流的變化，使得在通電瞬間含電感的電路相當(dāng)變化，使得在通電瞬間含電感的電路相當(dāng)于斷路；斷電時電感線圈相當(dāng)于一個電源，于斷路；斷電時電感線圈相當(dāng)于一個電源，通過放電回路將儲存的能量釋放出來通過放電回路將儲存的能量釋放出來課堂互動講練課堂互動講練即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)1.關(guān)于電路中感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確關(guān)于電路中感應(yīng)電動勢的大小，下列說法正確的是的是()A穿過電路的磁通量越大，感應(yīng)電動勢就越大穿過電路的磁通量越大，感應(yīng)電動勢就越大B電路中磁通量的改變量越大，感應(yīng)電動勢就電路中磁通量的改變量越大，感應(yīng)電動勢就越大越大C電路中磁通量改變越快，感應(yīng)電動勢就越大電路中磁通量改變越快，感應(yīng)電動勢就越大D若電路中某時刻磁通量為零，則該時刻感應(yīng)若電路中某時刻磁通量為零，則該時刻感應(yīng)電流一定為零電流一定為零解析：解析：選選C.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢正比于磁通量的變化率，勢正比于磁通量的變化率，C選項(xiàng)中磁通量變化選項(xiàng)中磁通量變化越快，則磁通量的變化率越大，故越快，則磁通量的變化率越大，故C選項(xiàng)正確，選項(xiàng)正確，A、B選項(xiàng)錯誤某時刻的磁通量為零，但該時刻磁選項(xiàng)錯誤某時刻的磁通量為零，但該時刻磁通量的變化率不一定為零，所以感應(yīng)電流也就不通量的變化率不一定為零，所以感應(yīng)電流也就不一定為零，一定為零，D選項(xiàng)錯誤，故選選項(xiàng)錯誤，故選C.特別提醒：特別提醒：(1)對公式對公式EBlv，要在理解的基礎(chǔ)上，要在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù)如果應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù)如果B、l、v中任意兩中任意兩個量平行，則導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時不切割磁感線，個量平行，則導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時不切割磁感線，E0.(2)若導(dǎo)線是曲線，則若導(dǎo)線是曲線，則l應(yīng)是導(dǎo)線的有效長度，即當(dāng)應(yīng)是導(dǎo)線的有效長度，即當(dāng)導(dǎo)線垂直切割磁感線時，導(dǎo)線垂直切割磁感線時，l是兩端點(diǎn)的連線在垂直是兩端點(diǎn)的連線在垂直于于v方向上的投影長度方向上的投影長度(3)整個回路中感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段整個回路中感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)2(2009年高考山東理綜卷年高考山東理綜卷)如圖如圖921所示，一所示，一導(dǎo)線彎成半徑為導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線的半圓形閉合回路虛線MN右右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于回路所在的平面回路以速度所在的平面回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場，直向右勻速進(jìn)入磁場，直徑徑CD始終與始終與MN垂直從垂直從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是()A感應(yīng)電流方向不變感應(yīng)電流方向不變BCD段直導(dǎo)線始終不受安培力段直導(dǎo)線始終不受安培力C感應(yīng)電動勢最大值感應(yīng)電動勢最大值EmBav圖圖921三、對自感現(xiàn)象的進(jìn)一步理解三、對自感現(xiàn)象的進(jìn)一步理解1自感線圈的作用自感線圈的作用(1)使線圈中的電流漸變而不突變，即電流從一個使線圈中的電流漸變而不突變，即電流從一個值到另一個值總需要一定的時間值到另一個值總需要一定的時間(2)在阻礙電流增大的過程中本身儲存了磁場能，在阻礙電流增大的過程中本身儲存了磁場能，而在阻礙電流減小的過程中，又把儲存的磁場能而在阻礙電流減小的過程中，又把儲存的磁場能釋放出來釋放出來(3)當(dāng)流過自感線圈的電流不變時，線圈僅起導(dǎo)線當(dāng)流過自感線圈的電流不變時，線圈僅起導(dǎo)線(或電阻或電阻)的作用的作用2自感電動勢的方向自感電動勢的方向(1)如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的，自感電動勢就要阻礙原來電流的增大，即感應(yīng)電流的方向與就要阻礙原來電流的增大，即感應(yīng)電流的方向與原電流方向相反原電流方向相反(2)如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動勢就要阻礙原來電流的減小，即感應(yīng)電流的方向與就要阻礙原來電流的減小，即感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同原電流的方向相同通電自感通電自感斷電自感斷電自感電路電路圖圖器材器材要求要求A1、A2同規(guī)格，同規(guī)格，RRL，L較大較大L很大很大(有鐵芯有鐵芯)，RLRA現(xiàn)象現(xiàn)象在在S閉合瞬間，閉合瞬間，A2燈立燈立即亮起來，即亮起來，A1燈逐漸變燈逐漸變亮，最終一樣亮亮，最終一樣亮在開關(guān)在開關(guān)S斷開時，斷開時，燈燈A突然閃亮一下突然閃亮一下后再漸漸熄滅后再漸漸熄滅3通電自感和斷電自感的對比通電自感和斷電自感的對比通電自感通電自感斷電自感斷電自感原因原因由于開關(guān)閉合時，由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流過電感線圈的電流迅速增大，使線流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，阻礙了電流的增大，使流過燈使流過燈A1的電流的電流比流過燈比流過燈A2的電流的電流增加得慢增加得慢S斷開時，線圈斷開時，線圈L產(chǎn)生自感電產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；使電流繼續(xù)存在一段時間；燈燈A中電流反向不會立即熄中電流反向不會立即熄滅若滅若RLIA，則則A燈熄滅前要閃亮一燈熄滅前要閃亮一下若下若RLRA，原來的電流，原來的電流ILIA，則燈，則燈A逐漸熄滅不再逐漸熄滅不再閃亮一下閃亮一下能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化情況化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能電能轉(zhuǎn)化為磁場能 磁場能轉(zhuǎn)化為電能磁場能轉(zhuǎn)化為電能特別提醒：特別提醒：(1)通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙通電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加且與電流方向相反，此時含線圈電流的增加且與電流方向相反，此時含線圈L的的支路相當(dāng)于斷開支路相當(dāng)于斷開(2)斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相斷電時線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當(dāng)于電源，同，在與線圈串聯(lián)的回路中，線圈相當(dāng)于電源，它提供的電流從原來的它提供的電流從原來的IL逐漸變小但流過燈逐漸變小但流過燈A的的電流方向與原來相反電流方向與原來相反(3)自感電動勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不能自感電動勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向使過程停止，更不能使過程反向即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)3(2011年杭州學(xué)軍中學(xué)檢測年杭州學(xué)軍中學(xué)檢測)如圖如圖922所示，所示，自感線圈的電阻比燈泡的電阻自感線圈的電阻比燈泡的電阻R小得多，圖中方小得多，圖中方框?yàn)橐恢绷麟娫?，框?yàn)橐恢绷麟娫?，S一直合上時，燈泡正常發(fā)光；一直合上時，燈泡正常發(fā)光；S斷開的瞬間，經(jīng)過燈泡的電流方向?yàn)閿嚅_的瞬間，經(jīng)過燈泡的電流方向?yàn)閍Rb，那么那么()A直流電源的左邊為正極直流電源的左邊為正極B直流電源的右邊為正極直流電源的右邊為正極CS一直合上時，一直合上時，abDS斷開的瞬間，斷開的瞬間，ab圖圖922解析：解析：選選BD.S斷開瞬間，由于加在線圈和燈泡兩端斷開瞬間，由于加在線圈和燈泡兩端的電壓立即消失，通過線圈的電流減小，如果線圈的電壓立即消失，通過線圈的電流減小，如果線圈為一直導(dǎo)線時，電流會急劇減小至為一直導(dǎo)線時，電流會急劇減小至0，燈泡也立即，燈泡也立即熄滅；但線圈在電流減小時，會產(chǎn)生自感電動勢，熄滅；但線圈在電流減小時，會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的急劇減小，延遲電流變化的時間，線圈阻礙電流的急劇減小，延遲電流變化的時間，線圈原有的電流方向不改變，且通過與之串聯(lián)的燈泡，原有的電流方向不改變，且通過與之串聯(lián)的燈泡，使燈泡的亮度逐漸減弱由于線圈原有電流大于燈使燈泡的亮度逐漸減弱由于線圈原有電流大于燈泡的電流，所以當(dāng)泡的電流，所以當(dāng)S斷開時斷開時，燈泡會先閃亮一下再，燈泡會先閃亮一下再逐漸熄滅這里線圈相當(dāng)于燈泡的電源由以上分逐漸熄滅這里線圈相當(dāng)于燈泡的電源由以上分析可知，經(jīng)過燈泡的電流為析可知，經(jīng)過燈泡的電流為aRb，則線圈中原，則線圈中原有的電流方向?yàn)橛械碾娏鞣较驗(yàn)閎La，即電源與，即電源與b點(diǎn)相接處為正點(diǎn)相接處為正極，極，B選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確S閉合時，閉合時，ba；S斷開時，線圈斷開時，線圈相當(dāng)于電源，則有相當(dāng)于電源，則有ab，D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究公式公式En/t的應(yīng)用的應(yīng)用有一面積為有一面積為S100cm2的金屬環(huán)如圖的金屬環(huán)如圖923甲所示，電阻為甲所示，電阻為R0.1，環(huán)中磁場變化規(guī)，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖乙所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在律如圖乙所示，且磁場方向垂直環(huán)面向里，在t1到到t2時間內(nèi)時間內(nèi)(1)環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？環(huán)中感應(yīng)電流的方向如何？(2)通過金屬環(huán)的電荷量為多少？通過金屬環(huán)的電荷量為多少？圖圖923【答案答案】(1)見解析見解析(2)0.01C(2011年福建莆田質(zhì)檢年福建莆田質(zhì)檢)如圖如圖924所示，所示，水平面上固定一個間距水平面上固定一個間距L1m的光滑平行金屬導(dǎo)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，整個導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度軌，整個導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1T的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌一端接阻值的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌一端接阻值R9的電的電阻導(dǎo)軌上有質(zhì)量阻導(dǎo)軌上有質(zhì)量m1kg、電阻、電阻r1、長度也、長度也為為1m的導(dǎo)體棒，在外力的作用下從的導(dǎo)體棒，在外力的作用下從t0開始沿平開始沿平行導(dǎo)軌方向運(yùn)動，其速度隨時間的變化規(guī)律是行導(dǎo)軌方向運(yùn)動，其速度隨時間的變化規(guī)律是v，不計(jì)導(dǎo)軌電阻求：，不計(jì)導(dǎo)軌電阻求：公式公式EBlv的應(yīng)用的應(yīng)用(1)t4s時導(dǎo)體棒受到的安培力的大??；時導(dǎo)體棒受到的安培力的大??；(2)請?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出電流平方與時間的關(guān)系請?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出電流平方與時間的關(guān)系(I2t)圖象，并通過該圖象計(jì)算出圖象，并通過該圖象計(jì)算出4s時間內(nèi)電阻時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量上產(chǎn)生的熱量圖圖924圖圖925【答案答案】(1)0.4N(2)2.88J【名師歸納名師歸納】求感應(yīng)電動勢時，首先應(yīng)弄清產(chǎn)求感應(yīng)電動勢時，首先應(yīng)弄清產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的類型，然后選取適當(dāng)規(guī)律生感應(yīng)電動勢的類型，然后選取適當(dāng)規(guī)律變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練如圖如圖926所示，平行導(dǎo)軌間距為所示，平行導(dǎo)軌間距為d，左端跨接一個電阻左端跨接一個電阻R，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面一根金屬棒與方向垂直于平行金屬導(dǎo)軌所在平面一根金屬棒與導(dǎo)軌成導(dǎo)軌成角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)當(dāng)角放置，金屬棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)當(dāng)金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度金屬棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金屬導(dǎo)在金屬導(dǎo)軌上滑行時，通過電阻軌上滑行時，通過電阻R的電流是的電流是()圖圖926(滿分樣板滿分樣板12分分)如圖如圖927所示，兩根所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為的電阻為r00.10/m，導(dǎo)軌的端點(diǎn)，導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l0.20m有隨時間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知有隨時間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時間與時間t的關(guān)系為的關(guān)系為Bkt，比例系數(shù)，比例系數(shù)k0.020T/s.一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)軌垂直感生電動勢、動生電動勢同時存在的感生電動勢、動生電動勢同時存在的問題問題圖圖927在在t0時刻，金屬桿緊靠在時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在t6.0s時時金屬桿所受的安培力金屬桿所受的安培力【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】金屬桿運(yùn)動產(chǎn)生動生電動勢，磁金屬桿運(yùn)動產(chǎn)生動生電動勢，磁場變化產(chǎn)生感生電動勢，回路中的總電動勢大小場變化產(chǎn)生感生電動勢，回路中的總電動勢大小等于動生電動勢和感生電動勢之和等于動生電動勢和感生電動勢之和【答案答案】1.44103N【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】解答本題的關(guān)鍵是要能分析出回路解答本題的關(guān)鍵是要能分析出回路中存在著兩個感應(yīng)電動勢中存在著兩個感應(yīng)電動勢由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化由磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化引起的感生電動勢和由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的動引起的感生電動勢和由金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的動生電動勢，并且要分析清楚這兩個電動勢在回路中生電動勢，并且要分析清楚這兩個電動勢在回路中極性間的關(guān)系，即是同向的還是反向的極性間的關(guān)系，即是同向的還是反向的(2010年高考江蘇卷年高考江蘇卷)如圖如圖928所示的電所示的電路中，電源的電動勢為路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為r，電感，電感L的電的電阻不計(jì)，電阻阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡的阻值大于燈泡D的阻值在的阻值在t0時刻閉合開關(guān)時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在，經(jīng)過一段時間后，在tt1時刻斷時刻斷開開S.下列表示下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓兩點(diǎn)間電壓UAB隨時間隨時間t變化的變化的圖象中，正確的是圖象中，正確的是()自感問題分析自感問題分析圖圖928圖圖929【答案答案】B【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】(1)自感線圈中的電流增自感線圈中的電流增加時，電流增加的越來越慢，電流減小加時，電流增加的越來越慢，電流減小時，減小的越來越慢時，減小的越來越慢(2)斷電時，線圈中的電流方向不變斷電時，線圈中的電流方向不變