2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 第2課時(shí) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感和渦流課件 教科版.ppt

第2課時(shí)法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 法拉第電磁感應(yīng)定律1 感應(yīng)電動(dòng)勢 1 概念 由產(chǎn)生的電動(dòng)勢 2 產(chǎn)生條件 穿過回路的發(fā)生改變 與電路是否閉合 3 方向判斷 感應(yīng)電動(dòng)勢的方向用或判斷 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 1 內(nèi)容 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 跟穿過這個(gè)電路的成正比 2 公式 E n 其中n為線圈匝數(shù) 3 感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系 遵守閉合電路的定律 即I 電磁感應(yīng) 磁通量 無關(guān) 楞次定律 右手定則 磁通量的變化率 歐姆 3 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢 Lv t BLv t BLv vcos vsin BLvsin 1 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 如圖 導(dǎo)體棒以某一端點(diǎn)為軸 在勻強(qiáng)磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E BL 平均速度等于中點(diǎn)位置的線速度L 2 下面圖示情況 a b c d四段導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢各為多大 Ea Eb Ec Ed 導(dǎo)體b向垂直于導(dǎo)體棒的方向運(yùn)動(dòng)時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢最大 最大是 BLv BLv BLv BLv 二 自感 渦流1 自感 1 概念 由于導(dǎo)體線圈本身的變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 叫做自感 2 自感電動(dòng)勢 定義 在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫做 表達(dá)式 EL 3 自感系數(shù)L 相關(guān)因素 跟線圈的 體積 以及是否有鐵芯有關(guān) 單位 亨利 H 1mH H 1 H H 2 渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí) 在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生 這種電流像水的旋渦 所以叫渦流 電流 自感電動(dòng)勢 匝數(shù) 形狀 感應(yīng)電流 10 3 10 6 自主檢測 1 思考判斷 1 磁通量變化越大 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也越大 2 磁通量變化越快 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢就越大 3 磁場相對導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí) 導(dǎo)體棒中也能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 4 線圈匝數(shù)n越多 磁通量越大 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大 5 線圈中的電流越大 自感系數(shù)也越大 6 自感電動(dòng)勢阻礙電流的變化 但不能阻止電流的變化 答案 1 2 3 4 5 6 2 2018 惠州調(diào)研 多選 如圖 甲 所示 面積S 1m2的導(dǎo)體圓環(huán)內(nèi)通有垂直于圓平面向里的磁場 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖 乙 所示 B取向里為正 以下說法正確的是 A 環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B 環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流C 環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為1VD 環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為2V AC 3 2018 無錫模擬 如圖所示 三個(gè)燈泡L1 L2 L3的電阻關(guān)系為R1 R2 R3 電感線圈L的電阻可忽略 D為理想二極管 開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí) 下列判斷正確的是 A L1逐漸變暗 L2 L3均先變亮 然后逐漸變暗B L1逐漸變暗 L2立即熄滅 L3先變亮 然后逐漸變暗C L1立即熄滅 L2 L3均逐漸變暗D L1 L2 L3均先變亮 然后逐漸變暗 B 解析 開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時(shí) 由于R1I2 I3 開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí) L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢 由于二極管的反向截止作用 L2立即熄滅 電感線圈 L1 L3組成閉合回路 L1逐漸變暗 通過L3的電流由I3變?yōu)镮1 再逐漸減小 故L3先變亮 然后逐漸變暗 選項(xiàng)B正確 核心探究分類探究 各個(gè)擊破 考點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用 典例1 2018 合肥校級模擬 多選 在如圖 甲 所示的電路中 螺線管匝數(shù)n 1500匝 橫截面積S 20cm2 螺線管導(dǎo)線電阻r 1 0 R1 4 0 R2 5 0 C 30 F 在一段時(shí)間內(nèi) 穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖 乙 所示的規(guī)律變化 則下列說法中正確的是 A 螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為1 2VB 閉合S 電路中的電流穩(wěn)定后電容器上極板帶正電C 電路中的電流穩(wěn)定后 電阻R1的電功率為5 10 2WD S斷開后 流經(jīng)R2的電荷量為1 8 10 5C AD 方法技巧應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律注意點(diǎn) 多維訓(xùn)練 1 導(dǎo)學(xué)號58826210 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 2018 山東棗莊檢測 如圖 甲 所示 圓形線圈垂直放在勻強(qiáng)磁場里 第1s內(nèi)磁場方向指向紙里 如圖 乙 若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖 甲 那么 下面關(guān)于線圈中感應(yīng)電流的說法正確的是 A 在第1s內(nèi)感應(yīng)電流增大 電流方向?yàn)轫槙r(shí)針B 在第2s內(nèi)感應(yīng)電流減小 電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針C 在第3s內(nèi)感應(yīng)電流大小不變 電流方向?yàn)轫槙r(shí)針D 在第4s內(nèi)感應(yīng)電流大小不變 電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 C 2 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 2016 北京卷 16 如圖所示 勻強(qiáng)磁場中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a b 磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別為Ea和Eb 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說法正確的是 A Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B Ea Eb 4 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D Ea Eb 2 1 感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向 B 考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算 公式E BLv的 四性 1 正交性 公式是在一定條件下得出的 除磁場為勻強(qiáng)磁場外 還需B L v三者互相垂直 2 瞬時(shí)性 若v為瞬時(shí)速度 則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢 3 有效性 公式中的L為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度 即導(dǎo)體與v垂直方向上的投影長度 如圖中有效長度分別為 4 相對性 公式中的速度v是導(dǎo)體相對磁場的速度 若磁場也在運(yùn)動(dòng) 應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系 典例2 2017 江蘇卷 13 如圖所示 兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi) 其右端接一阻值為R的電阻 質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上 其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向豎直向下 當(dāng)該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后 金屬桿的速度變?yōu)関 導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計(jì) 導(dǎo)軌光滑且足夠長 桿在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸 求 1 MN剛掃過金屬桿時(shí) 桿中感應(yīng)電流的大小I 2 MN剛掃過金屬桿時(shí) 桿的加速度大小a 3 PQ剛要離開金屬桿時(shí) 感應(yīng)電流的功率P 審題圖示 反思總結(jié) 1 在應(yīng)用公式E BLv求解電動(dòng)勢時(shí) 其中 v 為相對于磁場的速度大小 2 求解切割類電磁感應(yīng)中電流 安培力 電功 電功率 加速度 動(dòng)量 動(dòng)能等物理量時(shí) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 功能關(guān)系 動(dòng)能定理及直流電路規(guī)律同樣適用 多維訓(xùn)練 1 轉(zhuǎn)動(dòng)切割 2016 全國 卷 20 多選 法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示 銅圓盤安裝在豎直的銅軸上 兩銅片P Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸 圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場B中 圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí) 關(guān)于流過電阻R的電流 下列說法正確的是 A 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定 則電流大小恒定B 若從上向下看 圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 則電流沿a到b的方向流動(dòng)C 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方向可能發(fā)生變化D 若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍 則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 AB 2 導(dǎo)學(xué)號58826211 含電容器的平動(dòng)切割 2018 山東濰坊質(zhì)檢 如圖所示 平行光滑金屬導(dǎo)軌傾斜放置 與水平面間的夾角為 間距為L 導(dǎo)軌上端與一電容為C的電容器相連 勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直于導(dǎo)軌平面向上 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直放在導(dǎo)軌上并由靜止釋放 導(dǎo)軌足夠長 則導(dǎo)體棒 A 做變加速直線運(yùn)動(dòng)B 先做變加速直線運(yùn)動(dòng) 再做勻速運(yùn)動(dòng)C 做勻加速直線運(yùn)動(dòng)且加速度大小為gsin D 做勻加速直線運(yùn)動(dòng)且加速度大小為 D 考點(diǎn)三自感和渦流 1 自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn) 1 自感電動(dòng)勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化 2 通過線圈中的電流不能發(fā)生突變 只能緩慢變化 3 電流穩(wěn)定時(shí) 自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體 4 線圈的自感系數(shù)越大 自感現(xiàn)象越明顯 自感電動(dòng)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 2 自感中 閃亮 與 不閃亮 問題 典例3 2018 宜春模擬 如圖所示 電路中的A B是兩個(gè)完全相同的燈泡 L是一個(gè)自感系數(shù)很大 電阻可忽略的自感線圈 C是電容很大的電容器 當(dāng)開關(guān)S斷開與閉合時(shí) 關(guān)于A B兩燈泡發(fā)光情況的說法 其中正確的是 A S剛閉合瞬間 B燈亮一下又逐漸變暗 A燈逐漸變亮B S剛閉合瞬間 A燈亮一下又逐漸變暗 B燈逐漸變亮C S閉合足夠長時(shí)間后 A燈泡和B燈泡一樣亮D S閉合足夠長時(shí)間后再斷開 B燈立即熄滅 A燈逐漸熄滅 B 核心點(diǎn)撥 1 S剛閉合時(shí) 電容器充電 自感線圈阻礙電流增大 2 S閉合足夠長時(shí)間后 電容器支路無電流 自感線圈相當(dāng)于短路 解析 S剛閉合后 燈泡A與自感線圈并聯(lián) 由于自感阻礙電流的增大 所以A燈亮一下 然后逐漸熄滅 B燈與電容器并聯(lián) 由于電容器充電 所以B燈逐漸變亮 故A錯(cuò)誤 B正確 S閉合足夠長時(shí)間后 C中無電流 相當(dāng)于斷路 L相當(dāng)于短路 所以B燈很亮 而A燈不亮 故C D錯(cuò)誤 方法總結(jié)解決自感問題的三個(gè)技巧 針對訓(xùn)練 2018 太原模擬 電磁爐熱效率高達(dá)90 爐面無明火 無煙無廢氣 火力 強(qiáng)勁 安全可靠 如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖 下列說法正確的是 A 當(dāng)恒定電流通過線圈時(shí) 會產(chǎn)生恒定磁場 恒定磁場越強(qiáng) 電磁爐加熱效果越好B 在鍋和電磁爐中間放一紙板 則電磁爐不能起到加熱作用C 電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋 主要原因是這些材料的導(dǎo)熱性能較差D 電磁爐通電線圈加交變電流后 在鍋底產(chǎn)生渦流 進(jìn)而發(fā)熱工作 D 解析 電磁爐是通過鍋體中的渦流加熱的 而鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的 所加的電流是交流 不是直流 電流不恒定 故A錯(cuò)誤 D正確 在鍋和電磁爐中間放一紙板 不會影響電磁爐的加熱作用 故B錯(cuò)誤 金屬鍋?zhàn)陨砟軌虍a(chǎn)生渦流而直接加熱 但陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料 里面不會產(chǎn)生渦流 故C錯(cuò)誤 演練提升真題體驗(yàn) 強(qiáng)化提升 高考模擬 1 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 2017 天津卷 3 如圖所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi) 導(dǎo)軌之間接有電阻R 金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場中 磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下 現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻減小 ab始終保持靜止 下列說法正確的是 A ab中的感應(yīng)電流方向由b到aB ab中的感應(yīng)電流逐漸減小C ab所受的安培力保持不變D ab所受的靜摩擦力逐漸減小 D 解析 根據(jù)楞次定律 感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場向下 再根據(jù)安培定則 可判斷ab中感應(yīng)電流方向從a到b A錯(cuò)誤 磁場變化是均勻的 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 感應(yīng)電動(dòng)勢恒定不變 感應(yīng)電流I恒定不變 B錯(cuò)誤 安培力F BIL 由于I L不變 B減小 所以ab所受的安培力逐漸減小 根據(jù)力的平衡條件 靜摩擦力逐漸減小 C錯(cuò)誤 D正確 2 平動(dòng)切割 2018 遵義模擬 多選 如圖所示 阻值為R的金屬棒從圖示位置ab分別以v1 v2的速度沿光滑水平導(dǎo)軌 電阻不計(jì) 勻速滑到a b 位置 若v1 v2 1 2 則在這兩次過程中 A 回路電流I1 I2 1 2B 產(chǎn)生的熱量Q1 Q2 1 4C 通過任一截面的電荷量q1 q2 1 1D 外力的功率P1 P2 1 2 AC 3 自感現(xiàn)象 2017 北京卷 19 圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個(gè)電路圖 L1和L2為電感線圈 實(shí)驗(yàn)時(shí) 斷開開關(guān)S1瞬間 燈A1突然閃亮 隨后逐漸變暗 閉合開關(guān)S2 燈A2逐漸變亮 而另一個(gè)相同的燈A3立即變亮 最終A2與A3的亮度相同 下列說法正確的是 A 圖1中 A1與L1的電阻值相同B 圖1中 閉合S1 電路穩(wěn)定后 A1中電流大于L1中電流C 圖2中 變阻器R與L2的電阻值相同D 圖2中 閉合S2瞬間 L2中電流與變阻器R中電流相等 C 解析 圖1中 開關(guān)S1斷開瞬間 燈A1突然閃亮 隨后逐漸變暗 說明電路穩(wěn)定時(shí)IL1 IA1 故RL1 RA1 選項(xiàng)A B錯(cuò)誤 圖2中 電路穩(wěn)定后A2與A3的亮度相同 說明兩支路電流相等 故R RL2 選項(xiàng)C正確 閉合S2瞬間 L2對電流的變化起阻礙作用 L2所在支路的電流小于滑動(dòng)變阻器所在支路的電流 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 4 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用 2016 全國 卷 24 如圖 兩固定的絕緣斜面傾角均為 上沿相連 兩細(xì)金屬棒ab 僅標(biāo)出a端 和cd 僅標(biāo)出c端 長度均為L 質(zhì)量分別為2m和m 用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca 并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上 使兩金屬棒水平 右斜面上存在勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于斜面向上 已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中 回路電阻為R 兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 重力加速度大小為g 已知金屬棒ab勻速下滑 求 解析 1 設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T 右斜面對ab棒的支持力的大小為N1 作用在ab棒上的安培力的大小為F 左斜面對cd棒的支持力大小為N2 對于ab棒 由力的平衡條件得2mgsin N1 T F N1 2mgcos 對于cd棒 同理有mgsin N2 T N2 mgcos 聯(lián)立 式得F mg sin 3 cos 答案 1 mg sin 3 cos 1 作用在金屬棒ab上的安培力的大小 2 金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小 拓展增分 電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用的有關(guān)問題有關(guān)現(xiàn)代信息和STS問題中信息題 命題背景有電磁爐 電子秤 電磁卡 電磁焊接術(shù) 衛(wèi)星懸繩發(fā)電 磁懸浮列車等 是高考命題的重點(diǎn)之一 解題策略是認(rèn)真審題 挖掘題干給定的信息 靈活運(yùn)用給定的信息是解題的關(guān)鍵 示例 2017 湖南長沙三模 隨著科技的不斷發(fā)展 無線充電已經(jīng)進(jìn)入人們的視線 小到手表 手機(jī) 大到電腦 電動(dòng)汽車的充電 都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從理論研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化 下圖給出了某品牌的無線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式無線充電的原理圖 關(guān)于無線充電 下列說法正確的是 A 無線充電時(shí)手機(jī)接收線圈部分的工作原理是 電流的磁效應(yīng) B 只有將充電底座接到直流電源上才能對手機(jī)進(jìn)行充電C 接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同D 只要有無線充電底座 所有手機(jī)都可以進(jìn)行無線充電 C 解析 由于題干給定的是無線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式 因此其工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象 故A錯(cuò)誤 當(dāng)充電設(shè)備通以恒定直流 發(fā)射線圈不會產(chǎn)生交變磁場 那么不能夠正常使用 故B錯(cuò)誤 接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同 故C正確 被充電手機(jī)內(nèi)部有一 接收線圈 與手機(jī)電池相連 當(dāng)有交變磁場時(shí) 則出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢 而普通手機(jī)無此功能 不能夠利用無線充電設(shè)備進(jìn)行充電 故D錯(cuò)誤