22届高中物理一轮总复习 26　法拉第电磁感应定律及其应用（新高考）课件PPT

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一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)概念:在　　　　　　　　　　　　　　中产生的电动势。 (2)产生条件:穿过回路的　　　　　　发生改变,与电路是否闭合　　　　。 (3)方向判断①:感应电动势的方向用　　　　　　　　或　　　　　　　　判断。 
2.法拉第电磁感应定律(1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一电路的　　　　　　　　　　　　　成正比。 (2)公式②:E= ,其中n为线圈匝数。(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的　　　　定律,即I=　　　　　。 
3.导体切割磁感线的情形
③注:E=Blv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。　　
二、自感、涡流1.自感现象(1)概念:由于导体本身的　　　变化而产生的电磁感应现象称为自感。 (2)自感电动势①定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作　　　　　　　　　。 ②表达式:E=　　　　　。 (3)自感系数L①相关因素:与线圈的　　　　、形状、　　　　以及是否有铁芯有关。 ②单位:亨利(H),1 mH=　　　 H,1 μH=　　　　 H。 
2.涡流当线圈中的电流发生变化时,在它附近的任何导体中都会产生　　　　　　　,这种电流像水的漩涡所以叫涡流。 3.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　　　　导体的运动。 4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生　　　　　　　　　使导体受到安培力而运动起来。 
1.判断下列说法的正误。(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。(　　)(3)公式E=Blv中的l是导体棒的总长度。(　　)(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。(　　)(5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。(　　)(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.(新教材人教版选择性必修第二册P31“思考与讨论”改编)如图,导体棒CD在匀强磁场中运动,导体棒中的自由电荷是电子。自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。不必考虑自由电荷的热运动,导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?导体棒一直运动下去,自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电势比较高?
答案见解析解析导体棒中自由电子相对于纸面斜向下运动;导体棒一直运动下去,自由电子不会总是沿着导体棒运动,因为自由电子运动后形成电场,最终洛伦兹力与电场力平衡;C端电势高。
3.(新教材人教版选择性必修第二册P35“思考与讨论”改编)磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,指针也固定在铝框上(如图)。铝框的作用是什么?
答案见解析解析假定仪表工作时指针向右转动,铝框中有感应电流,铝框要受到安培力阻碍指针向右偏转,起到减缓的作用,防止打坏指针。
4.(新教材人教版选择性必修第二册P43习题改编)如图所示,匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b,磁场方向与线圈所在平面垂直,磁感应强度B随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为2∶1,匝数之比为1∶2。线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,某时刻磁通量分别为Φa和Φb,不考虑两线圈间的相互影响,则a、b线圈中产生的感应电动势之比Ea∶Eb是多少?
1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率 的比较
2.法拉第电磁感应定律应用的三种情况
3.在有关图像问题中,磁通量的变化率 是Φ-t图像上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。
【典例1】 (多选)(2019全国卷Ⅰ)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ρ、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。t=0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t=0到t=t1的时间间隔内(　　)
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
答案BC解析根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,B正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,
解题指导(1)根据楞次定律判定感应电流方向,但要注意若由此盲目认为安培力方向始终不变,易错选。(2)根据感应电动势 中计算电动势,然后根据闭合电路欧姆定律计算电流,但要注意S有效为圆环回路在磁场中的有效面积,而不是圆环回路的面积。
1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。2.几点注意(1)公式 是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。(2)用公式 求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积。(3)通过某一回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关,与时间长短无关。推导如下:
1.(多选)(2020广东深圳高三二模)如图甲所示,用横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线绕成边长为L匝数为n的正方形线框abcd,置于垂直于线框平面的匀强磁场中。从t=0开始,磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。则在0~t0时间内(　　)A.线框中的电流先增大后减小B.线框四条边所受安培力先向内后向外
2.(2020北京卷)如图甲所示,N=200匝的线圈(图中只画了2匝),电阻r=2 Ω,其两端与一个R=48 Ω的电阻相连,线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。(1)判断通过电阻R的电流方向;(2)求线圈产生的感应电动势E;(3)求电阻R两端的电压U。
答案(1)a→b　(2)10 V　(3)9.6 V解析(1)线圈中垂直于纸面向里的磁场增大,为了阻碍线圈中磁通量的增大,根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外,根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向,所通过电阻R的电流方向为a→b。
导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况
【典例2】 如图所示,abcd为水平放置的平行“U”形光滑金属导轨,ab与cd的间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则(　　)
答案 B　解析 金属杆的运动方向与金属杆不垂直,电路中感应电动势的大小为E=Blv(l为切割磁感线的有效长度),选项A错误;电路中感应电流的大小为
破题 根据E=BLv,L是有效的切割长度,求解感应电动势。根据闭合电路欧姆定律求感应电流的大小。由F=BIL求安培力,由功率公式求解金属杆的热功率。
【典例3】 (2020浙江卷)如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上,磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO'上,随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、
板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是(　　)
解题指导1.明确转动切割产生电动势通常有三种情况:(1)以中点为轴时,E=0(不同两段的代数和)。本题选项A的判定属于第2种情况。2.匀速转动产生的电动势可认为是不变的。
应用法拉第电磁感应定律的四种情况
3.如图所示,固定平行导轨间有磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场,导轨间距为l且足够长,左端接阻值为R的定值电阻,导轨电阻不计。现有一长为2l的金属棒垂直放在导轨上,金属棒始终与导轨接触良好,电阻不计,在金属棒以O点为轴沿顺时针方向以角速度ω转过60°的过程中(　　)
4.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计,导体棒与圆形导轨接触良好。求:(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;(2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;(3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流。
通电自感和断电自感的比较
【典例4】 (2017北京卷)图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3
立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　)A.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
答案 C　解析 题图甲中,S1断开的瞬间,灯A1闪亮,故稳定时IL1>IA1,又由于RL1和RA1两端电压相等,故电阻RL1