新課標(biāo)2018版高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章電磁感應(yīng)第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流教案.doc-匯文網(wǎng)
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1、第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流知識(shí)點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)概念:在中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì).(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(shì)的方向用或判斷.2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這一電路的成正比.(2)公式:En,其中n為線圈匝數(shù).(3)感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系:遵守閉合電路的定律,即I.3.導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)若B、l、v相互垂直,則E.(2)vB時(shí),E0.答案:1.(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象(2)磁通量無關(guān)(3)楞次定律右手定則2.(1)磁通量的變化率(3)歐姆3.(1)Blv知識(shí)點(diǎn)二自感、渦流1.自感現(xiàn)象(1)概念
2、:由于導(dǎo)體本身的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感.(2)自感電動(dòng)勢(shì)定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做.表達(dá)式:E.(3)自感系數(shù)L相關(guān)因素:與線圈的、形狀、以及是否有鐵芯有關(guān).單位:亨利(H),1 mHH,1 HH.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(huì)產(chǎn)生,這種電流像水的漩渦所以叫渦流.答案:1.(1)電流(2)自感電動(dòng)勢(shì)L(3)大小匝數(shù)1031062.感應(yīng)電流(1)磁通量變化越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大.()(2)磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大.()(3)磁通量的變化率描述的是磁通量變化的快慢.()(4)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān).()(5)線圈中的自
3、感電動(dòng)勢(shì)越大,自感系數(shù)就越大.()(6)磁場(chǎng)相對(duì)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(shì).()(7)對(duì)于同一線圈,當(dāng)電流變化越快時(shí),線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)越大.()(8)自感電動(dòng)勢(shì)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)(7)(8)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)當(dāng)線圈匝數(shù)為1時(shí),法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)式是E,E表示電動(dòng)勢(shì)的大小.中學(xué)教材中寫成E,既表示平均也表示瞬時(shí).應(yīng)用時(shí)常遇到兩種情況,一是S不變而B隨時(shí)間變化,則可用形式ES;二是B不變而S變化,則可應(yīng)用形式EB.至于導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)EBlv,教材則是通過一典型模型利用EB推出的.我們知道
4、,B不隨時(shí)間變化(恒定磁場(chǎng))而閉合電路的整體或局部在運(yùn)動(dòng),這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),其非靜電力是洛倫茲力.B隨時(shí)間變化而閉合電路的任一部分都不動(dòng),這樣產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫感生電動(dòng)勢(shì),其非靜電力是渦旋電場(chǎng)(非靜電場(chǎng))對(duì)電荷的作用力.上述兩種電動(dòng)勢(shì)統(tǒng)稱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其聯(lián)系何在?分析磁通量的定義公式BS可見與BS兩個(gè)變量有關(guān),既然E,那么根據(jù)全導(dǎo)數(shù)公式有SB,其中S 即感生電動(dòng)勢(shì),體現(xiàn)了因B隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的影響.B同樣具有電動(dòng)勢(shì)的單位,其真面目是什么呢?我們采用和現(xiàn)行中學(xué)教材一樣的方法,建立一物理模型分析.如圖所示,MN、PQ是兩水平放置的平行光滑金屬導(dǎo)軌,其寬度為L(zhǎng),ab是導(dǎo)體棒,切割速度為
5、v.設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.在t時(shí)間內(nèi),回路面積變化為SLx,面積的平均變化率L .當(dāng)t0時(shí),v,即Lv,對(duì)應(yīng)全導(dǎo)數(shù)公式中的,可見BBLv,這就是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),體現(xiàn)了因面積變化而產(chǎn)生的影響.推而廣之,線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做收縮、擴(kuò)張、旋轉(zhuǎn)等改變面積的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).兩種電動(dòng)勢(shì)可以同時(shí)出現(xiàn).考點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的決定因素(1)由En知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由穿過電路的磁通量的變化率和線圈匝數(shù)n共同決定,而與磁通量、磁通量的變化量的大小沒有必然聯(lián)系.(2)為單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小.2.法拉第電磁感應(yīng)定律的兩個(gè)特例(1)回路與磁場(chǎng)垂直的
6、面積S不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化,則BS,EnS.(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,回路與磁場(chǎng)垂直的面積發(fā)生變化,則BS,EnB.典例1(2017安徽安慶質(zhì)檢)如圖甲所示,一個(gè)電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路,線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示(規(guī)定圖甲中B的方向?yàn)檎较?.圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0,導(dǎo)線的電阻不計(jì).求0t1時(shí)間內(nèi): 甲乙(1)通過電阻R1的電流大小和方向;(2)通過電阻R1的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量.解題指導(dǎo)(1)Bt圖象為一條傾斜直線,表示
7、磁場(chǎng)均勻變化,即變化率恒定.(2)本題應(yīng)區(qū)分磁場(chǎng)的面積和線圈的面積.解析(1)根據(jù)楞次定律可知,通過R1的電流方向?yàn)橛蒪到a.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得,線圈中的電動(dòng)勢(shì)En根據(jù)閉合電路歐姆定律得,通過R1的電流I.(2)通過R1的電荷量qIt1R1上產(chǎn)生的熱量QI2R1t1.答案(1)方向由b到a(2)變式1如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且一半處在磁場(chǎng)中.在t時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B.在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為()A.B.C.D.答案:B解析:磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率,法拉第電磁感應(yīng)定律公式可寫成EnnS,其中磁場(chǎng)中的有效面
8、積Sa2,代入得En,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤.變式2(2016北京卷)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b,磁場(chǎng)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21,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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.EaEb41,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B.EaEb41,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C.EaEb21,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D.EaEb21,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向答案:B解析:由法拉第電磁感應(yīng)定律Er2,為常數(shù),E與r2成正比,故EaEb41.磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大,故穿過圓環(huán)的磁通量增大,由楞次定律知,感應(yīng)電流產(chǎn)生
9、的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反,垂直紙面向里,由安培定則可知,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向,故B項(xiàng)正確.應(yīng)用電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的三個(gè)問題(1)公式En求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在磁通量均勻變化時(shí),瞬時(shí)值才等于平均值.(2)利用公式EnS求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),S為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積.(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關(guān),與時(shí)間長(zhǎng)短無關(guān).推導(dǎo)如下:qtt.考點(diǎn)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1.平動(dòng)切割(1)常用公式:若運(yùn)動(dòng)速度v和磁感線方向垂直,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv.注意:公式EBLv要求BL、Bv、Lv,即B、L、v三者兩兩垂直,式中的L應(yīng)該取與B、v均垂直的有效
10、長(zhǎng)度(即導(dǎo)體的有效切割長(zhǎng)度).(2)有效長(zhǎng)度:公式中的L為有效切割長(zhǎng)度,即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度.(3)相對(duì)性:EBLv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系.2.轉(zhuǎn)動(dòng)切割在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒繞一端為軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv中BL2.若轉(zhuǎn)動(dòng)的是圓盤,則可以把圓盤看成由很多根半徑相同的導(dǎo)體桿組合而成的.考向1導(dǎo)體棒平動(dòng)切割磁感線典例2(2015安徽卷)如圖所示,abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì).已知金屬桿MN傾斜放置,與
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