第2講-法拉第電磁感應(yīng)定律-自感-渦流

1、 第第2 2講法拉第電磁感應(yīng)定律講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流自感渦流感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢(1)概念：在概念：在_中產(chǎn)生的電動勢；中產(chǎn)生的電動勢；(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的產(chǎn)生條件：穿過回路的_發(fā)生改變，與電路是否發(fā)生改變，與電路是否閉合閉合_(3)方向判斷：感應(yīng)電動勢的方向用方向判斷：感應(yīng)電動勢的方向用_或或_判斷判斷法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律(考綱要求考綱要求)1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁通量磁通量無關(guān)無關(guān)楞次定律楞次定律右手定則右手定則法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這內(nèi)容：感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的一電路的_成正比成正比磁通量的變化

2、率磁通量的變化率閉合電路歐姆閉合電路歐姆2導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體垂直切割磁感線時感應(yīng)電動勢可用導(dǎo)體垂直切割磁感線時感應(yīng)電動勢可用E _求求出，式中出，式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度(2)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時導(dǎo)體棒以端點為軸，在勻強磁導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時導(dǎo)體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢3Blv如如圖圖922所示，半徑為所示，半徑為r的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強磁場的金屬圓盤在垂直于盤面的勻強磁場B中，繞中，繞O軸以角速度軸以角速度沿逆時針方向沿逆時

3、針方向勻速轉(zhuǎn)動，則通過電阻勻速轉(zhuǎn)動，則通過電阻R的電流的方向的電流的方向和大小是和大小是(金屬圓盤的電阻不計金屬圓盤的電阻不計)() 圖圖922答案答案D1自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象(1)概念：由于導(dǎo)體本身的概念：由于導(dǎo)體本身的_變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做_(2)表達式：表達式：E_.(3)自感系數(shù)自感系數(shù)L相關(guān)因素：與線圈的相關(guān)因素：與線圈的_、形狀、形狀、 _以及是否有以及是否有鐵芯有關(guān)鐵芯有關(guān)單位：亨利單位：亨利(H,1 mH _ H,1 H _ H)電流電流1自感電動勢自感電動勢大小大小匝數(shù)匝數(shù)

4、103 106 自感、渦流自感、渦流(考綱要求考綱要求)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)體中都會當(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)生產(chǎn)生_，這種電流像水的漩渦所以叫渦流，這種電流像水的漩渦所以叫渦流電磁感應(yīng)的重要應(yīng)用電磁感應(yīng)的重要應(yīng)用(1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到受到_，安培力的方向總是，安培力的方向總是_導(dǎo)體的相對運動導(dǎo)體的相對運動(2)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_使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起使導(dǎo)體

5、受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來來交流感應(yīng)電動機就是利用交流感應(yīng)電動機就是利用_的原理工作的的原理工作的(3)電磁阻尼電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了_的推廣應(yīng)的推廣應(yīng)用用2感應(yīng)電流感應(yīng)電流阻礙阻礙感應(yīng)電流感應(yīng)電流電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動楞次定律楞次定律安培力安培力如圖如圖924所示為一光滑軌道，其中所示為一光滑軌道，其中MN部分為一段對稱部分為一段對稱的圓弧，兩側(cè)的直導(dǎo)軌與圓弧相切，在的圓弧，兩側(cè)的直導(dǎo)軌與圓弧相切，在MN部分有如圖所部分有如圖所示的勻強磁場，有一較小的金屬環(huán)如圖放置在示的勻強磁場，有一較小的金屬環(huán)如圖放置在P點，金屬點，金屬環(huán)由靜止自由釋放，經(jīng)很多次來回運

6、動環(huán)由靜止自由釋放，經(jīng)很多次來回運動后，下列判斷正確的有后，下列判斷正確的有()A金屬環(huán)仍能上升到與金屬環(huán)仍能上升到與P等高處等高處B金屬環(huán)最終將靜止在最低點金屬環(huán)最終將靜止在最低點C金屬環(huán)上升的最大高度與金屬環(huán)上升的最大高度與MN等高等高D金屬環(huán)上升的最大高度一直在變小金屬環(huán)上升的最大高度一直在變小2圖圖924解析解析金屬環(huán)在進入磁場以及穿出磁場的過程中，都將產(chǎn)金屬環(huán)在進入磁場以及穿出磁場的過程中，都將產(chǎn)生渦流，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，金屬環(huán)的動能變小當(dāng)金屬生渦流，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，金屬環(huán)的動能變小當(dāng)金屬環(huán)只在磁場中運動時，不再產(chǎn)生渦流，最后將在環(huán)只在磁場中運動時，不再產(chǎn)生渦流，最后將在MN之間之

7、間來回運動，所以最后上升的最大高度與來回運動，所以最后上升的最大高度與MN等高等高答案答案C閉合回路由電阻閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成，其內(nèi)部磁場大小按與導(dǎo)線組成，其內(nèi)部磁場大小按Bt圖圖變化，方向如圖變化，方向如圖925所示，則回路中所示，則回路中 ()A電流方向為順時針方向電流方向為順時針方向B電流強度越來越大電流強度越來越大C磁通量的變化率恒定不變磁通量的變化率恒定不變D產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越來越大產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越來越大3圖圖925答案答案AC考點一考點一法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律E En n 的應(yīng)用的應(yīng)用如圖如圖926甲所示，一個電阻值為甲所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為，匝數(shù)為n的

8、圓形金的圓形金屬線圈與阻值為屬線圈與阻值為2R的電阻的電阻R1連接成閉合回路，線圈的半徑連接成閉合回路，線圈的半徑為為r1，在線圈中半徑為，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間隨時間t變化的關(guān)系圖線變化的關(guān)系圖線如圖如圖926乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為乙所示，圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和和B0.導(dǎo)線的電阻不計，求導(dǎo)線的電阻不計，求0至至t1時間內(nèi)，時間內(nèi)，【典例【典例1】圖圖926(1)通過電阻通過電阻R1上的電流大小和方向；上的電流大小和方向；(2)通過電阻通過電阻R1上的電荷量

9、上的電荷量q及電阻及電阻R1上產(chǎn)生的熱量上產(chǎn)生的熱量(1)計算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量一定要用平均電流乘以時計算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量一定要用平均電流乘以時間間. .對于導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算式對于導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算式EBlv，應(yīng)從以下幾個方面理解和掌握，應(yīng)從以下幾個方面理解和掌握(1)公式使用條件公式使用條件：本公式是在一定條件下得出的，除了磁：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場是勻強磁場外，還需場是勻強磁場外，還需B、l、v三者相互垂直實際問題三者相互垂直實際問題中當(dāng)它們不相互垂直時，應(yīng)取垂直的分量進行計算，公式中當(dāng)它們不相互垂直時，應(yīng)取垂直的分量進行計

10、算，公式可為可為EBlvsin ，為為B與與v方向間的夾角方向間的夾角考點二考點二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算(3)有效性有效性：公式中的：公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體與為有效切割長度，即導(dǎo)體與v垂直的垂直的方向上的投影長度圖中有效長度分別為：方向上的投影長度圖中有效長度分別為：甲圖：甲圖：lcdsin ；乙圖：沿乙圖：沿v1方向運動時，方向運動時，lMN；沿；沿v2方向運動時，方向運動時，l0.圖圖928(4)相對性：相對性：EBlv中的速度中的速度v是相對于磁場的速度，是相對于磁場的速度，若磁場也運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系若磁場也運動，應(yīng)注意速

11、度間的相對關(guān)系如圖如圖929所示，水平放置的三條光滑平行金屬導(dǎo)軌所示，水平放置的三條光滑平行金屬導(dǎo)軌abc，相距均為相距均為d1 m，導(dǎo)軌，導(dǎo)軌ac間橫跨一質(zhì)量為間橫跨一質(zhì)量為m1 kg的金屬棒的金屬棒MN，棒與導(dǎo)軌始終良好接觸，棒的電阻，棒與導(dǎo)軌始終良好接觸，棒的電阻r2 ，導(dǎo)軌的電，導(dǎo)軌的電阻忽略不計在導(dǎo)軌阻忽略不計在導(dǎo)軌bc間接一電阻為間接一電阻為R2 的燈泡，導(dǎo)軌的燈泡，導(dǎo)軌ac間接一理想電壓表整個裝置放在磁感應(yīng)強度間接一理想電壓表整個裝置放在磁感應(yīng)強度B2T的勻的勻強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下，現(xiàn)對棒強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下，現(xiàn)對棒MN施加一施加一水平向右的拉力水平向

12、右的拉力F，使棒從靜止開始運動，試求：，使棒從靜止開始運動，試求：【典例典例2】圖圖929(1)若施加的水平恒力若施加的水平恒力F8 N，則金屬棒達到穩(wěn)定時速度，則金屬棒達到穩(wěn)定時速度為多少？為多少？(2)若施加的水平外力功率恒定，棒達到穩(wěn)定時速度為若施加的水平外力功率恒定，棒達到穩(wěn)定時速度為1.5 m/s，則此時電壓表的讀數(shù)為多少？，則此時電壓表的讀數(shù)為多少？解析解析(1)當(dāng)當(dāng)F與安培力平衡時，金屬棒速度達到穩(wěn)定，設(shè)與安培力平衡時，金屬棒速度達到穩(wěn)定，設(shè)穩(wěn)定時速度大小為穩(wěn)定時速度大小為v1，F(xiàn)安安BId解得解得v16 m/s(2)設(shè)電壓表的讀數(shù)為設(shè)電壓表的讀數(shù)為U，則，則UBdv2UL 解得

13、解得U5 V答案答案(1)6 m/s(2)5 V考點三考點三自感現(xiàn)象、通電和斷電自感的比較自感現(xiàn)象、通電和斷電自感的比較通電自感通電自感斷電自感斷電自感電電路路圖圖器器材材要要求求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)現(xiàn)象象在在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，燈斷開時，燈A突然閃亮突然閃亮一下后再漸漸熄滅一下后再漸漸熄滅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，流由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流迅過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生速增大，使線

14、圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電自感電動勢，阻礙電流的增大，使流過流的增大，使流過A1燈的電流比流過燈的電流比流過A2燈燈的電流增加得慢的電流增加得慢S斷開后，通過斷開后，通過L的電流反向的電流反向通過電燈通過電燈A，且由于，且由于RLRA，使得流過使得流過A燈的電流在開關(guān)斷燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然增大，從而使開瞬間突然增大，從而使A燈燈的發(fā)光功率突然變大的發(fā)光功率突然變大能量轉(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)化為電能如圖如圖9211所示，線圈所示，線圈L的自感系數(shù)的自感系數(shù)很大，且其電阻可以忽略不計，很大，且其電阻可以忽略不計，L1、L2是兩個是兩個完全相

15、同的小燈泡，隨著開關(guān)完全相同的小燈泡，隨著開關(guān)S閉合和斷開的閉合和斷開的過程中，燈過程中，燈L1、L2的亮度變化情況是的亮度變化情況是(燈絲不燈絲不會斷會斷) ()AS閉合，閉合，L1亮度不變，亮度不變，L2亮度逐漸變亮，最后兩燈一亮度逐漸變亮，最后兩燈一 樣亮；樣亮；S斷開，斷開，L2立即不亮，立即不亮，L1逐漸變亮逐漸變亮BS閉合，閉合，L1不亮，不亮，L2很亮；很亮；S斷開，斷開，L1、L2立即不亮立即不亮CS閉合，閉合，L1、L2同時亮，而后同時亮，而后L1逐漸熄滅，逐漸熄滅，L2亮度不亮度不 變；變；S斷開，斷開，L2立即不亮，立即不亮，L1亮一下才熄滅亮一下才熄滅DS閉合，閉合，L

16、1、L2同時亮，而后同時亮，而后L1逐漸熄滅，逐漸熄滅，L2則逐漸則逐漸 變得更亮；變得更亮；S斷開，斷開，L2立即不亮，立即不亮，L1亮一下才熄滅亮一下才熄滅【典例典例3】圖圖9211解析解析當(dāng)當(dāng)S閉合，閉合，L的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較大，大，L1和和L2串接后與電源相連，串接后與電源相連，L1和和L2同時亮，隨著同時亮，隨著L中中電流的增大，電流的增大，L的直流電阻不計，的直流電阻不計，L的分流作用增大，的分流作用增大，L1中的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，中的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，L2中的電流增大，中的電

17、流增大，L2燈變得更亮；當(dāng)燈變得更亮；當(dāng)S斷開，斷開，L2中無電中無電流，立即熄滅，而線圈流，立即熄滅，而線圈L將要維持本身的電流不變，將要維持本身的電流不變，L與與L1組成閉合電路，組成閉合電路，L1燈要亮一下后再熄滅綜上所述，選燈要亮一下后再熄滅綜上所述，選項項D正確正確答案答案D(1)模型概述模型概述“桿導(dǎo)軌桿導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的“基本道具基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點“桿導(dǎo)軌桿導(dǎo)軌”模模型又分

18、為型又分為“單桿單桿”型和型和“雙桿雙桿”型；導(dǎo)軌放置方式可分為水型；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速運動、勻變速平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速運動、勻變速運動、非勻變速運動或轉(zhuǎn)動等；磁場的狀態(tài)可分為恒定不運動、非勻變速運動或轉(zhuǎn)動等；磁場的狀態(tài)可分為恒定不變、均勻變化和非均勻變化等等，情景復(fù)雜形式多變變、均勻變化和非均勻變化等等，情景復(fù)雜形式多變(2)模型分類模型分類12.12.電磁感應(yīng)中的電磁感應(yīng)中的“桿導(dǎo)軌桿導(dǎo)軌”模型模型.單桿水平式單桿水平式【例例1】 (2010天津理綜，天津理綜，11)如圖如圖9213所所示，質(zhì)量示，質(zhì)量m10.1 kg，電阻，電阻R

19、10.3 ，長度，長度l0.4 m的導(dǎo)體棒的導(dǎo)體棒ab橫放在橫放在U型金屬框架型金屬框架上框架質(zhì)量上框架質(zhì)量m20.2 kg，放在絕緣水平，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2.相距相距0.4 m的的MM、NN相互平行，電阻不計且足夠長電相互平行，電阻不計且足夠長電阻阻R20.1 的的MN垂直于垂直于MM.整個裝置處于豎直向上的整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B0.5 T垂直于垂直于ab施加施加F2 N的水平恒力，的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM、NN保持良好接觸當(dāng)保持良好接觸當(dāng)ab運動到某處時，框架開始運運動到某處時，框架開始運動設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，動設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取取10 m/s2.圖圖9213(1)求框架開始運動時求框架開始運動時ab速度速度v的大?。坏拇笮。?2)從從ab開始運動到框架開始運動的過程中，開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的熱量熱量Q0.1 J，求該過程，求該過程ab位移位移x的大小的大小解析解析(1)ab對框架的壓力對框架的壓力F1m1g框架受水平面的支持力框架受水平面的支持力FNm2gF1依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，