第十二章第二節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律

第十二章第二節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律第一頁，共七十頁，2022年，8月28日一、法拉第電磁感應(yīng)定律1．法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的_______成正比．基礎(chǔ)梳理自學(xué)導(dǎo)引變化率第二頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)公式：E＝n_____，n為線圈匝數(shù)．2．導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)若B、l、v相互垂直，則E＝_____.(2)E＝Blvsinθ，θ為運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向的夾角．(3)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)：Blv第三頁，共七十頁，2022年，8月28日第四頁，共七十頁，2022年，8月28日第五頁，共七十頁，2022年，8月28日二、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(shí)，導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是______導(dǎo)體中原來電流的______，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．阻礙變化第六頁，共七十頁，2022年，8月28日2．自感電動(dòng)勢(shì)在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝L，其中L叫自感系數(shù)，它與線圈的_______、形狀、______以及是否有鐵芯有關(guān),自感系數(shù)的單位是________，1mH＝______H,1μH＝______H.大小圈數(shù)亨利(H)10－310－6第七頁，共七十頁，2022年，8月28日3．日光燈(1)啟動(dòng)器相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)開關(guān)，當(dāng)啟動(dòng)器自動(dòng)斷開時(shí)，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生______________．(如圖12－2－1)自感電動(dòng)勢(shì)圖12－2－1第八頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)鎮(zhèn)流器是一個(gè)_________很大的線圈，其作用是：①日光燈啟動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生__________．②日光燈正常發(fā)光時(shí)，可以_________．自感系數(shù)瞬時(shí)高壓降壓限流第九頁，共七十頁，2022年，8月28日名師點(diǎn)撥：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)于斷路；斷電時(shí)電感線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，通過放電回路將儲(chǔ)存的能量釋放出來．第十頁，共七十頁，2022年，8月28日要點(diǎn)透析直擊高考第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日特別提醒：叫磁通量的變化率，數(shù)值上等于單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).公式E＝n

中的n為線圈匝數(shù)，并不是比例系數(shù).第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日即時(shí)應(yīng)用1．(2011·高考廣東卷)將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，下列表述正確的是(

)第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B．穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大C．穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日D．感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向始終相同第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的原磁通量的變化，即原磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反．原磁通量減小,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向，故D錯(cuò)誤．第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日二、電動(dòng)勢(shì)的兩種求法1．E＝n求的是回路中Δt時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)．2．E＝Blv既能求導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的平均電動(dòng)勢(shì)，也能求瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)．v為平均速度，E為平均電動(dòng)勢(shì)；第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日v為瞬時(shí)速度，E為瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)，其中l(wèi)為有效長(zhǎng)度．(1)E＝Blv的適用條件：導(dǎo)體棒平動(dòng)垂直切割磁感線，當(dāng)速度v與磁感線B不垂直時(shí)，要求出垂直于磁感線的速度分量．第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)E＝Bl2ω的適用條件：導(dǎo)體棒繞一個(gè)端點(diǎn)垂直于磁感線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割，而不是繞導(dǎo)體棒上中間的某點(diǎn)．(3)E＝nBSωsinωt的適用條件：線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的一條軸從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，與軸的位置無關(guān)，與線框的形狀無關(guān)，當(dāng)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)時(shí)，第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日公式變?yōu)镋＝nBSωcosωt.第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日特別提醒：(1)對(duì)公式E＝Blv，要在理解的基礎(chǔ)上應(yīng)用，不能隨便代入數(shù)據(jù).如果B、l、v中任意兩個(gè)量平行，則導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不切割磁感線，E＝0.(2)若導(dǎo)線是曲線，則l應(yīng)是導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日即當(dāng)導(dǎo)線垂直切割磁感線時(shí),l是兩端點(diǎn)的連線在垂直于v方向上的投影長(zhǎng)度.(3)整個(gè)回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不一定為零.第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日即時(shí)應(yīng)用2．如圖12－2－2所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路．圖12－2－2第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直．從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止，下列結(jié)論正確的是(

)第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日三、對(duì)自感現(xiàn)象的進(jìn)一步理解1．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(gè)值到另一個(gè)值總需要一定的時(shí)間．第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)在阻礙電流增大的過程中本身儲(chǔ)存了磁場(chǎng)能，而在阻礙電流減小的過程中，又把儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能釋放出來．(3)當(dāng)流過自感線圈的電流不變時(shí)，線圈僅起導(dǎo)線(或電阻)的作用．第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日2．自感電動(dòng)勢(shì)的方向(1)如果導(dǎo)體中原來的電流是增大的,自感電動(dòng)勢(shì)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．第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)如果導(dǎo)體中原來的電流是減小的，自感電動(dòng)勢(shì)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．3．通電自感和斷電自感的對(duì)比第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL?RA第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日通電自感斷電自感現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時(shí)，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日通電自感斷電自感原因由于開關(guān)閉合時(shí)，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流的增大，使流過燈A1的電流比流過燈A2的電流增加得慢S斷開時(shí)，線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間；燈A中電流反向不會(huì)立即熄滅．若RL<RA，原來的IL>IA，則A燈熄滅前要閃亮一下．若RL≥RA，原來的電流IL≤IA，則燈A逐漸熄滅不再閃亮一下第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日通電自感斷電自感能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能特別提醒：(1)通電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加且與電流方向相反，此時(shí)含線圈L的支路相當(dāng)于斷開.第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日(2)斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)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，它提供的電流從原來的IL逐漸變小.但流過燈A的電流方向與原來相反.(3)自感電動(dòng)勢(shì)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.第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日即時(shí)應(yīng)用3．(2011·高考北京卷)某同學(xué)為了驗(yàn)證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵心的線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E，用導(dǎo)線將它們連接成如圖12－2－3所示的電路．檢查電路后，閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日?qǐng)D12－2－3第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日再斷開開關(guān)S，小燈泡僅有不顯著的延時(shí)熄滅現(xiàn)象．雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時(shí)出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因．你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是()第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日A．電源的內(nèi)阻較大B．小燈泡電阻偏大C．線圈電阻偏大D．線圈的自感系數(shù)較大第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日解析：選C.由自感規(guī)律可知在開關(guān)斷開的瞬間造成燈泡閃亮以及延時(shí)的原因是在線圈中產(chǎn)生了與原電流同向的自感電流且大于穩(wěn)定時(shí)通過燈泡的原電流．由圖可知燈泡和線圈構(gòu)成閉合的自感回路，與電源無關(guān)，故A錯(cuò)；第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日造成不閃亮的原因是自感電流不大于穩(wěn)定時(shí)通過燈泡的原電流，當(dāng)線圈電阻小于燈泡電阻時(shí)才會(huì)出現(xiàn)閃亮現(xiàn)象,故B錯(cuò)C正確．自感系數(shù)越大，則產(chǎn)生的自感電流越大,燈泡更亮，故D錯(cuò)．第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日題型探究講練互動(dòng)有一面積為S＝100cm2的金屬環(huán)如圖12－2－4甲所示，電阻為R＝0.1Ω，環(huán)中磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖乙所示,且磁場(chǎng)方向垂直環(huán)面向里，在t1到t2時(shí)間內(nèi)公式E＝nΔΦ/Δt的應(yīng)用例1第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日(1)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？圖12－2－4第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日【答案】(1)見解析(2)0.01C第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日(滿分樣板12分)(2012·福建莆田質(zhì)檢)如圖12－2－5所示，公式E＝Blv的應(yīng)用例2圖12－2－5第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日水平面上固定一個(gè)間距L＝1m的光滑平行金屬導(dǎo)軌，整個(gè)導(dǎo)軌處在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌一端接阻值R＝9Ω的電阻．導(dǎo)軌上有質(zhì)量m＝1kg、電阻r＝1Ω、長(zhǎng)度也為1m的導(dǎo)體棒，在外力的作用下從t＝0開始沿平行導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日其速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v＝2，不計(jì)導(dǎo)軌電阻．求：(1)t＝4s時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力的大小；(2)請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出電流平方與時(shí)間的關(guān)系(I2－t)圖象，并通過該圖象計(jì)算出4s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量．第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日?qǐng)D12－2－6第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日在極短時(shí)間Δt內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為：ΔQ＝I2RΔt(1分)由I2－t圖象可得，4s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為：Q＝×4×0.16×9J＝2.88J．(2分)第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日【規(guī)律總結(jié)】求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，首先應(yīng)弄清產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的類型，然后選取適當(dāng)規(guī)律．第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日如圖12－2－7所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0＝0.10Ω/m，感生電動(dòng)勢(shì)、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)同時(shí)存在的問題例3圖12－2－7第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l＝0.20m．有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于桌面,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020T/s.一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動(dòng)，在滑動(dòng)過程中保持與導(dǎo)軌垂直．第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日在t＝0時(shí)刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng)，求在t＝6.0s時(shí)金屬桿所受的安培力．第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日【思路點(diǎn)撥】金屬桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，回路中的總電動(dòng)勢(shì)大小等于動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)之和．第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日第六十二頁，共七十頁，2022年，8月28日代入數(shù)據(jù)得：F＝1.44×10－3N.【答案】