物理學(xué)案（新教材粵教版）第十二章第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律、自感和渦流目標(biāo)要求1.理解法拉第電磁感應(yīng)定律，會應(yīng)用E＝neq\f(ΔΦ,Δt)進行有關(guān)計算.2.會計算導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.3.了解自感現(xiàn)象、渦流、電磁驅(qū)動和電磁阻尼．考點一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用1．感應(yīng)電動勢(1)感應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢．(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的____________發(fā)生改變，與電路是否閉合無關(guān)．2．法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的____________________成正比．(2)公式：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，其中n為線圈匝數(shù)．(3)感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：I＝______________________.(4)說明：E的大小與Φ、ΔΦ無關(guān)，決定于磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt).1．Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)不一定等于0.()2．穿過線圈的磁通量變化越大，感應(yīng)電動勢也越大．()3．穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大．()4．線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越大．()對公式E＝neq\f(ΔΦ,Δt)的理解1．若已知Φ－t圖像，則圖線上某一點的切線斜率為eq\f(ΔΦ,Δt).2．當(dāng)ΔΦ僅由B的變化引起時，E＝neq\f(ΔB·S,Δt)，其中S為線圈在磁場中的有效面積．若B＝B0＋kt，則eq\f(ΔB,Δt)＝k.3．當(dāng)ΔΦ僅由S的變化引起時，E＝nBeq\f(ΔS,Δt).4．當(dāng)B、S同時變化時，則E＝neq\f(B2S2－B1S1,Δt)≠neq\f(ΔB·ΔS,Δt).例1(2022·全國甲卷·16)三個用同樣的細導(dǎo)線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等，圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖所示．把它們放入磁感應(yīng)強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)電流的大小分別為I1、I2和I3.則()A．I1<I3<I2 B．I1>I3>I2C．I1＝I2>I3 D．I1＝I2＝I3聽課記錄：________________________________________________________________例2(多選)(2023·廣東名校聯(lián)考)如圖甲所示，等邊三角形金屬框ACD的邊長均為L，單位長度的電阻為r，E為CD邊的中點，三角形ADE所在區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強度垂直紙面向外、大小隨時間變化的勻強磁場，圖乙是勻強磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的圖像．下列說法正確的是()A．t0時刻，穿過金屬框的磁通量為eq\f(\r(3)B0L2,4)B．5t0時刻，金屬框內(nèi)的感應(yīng)電流由大變小C．0～5t0時間內(nèi)的感應(yīng)電動勢小于5t0～8t0時間內(nèi)的感應(yīng)電動勢D．5t0～8t0時間內(nèi)，A、E兩點的電勢差的絕對值恒為eq\f(\r(3)B0L2,48t0)聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點二動生電動勢1．導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的算式E＝BLv的理解(1)直接使用E＝BLv的條件是：在勻強磁場中，B、L、v三者互相垂直．如果不相互垂直，應(yīng)取垂直分量進行計算．(2)有效長度公式E＝BLv中的L為導(dǎo)體兩端點連線在____________速度方向上的投影長度．如圖，導(dǎo)體的有效長度分別為：圖甲：L＝eq\x\to(cd)sinβ.圖乙：沿v方向運動時，L＝eq\x\to(MN).圖丙：沿v1方向運動時，L＝________；沿v2方向運動時，L＝________.(3)相對速度E＝BLv中的速度v是導(dǎo)體相對________的速度，若磁場也在運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系．2．導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線如圖，當(dāng)長為L的導(dǎo)體在垂直于勻強磁場(磁感應(yīng)強度為B)的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)體運動Δt時間后，轉(zhuǎn)過的弧度θ＝ωΔt，掃過的面積ΔS＝eq\f(1,2)L2ωΔt，則E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BΔS,Δt)＝eq\f(1,2)BL2ω(或E＝BLeq\x\to(v)＝BLeq\f(vA＋vC,2)＝BLeq\f(ωL,2)＝eq\f(1,2)BL2ω)．1．公式E＝BLv中的L是導(dǎo)體棒的總長度．()2．磁場相對導(dǎo)體棒運動，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．()考向1有效長度問題例3如圖所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進入一磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場．當(dāng)圓環(huán)運動到圖示位置(∠aOb＝90°)時，a、b兩點的電勢差Uab為()A.eq\r(2)BRvB.eq\f(\r(2),2)BRvC．－eq\f(\r(2),4)BRvD．－eq\f(3\r(2),4)BRv聽課記錄：_________________________________________________________________考向2平動切割磁感線例4(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直．邊長為m、總電阻為Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖(a)所示．已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場．線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)．下列說法正確的是()A．磁感應(yīng)強度的大小為TB．導(dǎo)線框運動速度的大小為m/sC．磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D．在t＝s至t＝s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為N聽課記錄：______________________________________________________________________________________________________________________________________考向3轉(zhuǎn)動切割磁感線例5(多選)金屬棒ab長度L＝m，阻值r＝1Ω，放在半徑分別為r1＝m和r2＝m的水平同心圓環(huán)導(dǎo)軌上，兩圓環(huán)之間有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B＝2T；從兩圓環(huán)下端引出導(dǎo)線連接一阻值為R＝2Ω的電阻，ab在外力作用下以角速度ω＝4rad/s繞圓心順時針(從上往下看)做勻速圓周運動，不計圓環(huán)導(dǎo)軌的電阻和一切摩擦，下列說法正確的是()A．a(chǎn)點的電勢高于b點的電勢B．電阻R兩端的電壓為2VC．在金屬棒旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)，金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(π,4)JD．在金屬棒旋轉(zhuǎn)半周的時間內(nèi)，金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱為eq\f(π,4)J聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________考點三自感現(xiàn)象1．概念：當(dāng)一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出________________．這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫作自感電動勢．2．表達式：E＝________.3．自感系數(shù)L的影響因素：與線圈的________、形狀、________以及是否有鐵芯有關(guān)．1．線圈中電流越大，自感系數(shù)也越大．()2．對于同一個線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢也越大．()3．自感電動勢總是阻止原電流的變化．()通電自感和斷電自感的比較電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)通電時在S閉合瞬間，燈A2立即亮起來，燈A1逐漸變亮，最終一樣亮燈A立即亮，然后逐漸變暗達到穩(wěn)定斷電時回路電流減小，燈泡逐漸變暗，A1電流方向不變，A2電流反向①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2＞I1，燈泡閃亮后逐漸變暗.兩種情況下燈泡中電流方向均改變總結(jié)自感電動勢總是阻礙原電流的變化例6(2023·湖南省長郡中學(xué)模擬)某同學(xué)想對比自感線圈和小燈泡對電路的影響，他設(shè)計了如圖甲所示的電路，電路兩端電壓U恒定，A1、A2為完全相同的電流傳感器．先閉合開關(guān)K得到如圖乙所示的i－t圖像，等電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)(斷開開關(guān)的實驗數(shù)據(jù)未畫出)．下列關(guān)于該實驗的說法正確的是()A．閉合開關(guān)時，自感線圈中電流為零，其自感電動勢也為零B．圖乙中的a曲線表示電流傳感器A2測得的數(shù)據(jù)C．?dāng)嚅_開關(guān)時，小燈泡會明顯閃亮后逐漸熄滅D．t1時刻小燈泡與線圈的電阻相等聽課記錄：_________________________________________________________________分析自感問題的三個技巧考點四渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動1．渦流現(xiàn)象(1)渦流：塊狀金屬放在________磁場中，或者讓它在非均勻磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的漩渦狀感應(yīng)電流．(2)產(chǎn)生原因：金屬塊內(nèi)____________變化→感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流．2．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)體受到安培力，安培力總是________導(dǎo)體的運動．3．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)體受到安培力而運動起來．1．電磁阻尼體現(xiàn)了能量守恒定律．()2．電磁阻尼阻礙相對運動，電磁驅(qū)動促進二者相對運動．()例7如圖所示，關(guān)于渦流的下列說法中錯誤的是()A．真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置B．家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的C．阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動D．變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流聽課記錄：_______________________________________________________________________________________________________________________________________例8(2023·廣東深圳市建文外國語學(xué)校模擬)如圖是汽車上使用的電磁制動裝置示意圖．電磁制動是一種非接觸的制動方式，其原理是當(dāng)導(dǎo)體在通電線圈產(chǎn)生的磁場中運動時，會產(chǎn)生渦流，使導(dǎo)體受到阻礙運動的制動力．下列說