10-2《法拉第電磁感應定律 自感》

2011-5-9PAGE5-10-2.1法拉第電磁感應定律自感1．考綱解讀考綱內(nèi)容能力要求考向定位1．法拉第電磁感應定律2．自感3．渦流1、理解法拉第電磁感應定律并能運用該定律求感應電動勢的大小。2．知道自感現(xiàn)象及其自感的原理。3．知道渦流現(xiàn)象法拉第電磁感應定律在高考中具有舉足輕重的地位，考綱對電磁感應定律作了Ⅱ級要求．對于本講內(nèi)容，不僅要理解電磁感應定律的內(nèi)容和實質(zhì)，還要關注社會與生活中的實際問題．自感及渦流在考綱中為Ⅰ級要求，把握住其概念及特點，會分析簡單的現(xiàn)象即可．在高考中該定律常與力學中的牛頓定律、動能定理、能的轉化與守恒以及電學中的閉合電路的歐姆定律結合起來共同考查。2．考點整合考點一法拉第電磁感應定律1.（1）法拉第電磁感應定律:電路中感應電動勢的大小,表達式為E=。（2）當導體在勻強磁場中做切割磁感線的相對運動時產(chǎn)生的感應電動勢E=，θ是B與v之間的夾角。（3）導體棒繞某一固定轉軸旋轉切割磁感線，雖然棒上各點的切割速度并不相同，但可用棒上等效替代切割速度。常用公式E=。2.應用法拉第電磁感應定律時應注意：（1）E=適用于一般回路。若磁通量不隨時間均勻變化，則ΔΦ/Δt為Δt時間內(nèi)通過該回路的磁通量的。(2)E=，適用于導體各部分以相同的速度切割磁感線的情況，式中L為導線的有效切割長度，θ為運動方向和磁感線方向的夾角。若v為瞬時速度,則E為。若v為平均速度，則E為。（3）.若磁感應強度B不變，回路的面積S發(fā)生變化，則E=；若回路的面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化，則E=；若磁感應強度B、回路的面積S都發(fā)生變化，則E=。3.要注意嚴格區(qū)分Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意義Φ是指。ΔΦ是指。ΔΦ/Δt是指。[例1]如圖12-2-11（a）所示，一端封閉的兩條平行光滑導軌相距L，距左端L處的中間一段被彎成半徑為H的1/4圓弧，導軌左右兩段處于高度相差H的水平面上．圓弧導軌所在區(qū)域無磁場，右段區(qū)域存在磁場B0，左段區(qū)域存在均勻分布但隨時間線性變化的磁場B（t），如圖12-2-11（b）所示，兩磁場方向均豎直向上．在圓弧頂端，放置一質(zhì)量為m的金屬棒ab，與導軌左段形成閉合回路，從金屬棒下滑開始計時，經(jīng)過時間2.5t0滑到圓弧底端．設金屬棒在回路中的電阻為R，導軌電阻不計，重力加速度為g．（1）問金屬棒在圓弧內(nèi)滑動時，回路中感應電流的大小和方向是否發(fā)生改變？為什么？（2）求0到時間t0內(nèi)，回路中感應電流產(chǎn)生的焦耳熱量．（3）探討在金屬棒滑到圓弧底端進入勻強磁場B0的一瞬間，回路中感應電流的大小和方向．[規(guī)律總結]考點二電磁感應中的功率問題、自感1、電磁感應中的電路問題在電磁感應中，切割磁感線的導體或磁通量的變化的回路將產(chǎn)生。該導體或回路相當于（它們的電阻為電源的內(nèi)阻），將它們接上電容器，便可使電容器；將它們接上電阻等用電器，在回路中形成，便可對用電器供電。因此，電磁感應問題往往和電路聯(lián)系在一起，解決這類問題的基本方法是：⑴用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電流的大小和方向。⑵畫出等效電路圖⑶應用全電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式聯(lián)立求解。2、自感①、自感現(xiàn)象：自感現(xiàn)象是一種特殊的電磁感應現(xiàn)象，它是由于導體本身的電流發(fā)生時而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象。自感現(xiàn)象遵循電磁感應的所有規(guī)律。②、自感電動勢的方向：由楞次定律可知，自感電動勢總是原來導體中電流的變化。當回路中的電流增加時，自感電動勢和原來電流的方向；當回路中的電流減小時，自感電動勢和原來電流的方向。自感對電路中的電流變化有作用，使電流不能。③、自感系數(shù)：它由線圈的性質(zhì)決定。線圈越長，單位長度上線圈的匝數(shù)越多，截面積越大，它的自感系數(shù)越。線圈中插入鐵芯，自感系數(shù)增大很多，自感系數(shù)在國際單位制中的單位是。[例2]如圖12-2-4所示，在磁感強度為B的勻強磁場中有一半徑為L的金屬圓環(huán)．已知構成圓環(huán)的電線電阻忽略不計，以O為軸可以在圓環(huán)上滑動的金屬棒OA電阻為r0，電阻R1=R2=4r0．當OA棒以角速度勻速轉動時，求：流過R1的電流方向及電阻R1的電功率P0？ [規(guī)律總結][例3]兩個相同的白熾燈L1和L2，接到如圖所示的電路中，燈L1與電容器串聯(lián)，燈L2與電感線圈串聯(lián)，當a、b處接電壓最大值為Um、頻率為f的正弦交流電源時，兩燈都發(fā)光，且亮度相同。更換一個新的正弦交流電源后，燈L1的亮度高于燈L2的亮度。新電源的電壓最大值和頻率可能是（）A．最大值仍為Um，而頻率大于fB．最大值仍為Um，而頻率小于fC．最大值大于Um，而頻率仍為fD．最大值小于Um，而頻率仍為f【規(guī)律總結】考點三流過截面的電量問題、渦流現(xiàn)象1．發(fā)生電磁感應時，通過導體某一截面電量。（注：通過的電量與電流是否勻均變化無關）2．渦流現(xiàn)象指的是磁感應強度變化時在導體塊內(nèi)引起漩渦狀感應電流的現(xiàn)象．ORacdb[例4]、如圖7-1，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導軌aob(在紙面內(nèi))，磁場方向垂直于紙面朝里，另有兩根金屬導軌c、d分別平行于oa、ob放置。保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計。現(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程：①以速度v移動d,使它與ob的距離增大一倍;②再以速率v移動c,使它與oa的距離減小一半；③然后，再以速率2v移動c,使它回到原處；④最后以速率2v移動d,使它也回到原處。設上述四個過程中通過電阻R的電量的大小依次為Q1、Q2、Q3和ORacdbA、Q1=Q2=Q3=Q4B、Q1=Q2=2Q3=2Q4C、2Q1=2Q2=Q3=Q4D、Q1≠Q(mào)2=Q3≠Q(mào)4【規(guī)律總結】考點五：感應電動勢與電路[例5]v圖15ABMDOCN如圖15所示，邊長L=0.20m的正方形導線框ABCD由粗細均勻的同種材料制成，正方形導線框每邊的電阻R0=1.0Ω，金屬棒MN與正方形導線框的對角線長度恰好相等，金屬棒MN的電阻r=0.20Ω．導線框放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度B=0.50T，方向垂直導線框所在平面向里．金屬棒MN與導線框接觸良好，且與導線框?qū)蔷€BDv圖15ABMDOCN求：（1）金屬棒產(chǎn)生的電動勢大??；（2）金屬棒MN上通過的電流大小和方向；（3）導線框消耗的電功率．10-2.2限時基礎訓練1．如圖所示，長為L的直導線ab放在相互平行的金屬導軌上，導軌寬為d，導線ab運動的速度為v，方向垂直于磁感應強度為B的勻強磁場，磁場的方向垂直紙面向里，ab與導軌的夾角為，則回路中的電動勢為（）ABLvBBLvsinCBdvsinDBdv2．（2008湛江一模）如圖4所示，E為電池，L是電阻可忽略不計、自感系數(shù)足夠大的線圈，D1、D2是兩個規(guī)格相同的燈泡，S是控制電路的開關．對于這個電路，下列說法正確的是（）A．剛閉合S的瞬間，通過D1、D2的電流大小相等B．剛閉合S的瞬間，通過D1、D2的電流大小不相等C．閉合S待電路達到穩(wěn)定，D1熄滅，D2比原來更亮D．閉合S待電路達到穩(wěn)定，再將S斷開瞬間，D2立即熄滅，D1閃亮一下再熄滅3．粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行?，F(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖所示，則在移出過程中線框一邊a、b兩點間的電勢差絕對值最大的是（）4．如圖所示，光滑的U型金屬框固定在水平面上，框中串接一電阻R，在I、Ⅱ兩區(qū)域內(nèi)分別存在磁感強度大小相等方向相反的豎直磁場．置于U型金屬框上的金屬桿ab，受水平恒定外力F作用．當在I區(qū)域內(nèi)向右勻速運動時，通過電阻R的電流強度為I；當金屬桿ab運動到Ⅱ區(qū)域時（）A．將作減速運動B．在Ⅱ區(qū)域運動時受到的安培力比在I區(qū)域運動時受到的安培力大C．通過R的電流與在I區(qū)域時通過R的電流方向相同D．受到的磁場力與在I區(qū)域時受到的磁場力的方向相同F(xiàn)ab電阻5、如圖所示，位于一水平面內(nèi)的、兩根平行的光滑金屬導軌，處在勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌所在的平面，導軌的一端與一電阻相連；具有一定質(zhì)量的金屬桿ab放在導軌上并與導軌垂直。現(xiàn)用一平行于導軌的恒力F拉ab，使它由靜止開始向右運動。桿和導軌的電阻、感應電流產(chǎn)生的磁場均可不計。用E表示回路中的感應電動勢，iFab電阻A.等于F的功率B.等于安培力的功率的絕對值C.等于F與安培力合力的功率D.小于iE乙θ×××××××乙θ××××××××××××××××××××ABIθBBIθDBIθCBI7、如圖1所示，矩形金屬框置于勻強磁場中，ef為一導體棒，可在ab和cd間滑動并接觸良好；設磁感應強度為B，ef長為L，在Δt時間內(nèi)向左勻速滑過距離Δd，由電磁感應定律E=n可知，下列說法正確的是（）A、當ef向左滑動時，左側面積減少L·Δd,右側面積增加L·Δd，因此E=2BLΔd/ΔtB、當ef向左滑動時，左側面積減小L·Δd，右側面積增大L·Δd，互相抵消，因此E=0C、在公式E=n中，在切割情況下，ΔΦ=B·ΔS，ΔS應是導線切割掃過的面積，因此E=BLΔd/ΔtD、在切割的情況下，只能用E=BLv計算，不能用E=n計算8．.如右圖所示，光滑曲線導軌足夠長，固定在絕緣斜面上，勻強磁場B垂直斜面向上．一導體棒從某處以初速度v0沿導軌面向上滑動，最后又向下滑回到原處．導軌底端接有電阻R，其余電阻不計．下列說法正確的是()A．滑回到原處的速率小于初速度大小v0B．上滑所用的時間等于下滑所用的時間C．上滑過程與下滑過程通過電阻R的電荷量大小相等D．上滑過程通過某位置的加速度大小等于下滑過程中通過該位置的加速度大小9、把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為r的圓環(huán)，水平固定在豎直向下，磁感應強度為B的勻強磁場中，如圖1所示，一長度為2r，電阻等于R，粗細均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸。當金屬棒以恒定速度v向右移動經(jīng)過環(huán)心O時，求：（1）流過棒的電流的大小、方向及棒兩端的電壓UMN。（2）在圓環(huán)上消耗的熱功率。10-2.3基礎提升訓練1．如圖所示，有兩根和水平方向成角的光滑平行軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度為B．一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度，會趨近于一個最大速vm，則（）A．如果變大，vm變大B．如果B增大，vm變大C．如果R變小，vm將變大D．如果m變小，vm將變大2．如圖所示的電路中，L1、L2是完全相同的燈泡，線圈L的自感系數(shù)較大，它的電阻與定值電阻R相等。下列說法正確的是（）A．閉合開關S時，L1先亮、L2后亮，最后它們一樣亮B．閉合開關S時，L1、L2始終一樣亮C．斷開開關S時，L2立刻熄滅、L1過一會才熄滅RcdbaABD．斷開開關S時RcdbaAB3．如圖示裝置中，線圈A的左端接在滑線變阻器的中點，當滑動變阻器的滑動頭由a端滑向b端的過程中，通過與線圈B相連的電阻R上的感應電流的方向為（）A．由c經(jīng)R到dB．先由c經(jīng)R到d，后由d經(jīng)R到cC．由d經(jīng)R到cD．先由d經(jīng)R到c，后由c經(jīng)R到d4．如圖所示，MN和PQ為兩根足夠長的水平光滑金屬導軌，導軌電阻不計，變壓器為理想變壓器，現(xiàn)在水平導軌部分加一豎直向上的勻強磁場，金屬棒ab與導軌電接觸良好，則以下說法正確的是（）A．若ab棒勻速運動，則IR≠0，IC≠0B．若ab棒勻速運動，則IR≠0，IC＝0C．若ab棒做勻加速運動，則IR≠0，IC≠0D．若ab棒做勻加速運動，IR≠0，IC＝0線圈ab鐵芯1鐵芯2線圈ab鐵芯1鐵芯2接線控制接閥門ABA．若某時刻通入控制電流a為正，b為負，則鐵芯2中A端為N極，B端為S極B．若某時刻輸入控制電流a為正，b為負，則鐵芯2中A端為S極，B端為N極C．若a,b輸入交變電流，鐵芯2不能吸入線圈中D．若a,b處輸入交變電流，鐵芯2能吸入線圈中第2題圖6、.如圖所示，閉合導線框的質(zhì)量可以忽略不計，將它從圖示位置勻速拉出勻強磁場，若第一次用0.3s時間拉出，外力所做的功為，通過導線截面的電量為；第二次用0.9s時間拉出，外力做的功為W2，通過導體截面的電量為，則（）第2題圖 A． B． C． D．7、超導磁懸浮列車是利用超導體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時通過周期性地變換磁極方向而獲得推進動力的新型交通工具．其推進原理可以簡化為如圖12-2-3所示的模型：在水平面上相距L的兩根平行直導軌間，有豎直方向等距離分布的勻強磁場B1和B2，且B1=B2=B，每個磁場的寬都是l，相間排列，所有這些磁場都以速度v向右勻速運動．這時跨在兩導軌間的長為L寬為l的金屬框abcd（懸浮在導軌上方）在磁場力作用下也將會向右運動．設金屬框的總電阻為R，運動中所受到的阻力恒為f，則金屬框的最大速度可表示為（）．．．8.如圖9所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導線、電鍵K與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場B中。兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面絕緣，在其上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電量為+q的小球。K斷開時傳感器上有示數(shù)，K閉合時傳感器上的示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?。則線圈中磁場B的變化情況和磁通量變化率分別是（）A．正在增加，B．正在增加，C．正在減弱，D．正在減弱，t/s0.10.20.3B/T0.20.1BO9.如圖所示，一只橫截面積為S=0.10m2t/s0.10.20.3B/T0.20.1BO求：⑴從t=0到t=0.30s時間內(nèi)，通過該線圈任意一個橫截面的電荷量q為多少？⑵這