法拉第电磁感应定律自感现象.ppt

第二节 法拉第电磁感应定律 自感现象,一、感应电动势 1定义：在 现象中产生的电动势。 产生电动势的那部分导体相当于电源，其电阻相当于 电源的内阻。 2产生条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的 发生变化，电路中就一定产生感应电动势。 3感应电流与感应电动势的关系 (1)在等效电源内部电流由 流向正极。 (2)遵守 定律，即I 。,电磁感应,磁通量,负极,闭合电路欧姆,二、法拉第电磁感应定律 1法拉第电磁感应定律 (1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的 成正比。 (2)公式： 。,磁通量的变化率,1关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是( ) A穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大 B电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大 C电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大 D若电路在某时刻磁通量为零，则该时刻感应电动势不一定 为零 【解析】 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势正比于磁通量 的变化率，C选项中磁通量变化越快，则磁通量的变化率越 大，故C选项正确，A、B选项错误。某时刻的磁通量为零，但 该时刻磁通量的变化率不一定为零，所以感应电动势也就不一 定为零，D选项正确。 【答案】 CD,2导体切割磁感线的情形 (1)一般情况：运动速度v和磁感线方向夹角为， 则E 。 (2)常见情况：运动速度v和磁感线方向垂直， 则E 。 (3)导体棒在磁场中转动：导体棒以端点为轴，在匀强磁场 中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势 EBlv Bl2(平均速度取中点位置线速度 l)。,Blvsin_,Blv,2(2010山东理综)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应 强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边 界，OO为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回 路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关 于OO对称的位置时( ) A穿过回路的磁通量为零 B回路中感应电动势大小为2Blv0 C回路中感应电流的方向为顺时针方向 D回路中ab边与cd边所受安培力方向相同,【解析】 由于两磁场的磁感应强度大小相等，方向相 反，且回路此时关于OO对称，因而此时穿过回路的磁 通量为零，A项正确；ab、cd均切割磁感线，相当于两个 电源，由右手定则知，回路中感应电流方向为逆时针，两 电源串联，感应电动势为2Blv0，B项正确，C项错误；由 左手定则知ab、cd所受安培力方向均向左，D项正确。 【答案】 ABD,变化,阻碍,三、自感现象 1概念：由于线圈本身的电流发生 而产生的 电磁感应现象。 2自感电流：在自感现象中产生的感应电流，总是 原电流的变化。 3自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。 (1)大小表达式：E 。(其中 为电流变化率， L为自感系数) (2)自感系数 影响因素： 、 、 。 单位：享利(H)；1 H mH H。,线圈匝数,横截面积,有无铁芯,103,106,3在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列 说法中正确的是( ) A日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用 B镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃灯管后起降 压限流作用 C日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉 D日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光， 并能降低对电能的消耗,【解析】 日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三 个不同的阶段，它们的工作电流通路如下图所示。 在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬间高压。工作后，电 流由灯管经镇流器，不再流过启动器，故启动后启动器不再 工作，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C。,【答案】 BC,四、涡流 1概念：发生电磁感应时，导体中产生的像水的旋涡 样的 。 2产生原因：变化的电流产生 ，激发出 ，形成感应电流。,感应电流,变化的磁场,感生电场,1感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率 和线 圈的匝数共同决定，而与磁通量、磁通量的变化量的 大小没有必然联系。,2对公式的理解,如右图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内 有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于 2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端， 电路的固定电阻为R，其余电阻不计， 求MN从圆环的左端滑到右端的过程 中电阻R上的电流的平均值和通过 电阻R的电荷量。,【解题切点】 求电荷量要从电流的平均值来考虑。,【解析】 MN做切割磁感线运动，有效切割长度在不断变化，用 EBlv难以求得平均感应电动势。从另一角度看，回路中的磁通 量在不断变化，利用法拉第电磁感应定律求平均感应电动势。 从左端到右端磁通量的变化量：BSBr2，,1(2010浙江理综)半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定 放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固 定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图(上)所示。有一变 化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图(下)所示。在 t0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为q的静止微粒。则 以下说法正确的是( ) A第2秒内上极板为正极 B第3秒内上极板为负极 C第2秒末微粒回到了原来位置 D第2秒末两极板之间的电场 强度大小为0.2r2/d,【解析】 由图知第2秒内，磁场向里并均匀减小，由楞次定律 知，环中电流方向为顺时针，因而上极板带正电，A项正确； 第3秒内磁场向外且均匀增大，由楞次定律知，环中电流方向 为顺时针，上极板仍带正电，B项错误；同理第1秒内上极板带 负电，此微粒2秒内先做匀加速直线运动，再做匀减速直线运 动，方向不变，C项错误；由法拉第电磁感应定律知，,【答案】 A,1导体平动切割磁感线 对于导体平动切割磁感线产生感应电动势的计算式 EBlv，应从以下几个方面理解和掌握。 (1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除了磁场是匀 强磁场外，还需B、l、v三者相互垂直。实际问题中当它 们不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算，公式可为 EBlvsin ，为B与v方向间的夹角。,导体切割磁感线产生感应电动势的计算,(3)瞬时性 若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势。 (4)有效性：公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的 方向上的投影长度。下图中有效长度分别为：,甲图：lcdsin (容易错算成labsin )； 乙图：沿v1方向运动时，lMN 沿v2方向运动时，l0。 丙图：沿v1方向运动时，l R 沿v2方向运动时，l0 沿v3方向运动时，lR (5)相对性：EBlv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁 场也运动时，应注意速度间的相对关系。,(2010天津理综)如图所示，质量m10.1 kg，电阻 R10.3 ，长度l0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上。框架 质量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数 0.2。相距0.4 m的MM、NN相互平行，电阻不计且足够长。 电阻R20.1 的MN垂直于MM。整个装置处于竖直向上的匀强 磁场中，磁感应强度B0.5 T，垂直于ab施加F2 N的水平恒力， ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM、NN保持良好接触。 当ab运动到某处时，框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦 力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2。,(1)求框架开始运动时ab速度v的大小； (2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生 的热量Q0.1 J，求该过程ab位移x的大小。 【解题切点】 这是导体在磁场中切割运动，由EBlv即 可求解，同时涉及到平衡，受力做功，根据平衡条件、 能量守恒求解即可。 【解析】 (1)ab对框架的压力 F1mvg 框架受水平面的支持力 FNm2gF1 依题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最 大静摩擦力,F2FN ab中的感应电动势 EBlv MN中电流 I MN受到的安培力 F安IlB 框架开始运动时 F安F2 ,由上述各式代入数据解得 v6 m/s (2)闭合回路中产生的总热量 Q总 由能量守恒定律，得 Fxm1v2Q总 代入数据解得 x1.1 m。 ,【答案】 (1)6 m/s (2)1.1 m,2. 如右图所示，固定在水平桌面上的金属框架cdef处在竖直向 下的匀强磁场中，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦地滑动。此 时abed构成一个边长为L的正方形，棒的电阻为r，其余部分电 阻不计，开始时磁感应强度为B0。,(1)若从t0时刻起，磁感应强度均匀增加，每秒增量为 k，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图中标出感 应电流的方向。 (2)在上述(1)的情况中，棒始终保持静止，当tt1时，垂 直于棒的水平拉力为多少？ (3)若从t0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定 速度v向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流，则 磁感应强度怎样随时间变化？(写出B与t的关系式),如右图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电 感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计。电键S从闭 合状态突然断开时，下列判断正确的有( ) Aa先变亮，然后逐渐变暗 Bb先变亮，然后逐渐变暗 Cc先变亮，然后逐渐变暗 Db、c都逐渐变暗 【解题切点】 分析此类问题应先明确原电流的方向，然后判 断自感电流的方向及大小变化。在断开开关时还要看线圈和 用电器能不能形成回路。,【解析】 a、b、c三个灯泡相同，设S闭合时通过三个灯泡的 电流均是I，则L1中的电流为2I，L2中的电流为I。在S断开瞬 间，L1中的电流由2I逐渐减小，L2的电流由I逐渐减小， L1、L2中的产生的感应电流方向相同，故b、c两灯的电流逐 渐减小，即b、c两灯逐渐变暗，B、C错误，D项，正确； 两个支路的电流汇集后为2I通过a灯，a灯电流由2I反向减 弱，故a灯中的先变亮再逐渐变暗，即A正确。 【答案】 AD,3. 如右图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的 电阻可以忽略。下列说法中正确的是( ) A合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，然后一样亮 B合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮 C断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭 D断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭,【解析】 通电瞬间，L中有自感电动势产生，与L在同一支 路的灯A1要逐渐变亮，而A2和电源构成回路则立即亮；稳 定后，A1与A2并联，两灯一样亮。断开开关瞬间，L中有自 感电动势，相当于电源，与A1、A2构成回路，所以两灯都 过一会儿熄灭。综上所述，选项A、D正确。 【答案】 AD,1. 两块水平放置的金属板间的距离为d，用导线与一个n匝线 圈相连，线圈电阻为r，线圈中有竖直方向的磁场，电阻R与 金属板连接，如右图所示，两板间有一个质量为m、电荷量 q的油滴恰好处于静止。则线圈中的磁感应强度B的变化情 况和磁通量的变化率分别是( ),【解析】 油滴静止说明电容器下极板带正电，线圈中电流 自上而下(电源内部)，由楞次定律可以判断，线圈中的磁感 应强度B为向上的减弱或向下的增强。,【答案】 C,2. 吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者，然而吉他有 许多种，不同吉他的工作原理是不同的。电吉他与普通吉他 不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做拾音器的 装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放 大，再经过扬声器就能播出优美的音乐声。如右图所示是拾 音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢制的琴弦 (电吉他不能使用尼龙弦)之间，当弦沿着线圈振动时，线圈 中就会产生感应电流。关于感应电流，以下说法正确的是 ( ),A琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的 B琴弦振动时，线圈中产生的感应电流的大小变化，方 向不变 C琴弦振动时，线圈中产生的感应电流的大小不变，方 向变化 D琴弦振动时，线圈中产生的感应电流的大小和方向都 会发生变化 【解析】 由于琴弦在振动，线圈中的磁通量发生不均匀 的变化，时快时慢，线圈中产生的感应电流的大小和方向 都要发生变化，故D对。 【答案】 D,3穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如下图 中所示，下列关于回路中产生的感应电动势的论述， 正确的是( ) A图中，回路产生的感应电动势恒定不变 B图中，回路产生的感应电动势一直在变大 C图中，回路在0t1时间内产生的感应电动势大于在 t1t2时间内产生的感应电动势 D图中，回路产生的感应电动势先变小后变大,【答案】 CD,【解析】 由产生感应电动势的条件可知，回路中磁通量发生变化 才能产生感应电动势，而图中，穿过回路的磁通量是一恒定 值，所以回路中不产生感应电动势，选项A错；图中，穿过闭合 回路的磁通量随时间t均匀变化，即 是一恒量，由法拉第电 磁感应定律产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比可 知，回路产生的感应电动势是一恒定值，选项B错；图中，穿过 回路的磁通量在0t1时间内的变化率 大于在t1t2时间内的变 化率，所以回路在0t1时间内产生的感应电动势大于在t1t2时间 内产生的感应电动势，选项C对；图中，穿过回路的磁通量的变 化率 先变小后变大，所以回路产生的感应电动势先变小后变 大，选项D正确。,4如右图所示是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻 的电路，L两端并联一只电压表，用来测自感线圈的直流 电压，在测量完毕后，将电路解体时应先( ) A断开S1 B断开S2 C拆除电流表 D拆除电阻R,【解析】 当S1、S2均闭合时，电压表与线圈L并联；当S2闭 合而S1断开时，电压表与线圈L串联，所以在干路断开后自 感线圈L中电流方向相同而电压表中电流方向相反。只要不 断开S2，线圈L与电压表就会组成回路，在断开干路时， L中产生与原来电