1、第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流,3.渦流:當(dāng)線(xiàn)圈中的電流發(fā)生變化時(shí),在它附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水的旋渦一樣的感應(yīng)電流。 (1)電磁阻尼:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 (2)電磁驅(qū)動(dòng):如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。 (3)電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,典例1(2015茂名二模)如圖(a)所示,一個(gè)阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線(xiàn)圈與阻值為2R

2、的電阻R1連接成閉合回路,線(xiàn)圈的半徑為r1,在線(xiàn)圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線(xiàn)圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線(xiàn)如圖(b)所示。圖線(xiàn)與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導(dǎo)線(xiàn)的電阻不計(jì),在0至t1時(shí)間內(nèi),求: (1)通過(guò)電阻R1上的電流大小和方向; (2)通過(guò)電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,1.如圖所示,一正方形線(xiàn)圈的匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線(xiàn)圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且一半處在磁場(chǎng)中。在t時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過(guò)程中,線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ( B

3、),考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,2.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一矩形閉合線(xiàn)圈abcd,線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直。已知線(xiàn)圈的匝數(shù)N=100,邊長(zhǎng)ab=1.0 m、bc=0.5 m,電阻r=2 。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在01 s內(nèi)從零均勻變化到0.2 T。在15 s內(nèi)從0.2 T均勻變化到-0.2 T,取垂直紙面向里為磁場(chǎng)的正方向。求: (1)0.5 s時(shí)線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E和感應(yīng)電流的方向; (2)在15 s內(nèi)通過(guò)線(xiàn)圈的電荷量q; (3)在05 s內(nèi)線(xiàn)圈產(chǎn)生的焦耳熱Q。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 1.理解E=Blv的“五性” (

4、1)正交性:本公式是在一定條件下得出的,除磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,還需B、l、v三者互相垂直。 (2)瞬時(shí)性:若v為瞬時(shí)速度,則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 (3)平均性:導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線(xiàn)時(shí),若v為平均速度,則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即 (4)有效性:公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)的有效長(zhǎng)度。 如圖,棒的有效長(zhǎng)度為ab間的距離。 (5)相對(duì)性:E=BLv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也在運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,典例2(2015臨沂模擬)在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T。有一水平放置的光滑框架,寬度l=0.4 m,

5、如圖所示,框架上放置一質(zhì)量為0.05 kg、電阻為1 的金屬桿cd,框架電阻不計(jì)。若桿cd以恒定加速度a=2 m/s2由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),則: (1)在前5 s內(nèi),平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少? (2)在第5 s末,回路中的電流有多大? (3)在第5 s末時(shí),作用在cd桿上的水平外力有多大?,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,【參考答案】 (1)0.4 V(2)0.8 A(3)0.164 N,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,2.如圖所示,相距L=0.4 m、電阻不計(jì)的兩平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,一端與阻值R=0.15 的

6、電阻相連,導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向里。質(zhì)量m=0.1 kg、電阻r=0.05 的金屬棒置于導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直。t=0時(shí)起棒在水平外力F作用下以初速度v0=2 m/s、加速度a=1 m/s2沿導(dǎo)軌向右勻加速運(yùn)動(dòng)。求: (1)t=1 s時(shí)回路中的電流; (2)t=1 s時(shí)外力F大小; (3)第1 s內(nèi)通過(guò)棒的電荷量。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三自感現(xiàn)象 1.自感電動(dòng)勢(shì)的作用 自感現(xiàn)象遵循楞次定律,即自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙原電流變化,但不改變?cè)娏鞯淖兓厔?shì),對(duì)原電流的變化起延遲作用(增反減同)。 2.自

7、感現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化 線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有時(shí),電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能;電流減小時(shí),磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能。 3.自感現(xiàn)象分析思路 (1)通電自感:線(xiàn)圈中電流從無(wú)到有增大時(shí),線(xiàn)圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流增大,因此線(xiàn)圈中電流呈非線(xiàn)性增大,一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。 (2)斷電自感:線(xiàn)圈中電流從有到無(wú)減小時(shí),線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減小,線(xiàn)圈中磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能,此時(shí)線(xiàn)圈相當(dāng)于電源,給閉合電路供電。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,典例3(多選)如圖所示的電路中,L為一個(gè)自感系數(shù)很大、直流電阻不計(jì)的線(xiàn)圈,D1、D2是兩個(gè)完全相同的燈泡,E是一內(nèi)阻不計(jì)的電源。t=0時(shí)刻,閉合開(kāi)關(guān)S,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,電路達(dá)到穩(wěn)定,t1時(shí)刻斷開(kāi)開(kāi)

8、關(guān)S。I1、I2分別表示通過(guò)燈泡D1和D2的電流,規(guī)定圖中箭頭所示的方向?yàn)殡娏髡较?以下各圖中能定性描述電流I隨時(shí)間t變化關(guān)系的是 (),考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,【解題思路】當(dāng)S閉合時(shí),L的自感作用會(huì)阻礙其中的電流變大,電流從D1流過(guò);當(dāng)L的阻礙作用變小時(shí),L中的電流變大,D1中的電流變小至零;D2中的電流為電路總電流,電流流過(guò)D1時(shí),電路總電阻較大,電流較小,當(dāng)D1中電流為零時(shí),電流流過(guò)L與D2,總電阻變小,電流變大至穩(wěn)定;當(dāng)S再斷開(kāi)時(shí),D2馬上熄滅,D1與L組成回路,由于L的自感作用,D1慢慢熄滅,電流反向且減小,綜上所述知A、C項(xiàng)正確。 【參考答案】 AC 【名師歸納】分析自感現(xiàn)象的兩

9、點(diǎn)注意: (1)通過(guò)自感線(xiàn)圈中的電流不能發(fā)生突變,即通電過(guò)程中,電流是逐漸變大,斷電過(guò)程中,電流是逐漸變小,此時(shí)線(xiàn)圈可等效為“電源”,該“電源”與其他電路元件形成回路。 (2)斷電自感現(xiàn)象中燈泡是否“閃亮”問(wèn)題的判斷,在于對(duì)電流大小的分析,若斷電后通過(guò)燈泡的電流比原來(lái)強(qiáng),則燈泡先閃亮后再慢慢熄滅。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,如圖所示電路中,L是一電阻可忽略不計(jì)的自感線(xiàn)圈,a、b為L(zhǎng)的左、右兩端點(diǎn),A、B、C為完全相同的三個(gè)燈泡,原來(lái)開(kāi)關(guān)S是閉合的,三個(gè)燈泡均在發(fā)光。 某時(shí)刻將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),則下列說(shuō)法正確的是 ( B ) A.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn),A燈閃亮后緩慢熄滅 B.b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),B、C燈閃亮后

10、緩慢熄滅 C.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn),B、C燈閃亮后緩慢熄滅 D.b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),B、C燈不會(huì)閃亮只是緩慢熄滅,【解析】開(kāi)關(guān)S閉合穩(wěn)定時(shí),自感線(xiàn)圈支路的總電阻較B、C燈支路電阻小,故流過(guò)A燈的電流I1大于流過(guò)B、C燈的電流I2,且電流方向由a到b,a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn);當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),由于與電源斷開(kāi),自感線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象,相當(dāng)于電源,b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),阻礙流過(guò)A燈的電流減小,瞬間流過(guò)B、C燈支路的電流比原來(lái)的大,故B、C燈閃亮后再緩慢熄滅,故B項(xiàng)正確。,電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型 1.模型分類(lèi) “桿+導(dǎo)軌”模型分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn));導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜;桿的運(yùn)

11、動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等。 2.單桿水平式,典例如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角=30的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計(jì),間距L=0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域和,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線(xiàn)為MN,中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.5 T。在區(qū)域中,將質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑。然后,在區(qū)域中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開(kāi)始下滑。cd在滑動(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸

12、,取g=10 m/s2。求: (1)cd下滑的過(guò)程中,ab中的電流方向; (2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí),cd的速度大小; (3)從cd開(kāi)始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中,cd滑動(dòng)的 距離x=3.8 m,此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q。,【參考答案】 (1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J,【名師點(diǎn)睛】解決電磁感應(yīng)中綜合問(wèn)題的一般思路:,1.(2015惠州模擬)(多選)如圖甲所示,面積S=1 m2的導(dǎo)體圓環(huán)內(nèi)通有垂直于圓平面向里的磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示(B取向里為正),以下說(shuō)法中正確的是 ( AC ) A.環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 B.環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)

13、電流 C.環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為1 V D.環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2 V,2.(2016云南師范大學(xué)附屬中學(xué)月考)英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)。如圖所示,一個(gè)半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周,則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是 ( D ),3.(2015泰州模擬)如圖甲所示,一個(gè)圓形線(xiàn)圈的匝數(shù)n=100,線(xiàn)圈面積S=200 cm2,線(xiàn)圈的電阻r=1 ,線(xiàn)圈外接一個(gè)阻值R=4 的電阻,把線(xiàn)圈放入一方向垂直線(xiàn)圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。下列說(shuō)法中正確的