2021年江苏高考物理复习课件:专题十电磁感应.pptx
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1、考点一电磁感应现象、楞次定律一、磁通量概念在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S与B的乘积公式=BS单位1Wb=1Tm2公式的适用条件(1)匀强磁场(2)磁感线的方向与平面垂直,即BS磁通量的意义磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数考点清单考点清单电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生的现象产生感应电流的条件条件穿过闭合电路的磁通量发生变化特例闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动电磁感应现象的实质电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果电路闭合则产生感应电流;如果电路不闭合,则只产生感应电动势,而不产生感应电流能量转化发生电磁感应现象时
2、,机械能或其他形式的能转化为电能二、电磁感应现象三、感应电流的方向内容适用范围楞次定律感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一切电磁感应现象右手定则伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向导体切割磁感线产生感应电流考点二法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关。(3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。2.法拉第电磁感应定律(1)内容:闭合电路
3、中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。(2)公式:E=n,其中n为线圈匝数。(3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路欧姆定律,即I=。tERr(4)说明:a.当仅由B的变化引起时,则E=n;当仅由S的变化引起时,则E=n;当由B、S的变化同时引起时,则E=nn。b.磁通量的变化率是-t图像上某点切线的斜率。二、导体切割磁感线产生的感应电动势1.公式E=Blv的使用条件(1)匀强磁场。(2)B、l、v三者相互垂直。2.“瞬时性”的理解(1)若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势。(2)若v为平均速度,则E为平均感应电动势。SBtBSt2211-B S B StBStt3.
4、切割的“有效长度”公式中的l为有效切割长度,即导体在与v垂直的方向上的投影长度。甲图:沿v1方向运动时,l=;沿v2方向运动时,l=sin。乙图:沿v1方向运动时,l=;沿v2方向运动时,l=0。丙图:沿v1方向运动时,l=R;沿v2方向运动时,l=0;沿v3方向运动时,l=R。4.“相对性”的理解cdcdMN2E=Blv中的速度v是相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对关系。三、感生电动势与动生电动势的比较感生电动势动生电动势产生原因磁场的变化导体做切割磁感线运动移动电荷的非静电力感生电场对自由电荷的电场力导体中自由电荷所受洛仑兹力沿导体方向的分力回路中相当于电源的部分处于变化磁
5、场中的线圈部分做切割磁感线运动的导体方向判断方法由楞次定律判断通常由右手定则判断,也可由楞次定律判断大小计算方法由E=n计算通常由E=Blvsin计算,也可由E=n计算tt考点三自感、涡流一、互感和自感1.互感两个相互靠近的线圈中,有一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感,这种电动势叫互感电动势。变压器就是利用互感现象制成的。2.自感(1)自感:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。(2)自感电动势:由于自感而产生的感应电动势。自感电动势总是阻碍导体自身电流的变化,与电流变化的快慢有关,大小正比于电流的变化率,表示为E=L。It(3
6、)自感系数:E=L中的比例系数L叫自感系数,简称自感或电感。线圈的长度越长,线圈的横截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越大,线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。二、涡流(1)涡流:块状金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,金属块内产生的漩涡状感应电流。(2)产生原因:金属块内磁通量变化感应电动势感应电流。(3)涡流的利用:冶炼金属的高频感应炉利用强大的涡流产生焦耳热使金属熔化;家用电磁炉也是利用涡流原理制成的。(4)涡流的减小:各种电机和变压器中,用涂有绝缘漆的硅钢片叠加成的铁芯,以减小涡流。It知能拓展知能拓展拓展一感应电流产生的条件、楞次定律拓展一感应电流产生的条件、楞
7、次定律一、磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率的区别磁通量磁通量的变化量磁通量的变化率物理意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某一段时间内穿过某个面的磁通量的变化量穿过某个面的磁通量变化的快慢大小=BS,S是与B垂直的面的面积=2-1=BS=SB=B=SttSttBt注意穿过某个面有方向相反的磁场,则不能直接用=BS求解,应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量开始时和转过180时平面都与磁场垂直,穿过平面的磁通量是一正一负,=-2BS而不是0既不表示磁通量的大小,也不表示磁通量变化的多少,实际它就是单匝线圈上产生的电动势附注线圈平面与磁感线平行时,=0,但最大;线圈平面与磁感线垂直时,最大
8、,但=0;、都与线圈匝数无关ttt例1如图所示,有一个垂直纸面向里的匀强磁场B=0.8T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1cm。现于纸面内先后放上圆形线圈,圆心均在O处,A线圈半径为1cm,10匝;B线圈半径为2cm,1匝;C线圈半径为0.5cm,1匝。问:(1)在B减小为0.4T的过程中,A和B中磁通量改变了多少?(2)当磁场转过30角的过程中,C中磁通量改变了多少?解析(1)对A线圈,1=B1r2,2=B2r2。故磁通量改变量:2-1=(0.4-0.8)3.1410-4Wb=-1.25610-4Wb。对B线圈同样有:2-1=(0.4-0.8)3.1410-4Wb=-1.25610-
9、4Wb。(2)对C线圈,1=Br2,磁场转过30,线圈仍全部处于磁场中,线圈面积在垂直磁场方向的投影面积为r2cos30,则2=Br2cos30。磁通量改变量:2-1=Br2(cos30-1)=0.83.14(510-3)2(0.866-1)Wb=-8.410-6Wb。答案见解析题后反思磁通量是指穿过某一面积的磁感线的条数,与线圈匝数无关。若线圈所围面积大于磁场面积,则以磁场区域面积为准。本题中B线圈与A线圈中的磁通量始终一样,故它们的改变量也一样。二、电磁感应现象的判断常见的产生感应电流的三种情况例2现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图所示连接。下列说法中正确的是
10、()A.开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻线D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才会偏转解析开关闭合后,线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变化,电流计指针偏转,选项A正确;线圈A插入线圈B中后,开关闭合和断开的瞬间,穿过线圈B的磁通量会发生变化,电流计指针会偏转,选项B错误;开关闭合后,滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动,都会导致线圈A中的电流发生变化,穿过线圈B的磁通量变化,电流计指针都会发生偏转,
11、选项C、D错误。答案A三、楞次定律的理解及应用1.楞次定律中“阻碍”的含义2.应用楞次定律的两点注意(1)感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向并非总是相同或相反,而是谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁场本身如何阻碍当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢,这种变化将继续进行,最终结果不受影响“增反减同”。(2)由于运动而产生感应电流时,感应电流的效果是阻碍物体间的相对运动,而不是阻碍物
12、体的运动。3.楞次定律的推广含义楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为:感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,列表说明如下:内容例证阻碍原磁通量变化“增反减同”磁铁靠近线圈,B感与B原反向阻碍相对运动“来拒去留”磁铁靠近,是斥力磁铁远离,是引力使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,a、b靠近阻碍原电流的变化“增反减同”合上S,B先亮例3如图所示,闭合导体环水平固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直轴线下落,穿过导体环的过程中,关于导体环中的感应电流及条形磁铁的加速度,下列说法正确的是()A.从上向下看,导体环中的感应电流的方
13、向先顺时针后逆时针B.从上向下看,导体环中的感应电流的方向先逆时针后顺时针C.条形磁铁的加速度一直小于重力加速度D.条形磁铁的加速度开始小于重力加速度,后大于重力加速度解析条形磁铁穿过导体环的过程中,导体环中磁通量方向向上,先增大后减小,从上向下看,感应电流方向先顺时针后逆时针,A正确,B错误;导体环中的感应电流产生的磁场始终阻碍条形磁铁运动,所以条形磁铁的加速度一直小于重力加速度,C正确,D错误。答案AC四、三个定则的比较左手定则右手定则安培定则应用磁场对运动电荷、电流作用力方向的判断对因导体切割磁感线而产生的感应电流方向的判断电流产生的磁场方向的判断涉及方向磁场方向、电流(电荷运动)方向、
14、安培力(洛仑兹力)方向磁场方向、导体切割磁感线的运动方向、感应电动势的方向电流方向、磁场方向各物理量方向间的关系图例因果关系电流作用力运动电流电流磁场应用实例电动机发电机电磁铁例4如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是()A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向左减速运动解题导引PQ与L2组成闭合回路,PQ为等效电源,L2为负载。L1与MN组成闭合回路,L1为等效电源,MN为负载。解析当PQ向右运动时,用右手定则可判断出PQ中感应电流的方向是QP,由安培定则可判断出穿过L1
15、的磁场方向是自下而上的。若PQ向右加速运动,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律可判断出流过MN的感应电流方向是NM,用左手定则可判断出MN受到向左的安培力,将向左运动,可见选项A错误。若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以选项C正确。同理可判断出选项B正确,D错误。答案BC拓展二法拉第电磁感应定律拓展二法拉第电磁感应定律1.求解感应电动势的常见情况情景图研究对象回路(不一定闭合)一段直导线(或等效成直导线)绕一端垂直磁场转动的一段导体棒绕与B垂直的轴转动的导线框表达式E=nE=BLv(L为有效切割长度)E=BL2E=NBScostt12例
16、5有一面积为S=100cm2的金属环如图甲所示,电阻为R=0.1,环中磁感应强度的变化规律如图乙所示,且磁场方向垂直环面向里,在t1到t2时间内(1)环中感应电流的方向如何?(2)通过金属环的电荷量为多少?解析(1)由楞次定律,可以判断出金属环中感应电流的方向为逆时针方向。(2)由图乙可知:磁感应强度的变化率=金属环中的磁通量的变化率=S=S环中形成的感应电流I=通过金属环的电荷量Q=It由式解得Q=C=0.01C。Bt2121-B Bt ttBt2121-B Bt tER/tRR t21(-)B B SR-2(0.2-0.1)100.1答案(1)逆时针(2)0.01C例6半径分别为r和2r的
17、同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示。整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下。在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)。直导体棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为,导体棒和导轨的电阻均可忽略。重力加速度大小为g。求(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小;(2)外力的功率。解题导引解析(1)解法一由感应电动势公式E=B(-)得导体棒AB的感应电动势E=B(2r)
18、2-r2=通过R的电流I=由右手定则判得通过R的感应电流从C到D。1221L22L12232BrER232BrR解法二在t时间内,导体棒扫过的面积为S=t(2r)2-r2根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为E=根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端。因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端。由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足I=联立式得I=12B StER232BrR解法三E=Br=Br=Br2I=由右手定则判得通过R的感应电流从C到Dv22rr32ER232Br R解法四取t=TE=Br2I=由右手定则判得通过R的感应电流从C到D。(2)解法一在竖直
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