最新-2018届高考物理 电磁感应复习课件2 精品

• (3)自感系数L：①大小：线圈的长度越长、 线圈的面积越大，单位长度的匝数越多， 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．
• ②单位：亨利(符号H)，1 H＝103 mH＝ 106μH.
• ③物理意义：描述线圈产生自感电动势本 领大小的物理量，数值上等于通过线圈的 电流在1 s内改变了1 A时产生的自感电动 势的大小．
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.
• (2)在上述(1)的情况中，棒始终保持静止， 当t＝t1时，垂直于棒的水平拉力为多少？
• (3)若从t＝0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)
连接导线的电阻忽略不计，则：
• (1)电容器的带电荷量是多少？哪个极板 带正电？
• (2)电路中消耗的电功率是多少？
[解析] (1)画出等效电路图，如图 13－2－11 所示． 导体棒 OA 产生的感应电动势为 E＝BL v ＝Br 2rω＝5 V I＝R＋ER2＝55 A＝1 A 则 q＝C·IR2＝4.9×10－10C
• (1)自感现象：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：①自感电动势的方向： 自感电动势总阻碍导体中原来电流的变化， 即当电流增大时，自感电动势阻碍电流增 大(这时I感与I原反向)；当电流减小时，自 感电动势阻碍电流减小(这时I感与I原同向)； 自感电动势总是起着 电 流 变推迟化 的 作 用．②自感电动势的大小：E自＝nΔΦ/Δt ＝LΔI/Δt
3．导体切割磁感线产生的感应电动势
• (1)公式：E＝BLv • (2)公式的几点说明：
• ①上式仅适用于导体各点以相同速度在匀 强磁场中切割磁感线的情况，且L、v与B 两两垂直．
• ②当L⊥B，L⊥v，而v与B成θ夹角时， • 如右图13－2－3所示，
• 导体切割磁感线产生的
• 感应电动势大小为 E＝BLvsinθ .
[解析] 根据磁感应强度的表达式 B＝B0＋kt 知 ΔB/Δt ＝k，可见磁感应强度是均匀增加的．根据楞次定律，可以 判断出 P 板电势低．即 P 板带负电，Q 板带正电，PQ 间形 成竖直向上的电场．根据法拉第电磁感应定律 E＝ΔΔΦt ＝ΔΔBt S 知 E＝kS＝kπ(2Lπ)2＝k4Lπ2.因为电热器中 Q＝CU，所以 Q＝ kL2C
(2)撤去中间的金属棒 MN，将右面的半圆环 OL2O′以 OO′ 为轴向上翻转 90°，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为ΔΔBt ＝π4 T/s，求 L1 的功率．
• [解析] (1)棒滑过圆环直径时切割磁感线 的有效长度L＝2a，棒中产生的感应电动 势为
• E＝BLv＝0.2×2×0.4×5 V＝0.8 V
• 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通 量发生变化的回路将产生感应电动势，该 导体或回路就相当于电源．解决电磁感应 中的电路问题的基本方法是：首先明确其 等效电路，其次根据电磁感应定律和楞次 定律确定感应电动势的大小和方向，然后 根据电路有关规律进行综合分析．
•
半径为a的圆形区
域内有均匀磁场，磁感应强
3．电磁感应与电路的简单综合．
•
如图13－2－12所示，
把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接
成一个半径为a的圆环，水平固
定在竖直向下的磁感应强度为B
的匀强磁场中，一长度为2a、电
阻等于R、粗细均匀的金属棒MN
放在圆环上，与圆环始终保持良
好的接触．当金属棒以恒定速度
v向右移动，且经过圆心时，求：
• (1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电 压UMN.
[解析] (1)感应电动势 E＝ΔΔΦt ＝ΔΔBt ·S＝kL2 感应电流 I＝Er ＝kLr 2 由楞次定律可知，电流方向为逆时针方向，如图 13 －2－6 所示． (2)t＝t1 时，B＝B0＋kt1 拉力等于安培力，即 F＝BIL ∴F＝(B0＋kt1)kLr 3
(3)由总磁通量保持不变，所以 BL(L＋vt)＝B0L2 ∴B＝LB＋0Lvt
• (4)自感现象的应用——日光灯．
• ①日光灯主要由灯管、镇流器、起动器 组成；
• ②日光灯的工作原理； • ③镇流器的作用：启动时产生 瞬间 高 压
( 达 500 ～ 600 V) ， 正 常 发 光 时 ， 降 压 限流 (100～120 V)，保证日光灯正常工作．
5．涡流现象及其应用．
• (1)涡流现象：在整块导体内部发生电磁 感应而产生感应电流的现象称为涡流现 象．
• ③若导线是曲折的，则L应是导线的 有效切割长度，即导线两端点在v、B所决 定平面的垂线上的
• 投影长度 ．如图13－2－4所示的三种 情况下感应电动势相同．
• ④公式E＝BLv中，若v为一段时间内的平 均速度，则E为平均感应电动势，若v为 瞬时速度，则E为瞬时感应电动势．
4．自感现象及其应用．
• 当不计棒与环的电阻时，直径OO′两端的 电压U＝E＝0.8 V，所以通过灯L1的电流 为
(2)右半圆环向上翻转 90°后，穿过回路的磁场有效面 积变为原来的一半，即 S′＝12πa2.磁场变化时在回路中产 生的感应电动势为
E′＝ΔΔΦt ＝S′Δ·tΔB＝12πa2×π4 V ＝2×(0.4)2 V＝0.32 V 由于 L1、L2 两灯相同，圆环电阻不计，所以每灯的电 压均为 U′＝12E′，L1 的功率为
[答案] 见解析
•
如图13－2－7所示，长为L的金
属导轨弯成一圆环，导线的两端接在电容
为C的平行板电容器上，P、Q为电容器的
两个极板，磁场垂直于环面向里，磁感应
强度以B＝B0＋kt(k＞0)随时间变化．t＝0 时，P、Q两板电势相等，两板间的距离
远小于环的半径，经时间t后，电容器的P
板
•( )
A．不带电 B．所带电荷量与 t 成正比 C．带正电，电荷量是kL4π2C D．带负电，电荷量是kL4π2C
PG＝P 电，即 mgvmsin30°＝RE＋2 r④ 其中 E＝BLvm⑤ 解得：vm＝mg2BR2＋L2 r 由串联电路的功率分配关系可得，电阻 R 的发热功率为： P＝R＋R rP 电＝R＋R rmgvmsin30°＝m4B2g2L2R2.
• (1)解决此类“最终速度”问题，一般有 两种方法——平衡法和能量转化法，前一 种方法，易于理解；后一种方法解法简捷 迅速．
• 总电阻 共同决定．三者大小关系遵守闭
合电路欧姆定律，即
.
2．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 路的磁通量的 变化率 成正比．
• (2)公式
•
，n为线圈匝数．
(3)公式的说明 ①上式适用于回路磁通量发生变化的情况，回路不一 定要闭合． ②ΔΦ 不能决定 E 的大小，ΔΔΦt 才能决定 E 的大小，而ΔΔΦt 与 ΔΦ 之间无大小上的必然联系．
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叫感应电 动势．产生感应电动势的那部分导体相当 于电源．只要穿过回路的磁通量发生改变， 即使回路不闭合，在回路中仍产生感应电 动势．如图13－2－1和图13－2－2所示．
• (2)感应电动势与感应电流
• 感应电流的大小是由感应电动势和闭合回 路的
• (2)影响涡流大小的因素：导体的 外周长 越长，交变磁场的频率 越 高 ， 涡 流 就
越大．
• (3)涡流现象的应用：电磁炉(灶)，涡流加 热，涡流制动，涡流探测等．
• (4)在生产和生活中，有时要避免涡流效 应，减少能耗．
1．法拉第电磁感应定律的应用
•
如图13－2－5所示，固定在水平
桌面上的金属框架cdef处在竖直向下的匀
度为B＝0.2 T，磁场方向垂
直纸面向里，半径为b的金属
圆环与磁场同心地放置，磁
场与环面垂直，其中a＝0.4
m，b＝0.6 m．金属环上分
别接有L1、L2，两灯的电阻 均为R0＝2 Ω，一金属棒MN 与金属环接触良若棒以 v0＝5 m/s 的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过 圆环直径 OO′的瞬时(如图 13－2－13 所示)MN 中的电动势和 流过灯 L1 的电流．
开始下滑．已知导体棒电阻为r，整个装
置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，磁
感应强度为B.求导体棒最终下滑的速度及
电阻R最终生热功率分别为多少？
[解析] 解法 1：导体棒由静止释 放后，加速下滑，受力如图 13－2－15 所示．导体棒中产生的电流逐渐增大， 所受安培力(沿导轨向上)逐渐增大，其 加速度 a＝mgsin3m0°－BIL＝gsin30°－ BmIL逐渐减小；当 a＝0 时，导体棒开 始做匀速运动，其速度也达到最大．
•
如图13－2－10所示，在
磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，
有一个半径r＝0.5 m的金属圆环，
圆环所在平面与磁感线垂直．OA
是一个金属棒，它沿着顺时针方
向以20 rad/s的角速度绕圆心O匀
速转动，且A端始终与圆环相接
触．OA棒的电阻R＝0.1 Ω，图中
定值电阻R1＝100 Ω，R2＝4.9 Ω， 电容器的电容C＝100 pF，圆环和
则由平衡条件得：mgsin30°－BIL＝0① 其中 I＝r＋ER② E＝BLvm③ 解①②③联立方程组可得：vm＝m2gBR2＋ L2 r R 的发热功率为： P＝I2R＝(2mBgL)2R＝m4B2g2L2R2
解法 2：当棒匀速下滑时，重力做正功，安培力做负功．导 体棒的重力势能全部转化为回路中产生的电能，则有：
解法 2：设如图 13－2－9 所示，在 Δt 为很短的时间 内，杆转动的角度为 Δθ 也很小，则杆扫过的面积等效为 ΔS＝l2Δ2 θ，又 Δθ＝ωΔt，则磁通量的变化为：