课件24张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、电磁感应现象
1.奥斯特实验揭示了通电导线周围有磁场.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁能产生电.
2.由磁生电的现象叫做电磁感应现象,由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流.
科拉顿为什么没有观察到电磁感应现象?
答案：在科拉顿实验中,电磁感应现象已经发生,科拉顿之所以没有观察到实验现象,因为他将反映有感应电流产生的小磁针放到了另一房间,而电磁感应现象仅
在磁铁插入线圈的瞬间产生,即只在穿过闭合线圈的磁通量发生变化时产生.目标导航预习导引一二二、产生感应电流的条件
1.引起磁通量变化的原因是各不相同的,可能是闭合电路或闭合电路一部分的磁感应强度发生变化,或者是闭合电路在磁场中的面积发生变化,也可能是闭合电路与磁场的夹角发生变化.
2.不论何种原因,只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生.目标导航预习导引一二把一个铜环放在匀强磁场中,使环所在的平面与磁场的方向垂直,如图(a),如果使环沿着磁场的方向移动,铜环是否产生感应电流?为什么?如果磁场是不均匀的,如图(b),是否产生感应电流?为什么?
答案：(a)中无感应电流,(b)中有感应电流.因为(a)中磁场是均匀的,穿过闭合铜环中的磁通量不发生变化,而(b)中磁场是不均匀的,当铜环在(b)中沿磁场方向运动时,磁通量发生了变化.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、电流的磁效应与电磁感应现象有何区别?产生感应电流的条件是什么?
1.电流的磁效应是指电流周围产生磁场即“电生磁”,而电磁感应现象是利用磁场产生感应电流即“磁生电”,两种现象因果关系相反.
2.产生感应电流的条件:
(1)电路闭合;
(2)穿过闭合电路的磁通量发生变化.
分析是否产生感应电流,关键是分析穿过闭合线圈的磁通量是否发生变化,而分析磁通量是否有变化,关键是清楚磁感线的分布,即清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化及有效磁场面积的变化.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用闭合导体回路在磁场中运动一定产生感应电流吗?
答案：不一定.若闭合导体回路在磁场中运动时,穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,导体回路中就会产生感应电流;若闭合导体回路在磁场中运动时,穿过闭合导体回路的磁通量不变,导体回路中就没有感应电流.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】如图所示,正方形导线框放在匀强磁场区域内,磁场垂直于线框平面.在下列情况下,能否产生感应电流?请说明理由.(导学号51130000)
(1)将线框由正方形拉成圆形的过程中;
(2)将线框水平向右拉出磁场区域的过程中;
(3)线框绕cd边旋转的过程中.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：(1)
(2)
(3)一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：(1)有感应电流.
(2)cd边未出磁场的过程中,无感应电流;cd边出磁场而ab边未出磁场的过程中,有感应电流.
(3)有感应电流.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如图所示为法拉第研究“磁生电”现象的实验装置原理图.两个线圈分别绕在一个铁环上,线圈A接直流电源,线圈B接灵敏电流表,下列情况不可能使线圈B中产生感应电流的是( ) (导学号51130001)
A.开关S闭合或断开瞬间
B.开关S闭合一段时间之后
C.开关S闭合后,改变滑动变阻器滑片的位置时
D.拿走铁环,再做这个实验,开关S闭合或断开的瞬间一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：B
解析：根据法拉第对产生感应电流的概括,选项A、C、D符合变化的电流(变化的磁场)产生感应电流的现象.而开关S闭合一段时间之后,A线圈中是恒定电流,产生恒定的磁场,B线圈中磁通量稳定不变,故不能使B线圈中产生感应电流.一二知识精要典题例解迁移应用二、如何理解与计算磁通量Φ
1.公式Φ=BS中的B是匀强磁场的磁感应强度,S是与磁场方向垂直的面积,可以理解为Φ=BS⊥.如果磁感线和线圈平面不垂直,S应取线圈平面在垂直磁感线方向上的投影面积.
如图所示,线圈平面与水平方向成θ角,磁感线竖直向下,磁感应强度为B,线圈面积为S.在求解磁通量Φ时,使用Φ=BScos θ很容易出错,多数同学分不清θ是谁和谁的夹角,盲目代入公式导致错误.我们可以取垂直磁感线的有效面积S⊥=Scos θ,Φ=BScos θ,这样就不易出错了.一二知识精要2.公式Φ=BS中的S是指包含磁场的那部分有效面积.如图所示,闭合回路abcd在纸面内,匀强磁场B在圆区域内且垂直纸面,回路abcd的面积S1大于圆区域面积S2,但穿过S1和S2的磁通量是相同的,因为磁感线穿过的S1和S2的有效面积相同.典题例解迁移应用一二知识精要3.磁通量是标量,但磁通量有正、负之分,其正、负是这样规定的:任何一个面都有正、反两个面,若规定磁感线从正面穿入为正值,则磁感线从反面穿入时磁通量为负值.
若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁感线条数为Φ1,反向磁感线条数为Φ2,则磁通量为穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和),即Φ=Φ1-Φ2.
说明:磁通量的正负既不表示大小,也不表示方向,仅是为了计算方便而引入的.
4.磁通量与线圈匝数无关,也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响.同理,磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1也不受线圈匝数的影响.所以,直接用公式求Φ、ΔΦ时,不必考虑线圈匝数n.典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例2】 一个100匝的线圈,其横截面是边长为L=0.20 m的正方形,放在磁感应强度B=0.50 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变),在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少? (导学号51130002)
点拨：闭合线圈由正方形变为圆形(周长不变),其所围的面积发生了改变,磁感应强度B未变,求出这两种情况的Φ即可求出ΔΦ.一二知识精要典题例解迁移应用解析：线圈横截面是正方形时的面积
S1=L2=(0.20 m)2=4.0×10-2 m2
穿过线圈的磁通量
Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2 Wb=2.0×10-2 Wb
横截面形状为圆形时,其半径答案：5.5×10-3 Wb 一二知识精要典题例解迁移应用一个200匝、面积为20 cm2的线圈,放在磁场中,磁场的方向与线圈平面成30°角,若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T,在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是 Wb;磁通量的平均变化率是 Wb/s.?
答案：4×10-4 8×10-3
解析：磁通量的变化量是由磁场的变化引起的,应该用公式ΔΦ=ΔBSsin θ来计算,所以
ΔΦ=ΔBS⊥ΔBSsin30°=(0.5-0.1)×20×10-4×0.5 Wb=4×10-4 Wb.知识链接案例探究易错分析易错考点:对磁通量的理解应注意的几个问题
对磁通量及其公式的理解,应注意以下三个问题:
1.磁通量的大小与匝数无关,即Φ≠NBS.
2.Φ=BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分的有效面积.
3.某一面内的磁感线既有穿入,又有穿出,则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数.知识链接案例探究易错分析如图所示,a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环,条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直,则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为( )
A.Φa>Φb B.Φa<Φb
C.Φa=Φb D.不能比较知识链接案例探究易错分析解析：条形磁铁磁场的磁感线的分布特点:①磁铁内外磁感线的条数相同;②磁铁内外磁感线的方向相反;③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏.两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时,通过其中的磁感线的俯视图
如图所示,穿过圆环的磁通量Φ=Φ进-Φ出,由于两圆环面积SaΦb,故A正确.
答案：A知识链接案例探究易错分析本题易错选B.其原因是直接根据Φ=BS进行判断,没有分析条形磁铁磁感线的分布特点,不清楚穿过圆环的磁通量为有效磁通量.课件27张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、楞次定律
1.楞次定律:
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
2.楞次定律的适用范围:
所有判断感应电流方向的情况.
电磁感应中,若电路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,是否还会产生“阻碍”作用?为什么?
答案：不会.若电路不闭合,无感应电流,即无感应电流产生的磁场,所以不会产生阻碍原磁场变化的作用.目标导航预习导引一二二、右手定则
1.右手定则:
伸开右手,让拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直从手心进入,拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向.
2.右手定则的适用范围:
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动.
3.右手定则可以看做楞次定律的特殊情况.目标导航预习导引一二如图所示,水平放置的平行金属导轨的两端接有电阻R,导线ab能在框架上无摩擦地滑动,匀强磁场垂直穿过框架平面,当ab匀速向右移动时,试判断流过R的电流方向.
答案：由右手定则可判断流过导线ab的电流方向为b→a,所以流过R的电流方向为d→R→c.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、楞次定律
1.楞次定律的内容
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
(1)定律中的因果关系.闭合电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因,而结果是出现了感应电流的磁场.
(2)楞次定律中两磁场间的关系.闭合电路中有两个磁场,一是引起感应电流的磁场,即原磁场;二是感应电流的磁场.当引起感应电流的磁通量(原磁通量)要增加时,感应电流的磁场要阻碍它的增加,两个磁场方向相反;原磁通量要减少时,感应电流的磁场阻碍它的减少,两个磁场方向相同.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用(3)正确理解“阻碍”的含义.感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的原因——原磁场磁通量的变化,而不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁场的磁通量.“阻碍”的具体表现是:当原磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反;当原磁通量减少时,两磁场方向相同.阻碍不等于阻止,其作用是使磁通量增加或减少变慢,但磁通量仍会增加或减少.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用2.楞次定律的应用
(1)一般步骤.
①明确闭合回路,确定原磁场方向;
②判断闭合回路内原磁场的变化情况;
③由楞次定律判断感应电流的磁场方向;
④由安培定则,根据磁场方向判断感应电流方向.
(2)楞次定律的推广.
①若由于相对运动导致电磁感应现象,则感应电流的效果阻碍该相对运动,简称口诀:“来拒去留”.
②若电磁感应致使回路的面积有收缩或扩张的趋势,则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化,即磁通量增加时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用楞次定律中的“阻碍”与能量守恒定律统一吗?
答案：统一.感应电流的磁场“阻碍”原磁通量的变化正是能量守恒的必然要求,如果变为“推动”磁通量变化,则会出现能量越来越大的结果,违背能量的转化和守恒定律.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】如图所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管,则电路中( ) (导学号51130003)
A.始终有感应电流自a向b流过电流表G
B.始终有感应电流自b向a流过电流表G
C.先有a→G→b方向的感应电流,后有b→G→a方向的感应电流
D.将不会产生感应电流一二知识精要思考探究典题例解迁移应用点拨：分析条形磁铁自左向右穿过螺线管时螺线管内磁通量的变化:
①磁铁进入螺线管过程,磁通量增大.
②磁铁从螺线管中穿出的过程,磁通量减少.
③用楞次定律判断感应电流方向.
解析：条形磁铁从左边进入螺线管的过程中,在螺线管内产生的磁场方向向右,穿过螺线管的磁通量不断增加,根据楞次定律,感应电流的方向是a→G→b.条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中,在螺线管中产生的磁场方向向右,穿过螺线管的磁通量不断减小,根据楞次定律,感应电流的方向是b→G→a,故选项C正确.
答案：C一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如图所示,电路EFGH与闭合导体框ABCD处于同一平面内,且彼此靠近,试判断当开关S闭合和断开瞬间,导体框ABCD中感应电流的方向.
答案：闭合瞬间电流方向是A→D→C→B→A
断开瞬间电流方向是A→B→C→D→A一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：S闭合瞬间:
(1)穿过回路ABCD的磁场是电流I产生的磁场,方向由安培定则判知垂直纸面向外(如图所示).
(2)闭合S瞬间,穿过回路ABCD的原磁场从无到有,故磁通量增大.
(3)由楞次定律可知感应电流的磁场方向应和B原相反,即垂直纸面向内.
(4)由安培定则判知导体框ABCD中感应电流的方向是 A→D→C→B→A.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用S断开瞬间:
(1)穿过回路ABCD的原磁场仍是电流I产生的磁场,方向由安培定则判知垂直纸面向外.
(2)断开S瞬间,穿过回路ABCD的原磁场从有到无,故磁通量减小.
(3)由楞次定律可知感应电流的磁场方向应和B原相同,即垂直纸面向外.
(4)由安培定则判知导体框ABCD中感应电流的方向是 A→B→C→D→A.一二知识精要典题例解迁移应用二、右手定则的理解和应用
1.对导体运动方向的理解
右手定则中所描述的导体的运动方向,应为导体相对于磁场的运动方向.例如,当闭合电路不动,磁场相对于闭合电路的一部分导体运动时,也可以产生感应电流.一二知识精要2.楞次定律与右手定则的区别与联系 典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例2】北半球地磁场的竖直分量向下.如右图所示,在北京某中学实验室的水平桌面上,放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd,线圈的ab边沿南北方向,ad边沿东西方向.下列说法中正确的是( ) (导学号51130004)
A.若使线圈向东平动,则b点的电势比a点的电势低
B.若使线圈向北平动,则a点的电势比b点的电势低
C.若以ab为轴将线圈向上翻转,则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a
D.若以ab为轴将线圈向上翻转,则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a一二知识精要典题例解迁移应用解析：由右手定则知,若使线圈向东平动,线圈的ab边和cd边切割磁感线,c(b)点电势高于d(a)点电势,故选项A错;同理知选项B错;若以ab为轴将线圈向上翻转,穿过线圈平面的磁通量将变小,由楞次定律可判断线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a,选项C对,选项D错.
答案：C一二知识精要典题例解迁移应用(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ'都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中.现垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向及M、N点电势高低的说法正确的是( ) (导学号51130005)
A.感应电流方向是N→M
B.感应电流方向是M→N
C.安培力水平向左
D.M端电势高于N端的电势一二知识精要典题例解迁移应用答案：ACD
解析：磁场方向向下,棒向右运动,由右手定则知棒中感应电流方向是N→M,选项A正确,选项B错误.由左手定则知棒受安培力方向向左,选项C正确.因切割磁感线的导体棒MN为电源,电源内部电流方向为电势升高方向,则M端电势高于N端电势,选项D正确.知识链接案例探究知识链接案例探究规律方法:用楞次定律的推广含义解决感应电流的磁场问题
1.通过阻碍相对运动来阻碍磁通量变化
当磁体靠近或远离某闭合导体回路时,回路通过与磁体同向的运动来阻碍磁通量变化;当闭合回路的部分导体运动引起磁通量变化时,则另一部分导体与产生感应电流的导体同向运动或有同向运动趋势.此处的同向,指的是方向相同或大致相同,具体方向需根据受力判断.知识链接案例探究知识链接案例探究如图所示,光滑导轨L1、L2水平地固定在竖直向上的匀强磁场中,A、B两导体棒放置在导轨上,并与L1、L2接触良好,现对导体棒B进行如下一些操作,则下列对应导体棒A的运动情况中错误的是( )
A.导体棒B向右运动时,导体棒A受到向右的力而向右运动
B.导体棒B向左运动时,导体棒A受到向左的力而向左运动
C.导体棒B运动得越快,导体棒A的加速度越大
D.导体棒B(设导体棒B足够长)顺时针方向转动时,导体棒A也顺时针方向转动知识链接案例探究知识链接案例探究点拨：
解析：当导体棒B向右运动时,由右手定则可以判断导体棒B中感应电流的方向为由L1指向L2,导体棒A中的感应电流方向为由L2指向L1,如图所示.由左手定则知,导体棒A受到向右的安培力而使其向右做加速直线运动,导体棒B受到向左的安培力而阻碍导体棒B向右运动,故选项A正确.同理可知,选项B、C正确.当导体棒B顺时针方向转动时,A、B两导体棒中感应电流的方向与上图相同,导体棒A仍受到向右的安培力,导体棒A向右做加速直线运动,而不是转动,故选项D不正确.答案：D 知识链接案例探究知识链接案例探究2.通过改变线圈面积来“反抗”磁通量变化
电磁感应致使回路面积有变化趋势时,则收缩或扩张是为了阻碍回路原磁通量的变化,即磁通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面积有增大趋势.知识链接案例探究知识链接案例探究如图所示,三个金属环用细线悬挂,与螺线管都垂直且C在螺线管上方正中位置,当滑片P向左滑时,分析A、B、C环的运动情况.
点拨：由滑片P的滑动情况判断螺线管产生磁场的变化情况,从而得到各环中的磁通量变化情况,然后由楞次定律的推广含义判断各环的运动情况。知识链接案例探究知识链接案例探究解析：当滑片P向左滑时,电路中的电阻变大,电流变小,穿过三个线圈的磁通量都减小,则环将通过向磁场较强的位置运动来阻碍磁通量的减小,故A右摆、B左摆。而C在磁场中有向下的运动趋势,因C是用细线悬挂,故C静止不动。
答案：A右摆、B左摆、C静止不动课件29张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、影响感应电动势大小的因素
1.感应电动势
在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.在产生感应电流的电路中,即使电路不闭合,没有感应电流,感应电动势依然存在.
2.磁通量的变化率
磁通量的变化率表示磁通量的变化快慢,用 表示,其中ΔΦ表示磁通量的变化量,Δt表示变化ΔΦ所用的时间.目标导航预习导引一二三如图所示,半径为r的金属环绕通过直径的轴OO'以角速度ω匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,则在转过30°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量是多少?磁通量的变化率呢?目标导航预习导引一二三二、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,这就是法拉第电磁感应定律.
2.表达式
,其中n为线圈的匝数.
3.电动势E的单位:伏特,符号:V.速度的变化率叫加速度,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比.感应电动势与磁通量的关系、加速度与速度的关系能否进行类比?
答案：可以进行类比.当磁通量大时,磁通量的变化量不一定大;磁通量的变化量大时,磁通量的变化率不一定大.目标导航预习导引一二三三、感应电动势的另一种表述
导体切割磁感线时的电动势
导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时,若磁场、导体和运动速度两两垂直,产生的感应电动势的大小等于磁感应强度、切割磁感线的导体长度、导体切割磁感线的速度三者的乘积.数学表达式为E=BLv .若运动速度v与导体的长度L之间的夹角为θ,则感应电动势的数学表达式为E=BLvsin θ.
匀强磁场B中,有一长度为L的导体棒做切割磁感线运动,速度为v(如图所示),求导体棒产生的感应电动势.答案：BLv 知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、法拉第电磁感应定律
1.感应电动势的大小磁通量的变化率是Φ-t图象上某点切线的斜率大小. 知识精要思考探究典题例解一二迁移应用3.Φ、ΔΦ与 三者之间的关系 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用磁通量为零,感应电动势也为零吗?
答案：感应电动势正比于磁通量的变化率,与磁通量大小没有必然联系.当磁通量在变化过程中为零时,感应电动势不一定为零.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】一个面积S=4×10-2 m2、匝数n=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示,则下列判断正确的是( ) (导学号51130006)
A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化率等于-0.08 Wb/s
B.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零
C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于-0.08 V
D.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：A 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用将一段导线绕成图甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是( ) (导学号51130007)一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：B
解析：根据楞次定律,在前半个周期内,圆环内产生的感应电流方向为顺时针,即通过ab边的电流方向为由b指向a,再根据左手定则判断,ab边受到的安培力为水平向左,即负方向.根据法拉第电磁感应定律,前半个周期内ab中的电流为定值,则所受安培力也为定值,选项B正确.一二知识精要典题例解迁移应用二、导体切割磁感线产生的电动势
导体切割磁感线时,常用E=Blvsin θ计算感应电动势,对该公式的理解应注意以下几点:
(1)该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论,常用来求导体运动速度为v时的瞬时电动势,若v为平均速度,则E为平均电动势.
(2)当B、l、v三个量方向相互垂直时,E=Blv;当有任意两个量的方向平行时,E=0.
(3)公式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度.
如图所示,导线切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度,即ab线段的长度.一二知识精要典题例解迁移应用【例2】如图所示,半径为r的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里.一根长度略大于2r的导线MN以速度v在圆导轨上无摩擦地自左端匀速滑动到右端,电路的固定电阻为R,其余电阻忽略不计.试求: (导学号51130008)
(1)在滑动过程中通过电阻R的电流的平均值.
(2)当导线MN通过圆形导轨中心时,导线MN所受安培力的大小.
(3)如果导线MN的电阻为R0,当导线MN通过圆形导轨中心时,电阻R两端的电压.一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用(多选)(2014·山东理综)如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好.在向右匀速通过M、N两区的过程中,导体棒所受安培力分别用FM、FN表示.不计轨道电阻.以下叙述正确的是( ) (导学号51130009)
A.FM向右 B.FN向左
C.FM逐渐增大 D.FN逐渐减小一二知识精要典题例解迁移应用答案：BCD
解析：电磁感应中,感应电流所受安培力总是阻碍导体棒的运动,且安培力既垂直于导体棒又垂直于磁场,故FM、FN方向均向左,选项A错误,B正确;导体棒在M区运动时,离通电直导线距离逐渐变小,磁场逐渐增强,感应电流及安培力均变大;同理,在N区运动时,远离通电直导线,磁场减弱,感应电流及安培力均变小,选项C、D正确.知识链接案例探究易错警示易错考点:转动导体切割磁感线产生的感应电动势 知识链接案例探究易错警示知识链接案例探究易错警示如图,匀强磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率 的大小应为( )知识链接案例探究易错警示答案：C 知识链接案例探究易错警示课件25张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二一、法拉第电机
1.法拉第电机是应用了导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电动势的原理.
2.产生电动势的导体相当于电源,此电源与其他部分的导体或线框构成了闭合电路,遵从闭合电路欧姆定律.
3.在电源内部,感应电流方向是从电源的负极流向正极;在外电路中,电流从电源的正极经用电器流向负极.目标导航预习导引一二如图是一个水平放置的导体框架,宽度L=0.50 m,接有电阻R=0.20 Ω,磁感应强度B=0.40 T,方向如图所示.今有一导体棒ab横放在框架上,并能无摩擦地沿框滑动,框架及导体棒ab的电阻均不计,当ab以v=4.0 m/s的速度向右匀速滑动时,试求:
电路上的感应电流的大小.目标导航预习导引一二答案：导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势的大小为E=BLv=0.40×0.50×4.0 V=0.80 V
导体棒ab相当于电源,由它对外电路供电,则由闭合电路欧姆定律得:目标导航预习导引一二二、电磁感应中的能量
1.电磁感应中的能量:在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中,导体克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能,即电能是通过克服安培力做功转化来的.
2.电磁感应现象符合能量守恒定律.
3.反电动势
(1)定义:直流电动机模型通电后,线圈因受安培力而转动切割磁感线产生的感应电动势.
(2)方向:与外加电压的方向相反.
(3)决定因素:电动机线圈转动越快,反电动势越大.目标导航预习导引一二在有安培力做功的电路中,欧姆定律是否依然适用?
答案：有安培力做功的电路为非纯电阻电路,电路中发生了电能与机械能的转化,欧姆定律不再适用.同学们,你阅读了教材中与反电动势有关的内容后,你认为反电动势与欧姆定律不适用于非纯电阻电路有关吗?知识精要典题例解迁移应用一二一、导体棒在匀强磁场中转动产生感应电动势的求法
1.用E=BLv求解.
用E=BLv求解感应电动势时,要求导体上各点的切割速度相同或能求其等效切割速度.
如图中,导体棒上各点切割的速度不相等,离O越远,切割速度越大(v=ωr),因此必须求其切割的等效速度.由于棒上各点到圆心O的距知识精要一二典题例解迁移应用知识精要一二典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例1】 把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为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,如图所示.一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好的接触.当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时,求: (导学号51130010)
(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN;
(2)在圆环和金属棒上消耗的总的热功率.
点拨：本题综合考查电磁感应及电路中功率的计算,关键是要分析清楚电路结构,画出等效电路图.一二知识精要典题例解迁移应用解析：(1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻R、电源电动势E的电源,两个半圆环看成两个并联电阻,画出等效电路如图所示.
等效电源的电动势为E=Blv=2Bav一二知识精要典题例解迁移应用答案：见解析 一二知识精要典题例解迁移应用如图所示,导体AB的长为2R,绕O点以角速度ω匀速转动,OB=R,且O、B、A三点在一条直线上.有一匀强磁场磁感应强度为B,充满转动平面且与转动平面垂直,则AB两端的电势差为( ) (导学号51130012)
A. BωR2 B.2BωR2
C.4BωR2 D.6BωR2
答案：C
解析：E=BLv=B·2R·(ω·2R)=4BωR2.一二知识精要典题例解迁移应用二、电磁感应现象中的能量转化
1.电磁感应的本质——能量转化.
电磁感应的过程,实质上是能量转化与守恒的过程.可以说它是能量守恒定律在电磁现象中的一个特例.通过克服安培力做功,将其他能量(非电能)转化为电能,克服安培力做多少功,就有多少其他能转化为相应量的电能;当产生的电流通过用电器后,同时将转化来的电能进一步转化成其他非电能.因此,电磁感应过程总伴随着能量转化.一二知识精要2.克服安培力做功与产生电能关系的特例论证.
如图所示,矩形闭合金属线框abcd电阻为R,置于有界的匀强磁场B中,现以速度v匀速拉出磁场,设ad、bc边的长度为L,则线框被匀速拉出的过程中:典题例解迁移应用一二知识精要分析:因线框匀速运动,有F=F安.而产生的电能终因线框有电阻而转变为内能,线框的电功率(等于发热功率)P电=I2R= .可见PF=P安=P电.
结论:在电磁感应现象中,克服安培力做多少功,就有多少电能产生.本例中,这些电能又通过电流做功使电阻发热转变成内能.典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用【例2】 (多选)如图所示,两根电阻不计的光滑平行金属导轨与水平面的倾角为θ,导轨下端接有电阻R,匀强磁场垂直于斜面向上,质量为m、电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,上升高度为h的过程中( )
A.金属棒所受各力的合力所做的功等于零
B.金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh
和电阻R上发出的焦耳热之和
C.恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服
安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和
D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R
上产生的焦耳热一二知识精要典题例解迁移应用解析：本题考查反电动势及电磁感应现象中的功能关系,解题关键是知道回路中的电能(最终转化为焦耳热)是由导体克服安培力做的功确定的.棒在运动过程中受重力G、安培力F安、弹力N、拉力F(如图所示),棒匀速上升过程中有三个力做功:恒力F做正功,重力G、安培力F安做负功.由动能定理知W恒+WG+W安=0,所以A正确,B错误.恒力F与重力G的合力所做的功等于导体克服安培力做的功,克服安培力做的功等于回路中电能的增加,克服安培力做的功和焦耳热不能重复考虑,故C错,D正确.
答案：AD一二知识精要典题例解迁移应用一二知识精要典题例解迁移应用(多选)如图所示,足够长的平行光滑导轨与水平面成θ角,匀强磁场的方向竖直向上,一根质量为m的金属棒ab与导轨接触良好,沿斜面匀速下滑且保持水平,不计导轨和金属棒的电阻,则在金属棒下滑的一段时间内( )
A.棒中的感应电流方向由b到a
B.棒所受到的安培力方向沿斜面向上
C.棒的机械能减少量等于电阻R上产生的热量
D.棒的重力所做的功等于其重力势能的减少量与电阻R上产生的热量之和一二知识精要典题例解迁移应用答案：AC
解析：由右手定则知棒中的感应电流方向由b到a,由左手定则判定棒所受到的安培力方向水平向左,由能量守恒知棒的机械能减少,转化为电阻R上的热量,A、C两项正确.知识链接案例探究规律方法:电磁感应中的电荷量问题
根据电磁感应的平均感应电动势可求解电路中通过的电荷
量 ,即电荷量与磁通量的变化量成正比,与磁通量的变化率无关.知识链接案例探究如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m、bc=0.5 m,电阻r=2 Ω.磁感应强度B在0~1 s内从零均匀变化到0.2 T.在1~5 s内从0.2 T均匀变化到-0.2 T,取垂直纸面向里为磁场的正方向.求:
(1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;
(2)在1~5 s内通过线圈的电荷量q;
(3)0~5 s内线圈产生的焦耳热Q.知识链接案例探究答案：(1)10 V a→d→c→b→a (2)10 C (3)100 J 课件32张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、自感现象
1.自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时,它所产生的变化磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样它本身也会激发出感应电动势.这种由于导体本身的电流发生变化而使自身产生电磁感应的现象,叫做自感现象.
2.自感电动势
由自感而产生的感应电动势叫做自感电动势.目标导航预习导引一二三二、自感系数
自感系数L简称自感或电感,它跟线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关,线圈的横截面积越大、线圈绕制得越密、匝数越多,它的自感系数就越大.另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大.单位亨利,符号是H.常用的还有毫亨(mH)和微亨(μH),换算关系是1 H=103 mH=106 μH.
自感电动势与什么因素有关呢?
答案：自感电动势的大小与电流的变化快慢、线圈的自感系数有关.目标导航预习导引一二三三、日光灯
1.主要组成
灯管、镇流器和启动器.
2.灯管
(1)工作原理:管中气体导电时发出紫外线,荧光粉受其照射发出可见光.可见光的颜色由荧光粉的种类决定.
(2)气体导电的特点:灯管两端的电压达到一定值时,气体才能导电;而要在灯管中维持一定大小的电流,所需的电压却低得多.目标导航预习导引一二三在高电压的激发下,日光灯的灯管才能发光.这个使日光灯的灯管发光的高电压是由谁来提供的?
答案：镇流器中的电流急剧减小,会产生很高的自感电动势,这个自感电动势与电源电压加在一起,形成一个瞬时高电压,加在灯管两端,使灯管中的气体放电,日光灯被点亮.知识精要思考探究典题例解一二三迁移应用一、实验探究通电自感和断电自感
1.在通电自感中,两个灯泡不同时亮起.
如图所示的电路,两灯泡规格相同,接通开关后调节滑动变阻器R,使两个灯泡亮度相同,然后断开电路,再次接通的瞬间,产生的现象及原因如下表.知识精要思考探究典题例解一二三迁移应用2.在断电自感中,灯泡的亮度变化.
自感电动势总是要阻碍引起自感的电流的变化,就好像感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化一样,自感电动势阻碍的对象是“电流的变化”,而不是电流本身.知识精要思考探究典题例解一二三迁移应用失,而由于线圈的自感,I1不会马上消失,线圈总力图维持I1的存在,所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势,与灯泡组成abcd回路,由此流过L的电流大小由I2变成I1,方向由d→c变成c→d.可见通过L的电流大小与方向都发生了变化.
至于灯泡中的电流是突然变大还是变小(也就是说灯泡是否突然变得更亮一下),就取决于I2与I1谁大谁小,也就是取决于R和r谁大谁小的问题.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用在断电过程中,有时灯泡闪亮一下再熄灭,有时灯泡只会延迟一段时间再熄灭,出现上述两种现象的原因是什么?
答案：在电源断开后灯泡又亮一下的原因是灯泡断电后自感线圈中产生的感应电流比原线圈中的电流大.要想使灯泡闪亮一下再熄灭,就必须使自感线圈的电阻小于与之并联的灯泡.而当线圈电阻大于灯泡电阻,则灯泡只会延迟一段时间再熄灭.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】 如图所示电路,L1和L2是两个相同的灯泡,L是一个自感系数相当大的线圈,其直流电阻与R相同.由于存在自感现象,在开关S接通和断开时,灯泡L1和L2先后亮暗的次序是( ) (导学号51130013)
A.接通时L1先达最亮,断开时L1后灭
B.接通时L2先达最亮,断开时L2后灭
C.接通时L1先达最亮,断开时L1先灭
D.接通时L2先达最亮,断开时L2先灭一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：电流发生变化时,自感电动势将阻碍电流的变化,根据电流的变化来分析电路中灯的明暗情况.当S接通时,L1和L2应该同时亮,但由于自感现象的存在,流过线圈的电流由零变大时,线圈上将产生自感电动势,阻碍电流的增加,所以开始的瞬间电流几乎全部从L1通过,而该电流又将同时分别通过L2和R,所以L1先达最亮,经过一段时间稳定后,L1和L2达到一样亮.当开关S断开时,电源电流立即为零,因此L2立即熄灭,而对于L1,由于通过线圈的电流突然减弱,线圈中产生自感电动势,使线圈L和L1组成的闭合电路中有感应电流,所以L1后灭.
答案：A一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用1.如图所示,L为自感系数较大的线圈,电路稳定后小灯泡正常发光,当断开开关S的瞬间会有( ) (导学号51130014)
A.灯L立即熄灭
B.灯L慢慢熄灭
C.灯L突然闪亮一下再慢慢熄灭
D.灯L突然闪亮一下再突然熄灭
答案：A
解析：本题考查对自感电动势的正确理解,关键是看到断开开关,电路断路,线圈中虽然产生感应电动势,但不能形成感应电流,故灯L立即熄灭,故选A.一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用2.(多选)如图所示的(a)(b)两个电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都小,且小于灯泡L的电阻,接通开关S,使电路达到稳定,灯泡L发光,则( ) (导学号51130015)
A.在电路(a)中,断开S后,L将逐渐变暗
B.在电路(a)中,断开S后,L将先变得更亮,然后逐渐变暗
C.在电路(b)中,断开S后,L将逐渐变暗
D.在电路(b)中,断开S后,L将先变得更亮,然后逐渐变暗一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：AD
解析：本题考查了对断电时产生的自感电动势的阻碍作用的理解.
在电路断开时,自感线圈的自感电动势阻碍原电流的减小,此时自感线圈在电路中相当于一个电源,表现在两个方面:一是自感电动势所引起的电流方向与原电流方向一致;二是在断电瞬间,自感电动势所引起的电流大小与原电流的大小相等,以后以此电流开始缓慢减小到零.
(a)图中,灯L与自感线圈L在同一个支路中,流过的电流相同,当断开开关S时,灯L将逐渐变暗;(b)图中,断开S时,L中的电流立即为零,但由于自感,自感线圈L中将维持本身的电流不变,且IL>IL,所以灯L亮一下才逐渐熄灭,综上所述选A、D.一二三知识精要典题例解迁移应用二、线圈对变化电流、稳定电流的阻碍作用
1.两种阻碍作用产生的原因不同.
线圈对稳定电流的阻碍作用,是由绕制线圈的导线的电阻决定的,对稳定电流的阻碍作用,是金属对定向运动电子的阻碍作用,具体可用金属导电理论理解.
线圈对变化电流的阻碍作用,主要是由线圈的自感现象引起的,当通过线圈的电流变化时,穿过线圈的磁通量发生变化,产生自感电动势.根据楞次定律知,当线圈中的电流增加时,线圈中的自感电动势与电流方向相反,阻碍电流的增加, 如图甲所示.当线圈中的电流减小时,线圈中的自感电动势与电流方向相同,阻碍电流减小(如图乙).一二三知识精要典题例解迁移应用2.两种阻碍作用产生的效果不同.
在通电线圈中,电流稳定值为 ,由此可知线圈的稳态电阻决定了电流的稳定值,L越大,电流由零增大到稳定值I0的时间越长,也就是说,线圈对变化电流的阻碍作用越大,电流变化得越慢,总之,稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值,对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间.一二三知识精要典题例解迁移应用【例2】 (多选)如图所示的电路中,灯泡L1和灯泡L2是完全相同的灯泡,自感线圈L的直流电阻为零,且自感系数很大,电容器C的电容较大且不漏电,下列判断正确的是( ) (导学号51130016)A.开关S闭合后,L1灯亮后逐渐熄灭,L2灯逐渐变亮
B.开关S闭合后,L1灯、L2灯同时亮,然后L1灯暗,L2灯更亮
C.开关S闭合,电路稳定后,S再断开时,L1灯突然亮一下,然后熄灭,L2灯立即熄灭
D.开关S闭合,电路稳定后,S再断开时,L1灯突然亮一下,然后熄灭,L2灯逐渐熄灭一二三知识精要典题例解迁移应用解析：如图所示的电路中,L1灯与自感线圈L并联,L2灯与电容器C并联,然后这两部分电路串联接在电源上,当开关S闭合时,自感线圈对电流的增大起阻碍作用,导致L1灯两端电压较大,而电容器C开始电压较小,充电电流较大,故L2灯的电流较小;自感线圈L上的电流逐渐增大,电容器C上的充电电流逐渐减小,L1灯上的电流逐渐减小,L2灯上的电流逐渐增大,达到稳定后,L1灯无电流,L2灯达到最亮,所以A项正确.开关S闭合,电路稳定后,当S断开时,自感线圈L与L1灯组成闭合回路,自感线圈中的电流流经L1灯,使L1灯突然亮一下再熄灭;而电容器C所带的电荷量经L2灯放电,L2灯不立即熄灭,而是逐渐熄灭,所以D项也是正确的.
答案：AD一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用如图所示,电阻R和电感L的值很大,电源内阻不可不计,A、B是完全相同的两只灯泡,当开关S闭合时,下列判断正确的是( ) (导学号51130017)
A.灯A比灯B先亮,然后灯A熄灭
B.灯B比灯A先亮,然后灯B逐渐变暗
C.灯A与灯B一起亮,而后灯A熄灭
D.灯A与灯B一起亮,而后灯B熄灭
答案：B
解析：开关S闭合时,B灯立即亮,A灯由于电感L的自感作用,将逐渐变亮,由于总电流逐渐变大,路端电压变小,B灯逐渐变暗,选项B说法正确.一二三知识精要典题例解迁移应用三、日光灯的构成及工作原理
1.灯管:当两灯丝间的气体导电时发出紫外线,紫外线使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的可见光.
2.启动器:利用氖管的辉光放电,起自动接通与切断电路的作用,是为镇流器产生瞬时自感高压而服务的.
启动器中的电容器能使动、静触片在分离时不产生火花,以免烧坏触点.
3.镇流器的作用:日光灯点燃时,利用自感现象产生瞬时高压;日光灯正常发光时,利用自感现象,对灯管起到降压限流作用.一二三知识精要典题例解迁移应用4.日光灯的工作原理.
(1)启动:开关闭合后,电源电压加在启动器两极,使氖气放电,发辉光,产生热量,使U形触片膨胀,跟静触片接触使电路接通.电路接通后,氖气停止放电,U形动触片冷却收缩,两触片分开,电路断开.电路断开的瞬间,镇流器产生很高的自感电动势,其方向与原电压方向相同,共同加在灯管两端,使汞蒸气放电,日光灯开始工作.
(2)正常发光:日光灯正常发光时,镇流器与两灯丝及灯管内的汞蒸气组成电路,由于镇流器的线圈的自感现象,阻碍通过灯管的电流变化,起降压限流作用,确保日光灯正常工作.一二三知识精要典题例解迁移应用【例3】 如图所示的四个日光灯的接线图中,S1为启动器,S2为开关,L为镇流器,能使日光灯正常发光的是 ( )A.①③ B.②④ C.① D.② 一二三知识精要典题例解迁移应用解析：日光灯工作时,电流通过镇流器、灯丝、电源和启动器形成电路,使启动器发出辉光,相当于启动器短路接通,同时电流加热灯丝,灯丝发射电子,镇流器起控制加热电流的作用;之后启动器断开瞬间,镇流器产生很大的自感电动势,出现一个高电压加在灯管两端,灯管中的气体放电、发光,此时启动器已无作用.所以启动器可用手动的开关来代替(实际操作时,当启动器丢失或损坏时,可手持带绝缘皮的导线短接启动器然后再断开),图④的错误是不能让镇流器短路.
答案：A一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用日光灯的结构示意图如图所示,若按图示的电路连接,关于日光灯发光的情况,下列叙述中正确的是( )
A.S1接通,S2、S3断开,日光灯就能正常发光
B.S1、S2接通,S3断开,日光灯就能正常发光
C.S3断开,接通S1、S2后,再断开S2,日光灯就能正常发光
D.当日光灯正常发光后,再接通S3,日光灯仍能正常发光一二三知识精要典题例解迁移应用答案：C
解析：当S1接通,S2、S3断开时,电源电压220 V直接加在灯管两端,达不到灯管启动的高压值,日光灯不能发光,选项A错误.
当S1、S2接通,S3断开时,灯丝两端被短路,电压为零,不能使气体电离导电,日光灯不能发光,选项B错误.
当日光灯正常发光后,再接通S3,则镇流器被短路,灯管两端电压过高,会损坏灯管,选项D错误.
只有当S1、S2接通,灯丝被预热,发出电子,再断开S2,镇流器中产生很大的自感电动势,和原电压一起加在灯管两端,使气体电离,日光灯正常发光,选项C正确.知识链接案例探究规律方法:自感现象中的能量问题
1.自感现象中的能量转化
在接通电路时,电路中的电流由于自感电动势的作用不能发生突变而只能逐渐增加,这个过程中电源的电动势要克服自感电动势做功,把电源的一部分电能转化为线圈的磁场能,电流稳定后线圈中就储存有一定量的磁场能.在断电自感现象中,线圈L和灯泡(或电阻)组成闭合回路,线圈的自感电动势把原储存在线圈内的磁场能转化为电能用以维持这个闭合回路中保持一定时间的电流.电流逐渐减小,线圈中的磁场减弱,磁场能减少,当电流为零时,线圈中原储存的磁场能全部转化为电能并通过灯泡(或电阻)转化为内能.
所以,在自感现象中电能转化为线圈内的磁场能或线圈内的磁场能转化为电能,因此自感现象遵循能量守恒定律.知识链接案例探究2.电感L在自感现象的能量转化中起什么作用
电感L越大,当接通电路使线圈中通电时产生的自感电动势越大,电源克服自感电动势所做的功越多,电能转化的磁场能越多,因而当线圈中电流稳定时,线圈储存的磁场能也越多,且这个过程持续越长;当断开电路使线圈中电流减小时,磁场能转化的电能越多,且持续的时间也越长.知识链接案例探究在生产实际中,有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开关S由闭合到断开时,线圈会产生很高的自感电动势,使开关S处产生电弧,危及操作人员的人身安全.为了避免电弧的产生,可在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是( )
解析：闭合S时,二极管处于反向截止状态,不影响电路正常工作.断开S时,由于自感现象,线圈跟二极管D组成闭合回路,此时二极管处于正向导通,可以避免电弧的产生,故选项D正确.
答案：D课件24张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三四一、涡流现象
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.导体的外周长越长,交变磁场的频率越高,涡流就越大.目标导航预习导引一二三四二、电磁灶与涡流加热
电磁灶采用了磁场感应涡流加热原理,因此利用交变电流通过线圈产生交变磁场.目标导航预习导引一二三四三、感应加热
足够大的导体中产生很大的涡流,导体中电流可以发热,使金属受热甚至融化,人们根据这个原理,制造出了感应炉,用来冶炼金属.
在感应加热中,是使用高频交流电源好,还是使用低频交流电源好?为什么?
答案：使用高频电源好,感应加热就是利用感应电流产生的热量,感应电流适当大些较好,当使用高频交流电源时,它产生高频变化的磁场,磁场中导体内的磁通量变化非常迅速,产生较大的感应电动势和感应电流,加热效果会更好.目标导航预习导引一二三四四、涡流制动、探测及消除
金属盘在磁场中转动,从而产生一个动态阻尼力,激起涡流,实现制动.生产、生活中,有时也要避免涡流效应,以降低能耗.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、涡流
1.涡流产生的条件
涡流的本质是电磁感应现象,涡流产生条件是穿过金属块的磁通量发生变化,并且金属块本身可自行构成闭合回路.同时因为整个导体回路的电阻一般很小,所以感应电流很大.
2.可以产生涡流的两种情况
(1)把块状金属放在变化的磁场中.
(2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用3.能量转化
伴随着涡流现象,其他形式的能转化成的电能最终在金属块中转化为内能.如果金属块放在了变化的磁场中,则磁场能转化为电能最终转化为内能;如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用乘坐飞机的乘客登机前都要接受安全检查.如图是一种手持式安全检查报警器.一靠近金属体,它就会发出报警声.这是为什么呢?
答案：在报警器内有一线圈,线圈中通有高频电流,因此线圈周围有着高频变化的磁场.当报警器靠近金属体时,线圈的磁场在金属体中感应出涡电流,涡电流产生的磁场又会穿过线圈,改变线圈中的原磁场,使相关的电子线路产生报警声.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】(多选)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有 ( )
A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
D.取走线圈中的铁芯解析：根据题意,金属杯产生了涡流使水温度升高.要缩短加热时间,应使涡流增大.根据法拉第电磁感应定律,增加线圈匝数、提高交变电流的频率,均可使涡流增大,选项A、B正确;换为瓷杯,不能产生涡流,选项C错误;取走铁芯,使涡流减小,选项D错误.
答案：AB一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)变压器的铁芯总是利用薄硅钢片叠加而成,而不采用一整块硅钢,这是为了( ) (导学号51130018)
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大涡流,减小铁芯的发热量
D.减小涡流,减小铁芯的发热量
答案：BD
解析：本题考查涡流的基本特点.涡流的主要效应之一就是热效应,而变压器的铁芯发热,是我们不希望出现的,所以不采用整块硅钢,而采用薄硅钢片叠加在一起,目的是减小涡流,减小铁芯的发热量,进而提高变压器的效率.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用二、电磁阻尼与电磁驱动
当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象为电磁阻尼.电磁阻尼在实际中有很多应用,教材上说的使电学仪表的指针很快停下来,就是电磁阻尼作用.电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中.
如果磁场相对于导体运动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用称为电磁驱动.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如图所示,当转动蹄形磁铁时,线圈也跟着转动起来,产生这种现象的原因就是电磁驱动.电磁驱动的原因分析:当转动蹄形磁铁时,穿过线圈的磁通量就发生变化,例如,线圈处于图中所示的初始状态时,穿过线圈的磁通量为零,蹄形磁铁一转动,穿过线圈的磁通量就增加了.根据楞次定律,此时线圈中就有感应电流产生,以阻碍磁通量的增加,因而线圈会跟着一起转动起来.线圈转动方向与磁铁方向相同,但转速小于磁铁的转速,即同向异速.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用你能用楞次定律解释电磁阻尼和电磁驱动现象吗?
答案：当磁场变化或导体运动时,若在导体中产生感应电流,感应电流的效果就是阻碍磁场变化,或阻碍导体与磁场间的相对运动,若磁场不变,导体运动,感应电流的效果是阻碍导体运动,这就是电磁阻尼.当磁场运动时感应电流阻碍磁场运动,即阻碍磁场与导体之间的相对运动,而使导体运动起来,这就是电磁驱动.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】 如图所示,在光滑的水平面上有一半径r=10 cm、电阻R=1 Ω、质量m=1 kg的金属环,以速度v=10 m/s向一有界磁场滑去.匀强磁场方向垂直于纸面向里,B=0.5 T,从环刚进入磁场算起,到刚好有一半进入磁场时,圆环一共释放了32 J的热量,求: (导学号51130019)
(1)此时圆环中电流的瞬时功率.
(2)此时圆环运动的加速度.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用点拨：(1)圆环进磁场过程中产生感应电流,机械能减少量等于产生的热量.
(2)弯曲导线切割磁感线所受安培力的等效长度等于两端点连线长度.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：(1)0.36 W (2)6×10-2 m/s2,方向向左 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部.则小磁块( ) (导学号51130020)
A.在P和Q中都做自由落体运动
B.在两个下落过程中的机械能都守恒
C.在P中的下落时间比在Q中的长
D.落至底部时在P中的速度比在Q中的大
答案：C
解析：小磁块在铜管P中下落时,铜管中产生感应电流,根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场阻碍小磁块的下落,小磁块的机械能不守恒,A、B两项错误;小磁块在塑料管Q中下落时不会产生感应电流,小磁块的机械能守恒,不难分析知,小磁块在Q中的运动时间短,落至底部时的速度大,C项正确,D项错误.知识链接案例探究易错警示易错考点:涡流现象中的能量转化问题的分析技巧
伴随着涡流现象,其他形式的能转化成电能,最终在金属块中转化为内能.如果金属块放在变化的磁场中,则磁场能转化为电能,最终转化为内能;如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动,则由于克服安培力做功,金属块的机械能转化为电能,最终转化为内能.知识链接案例探究易错警示光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线,如图所示,抛物线下半部分处在一个水平方向的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中虚线所示),一个金属块从抛物线上y=b(b>a)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )知识链接案例探究易错警示解析：金属块在进出磁场过程中要产生感应电流,感应电流转化为内能,机械能要减少,上升的最大高度不断降低,最后刚好滑不出磁场,做往复运动永不停止,根据能量转化与守恒,整个过程中产生的焦耳热应等于机械能的损失,即Q=ΔE= mv2+mg(b-a),故D正确.
答案：D知识链接案例探究易错警示利用能量守恒分析电磁感应问题时,应注意明确初、末状态及其能量转化,根据力做功和相应形式能的转化列式求解.本题中一定要搞清金属块的运动状态,根据电磁感应知识和能量守恒确定金属块最终活动范围.易犯的错误是认为金属块最终停在O点处,也有同学列公式时忽略了金属块刚开始滑动时具有的动能.课件23张PPT。专题一专题二专题三专题一 电磁感应中的力学问题
1.导体中的感应电流在磁场中将受到安培力作用,所以电磁感应问题常常与力学问题联系在一起,处理此类问题的基本方法:
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.
(2)求回路中感应电流的大小和方向.
(3)分析研究导体受力情况(包括安培力).
(4)列动力学方程或平衡方程求解.专题一专题二专题三2.电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题
(1)关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析:
导体受力运动→产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化
加速度等于零时,导体做匀速直线运动.
(2)两种状态处理:
导体匀速运动,受力平衡,应根据平衡条件列式分析平衡态;导体做匀速直线运动之前,往往做变加速运动,处于非平衡态,应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态.专题一专题二专题三【例1】 U形金属导轨abcd原来静止放在光滑绝缘的水平桌面上,范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场穿过导轨平面,一根与bc等长的金属棒PQ平行bc放在导轨上,棒左边靠着绝缘的固定竖直立柱e、f.已知磁感应强度B=0.8 T,导轨质量M=2 kg,其中bc段长0.5 m、电阻r=0.4 Ω,其余部分电阻不计,金属棒PQ质量m=0.6 kg、电阻R=0.2 Ω、与导轨间的动摩擦因数μ=0.2.若向导轨施加方向向左、大小为F=2 N的水平拉力,如图所示.求导轨的最大加速度、最大电流和最大速度(设导轨足够长,g取10 m/s2). (导学号51130021)专题一专题二专题三解析：导轨受到PQ棒水平向右的摩擦力Ff=μmg,
根据牛顿第二定律并整理得
F-μmg-F安=Ma,
刚拉动导轨时,I感=0,安培力为零,导轨有最大加速度随着导轨速度的增大,感应电流增大,加速度减小,当a=0时,速度最大.设速度最大值为vm,电流最大值为Im,此时导轨受到向右的安培力专题一专题二专题三答案：0.4 m/s2 2 A 3 m/s 专题一专题二专题三【迁移训练1】(多选)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B.将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g.下列选项正确的是( ) (导学号51130022)
A.P=2mgvsin θ
B.P=3mgvsin θ
D.在导体棒速度达到2v以后匀速运动的过程中,
R上产生的焦耳热等于拉力所做的功专题一专题二专题三答案：AC 当导体棒速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力和重力所做的功之和,选项D错.专题一专题二专题三专题二 怎样求解电磁感应中的电路及能量问题
1.电磁感应经常与电路问题综合考查,求解这类问题需要注意:
(1)确定电源:首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体(电源).切割磁感线的导体一定是电源,内部磁通量发生变化的线圈是电源.
(2)如果需要判断电势高低,还应根据楞次定律或右手定则判断感应电流方向,且注意在电源内部,电流从低电势流向高电势,在外电路,电流从高电势流向低电势.
(3)利用E=n 或E=BLvsin θ求感应电动势的大小.
(4)分析电路结构,画出等效电路图,利用欧姆定律和串、并联电路的规律求解.专题一专题二专题三2.电磁感应的过程本质是其他能转化为电能的过程,产生的电能又同时转化为其他能量,所以,电磁感应问题往往与能的转化与守恒定律相联系,解决这类问题要搞清能量的转化过程.
(1)在发电机中,安培力做负功,对应机械能转换为电能,安培力做功的值等于产生的电能.
(2)在电动机中,安培力做正功,对应电能转化为机械能,安培力做功的值等于产生的机械能.专题一专题二专题三【例2】 如图所示,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ,间距为L.导轨上端接有一平行板电容器,电容为C.导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g.忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求: (导学号51130023)
(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系;
(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系.专题一专题二专题三解析：(1)设金属棒某一时刻下滑的速度大小为v,
则感应电动势为E=BLv①
平行板电容器两极板之间的电势差为
U=E②
设此时电容器极板上积累的电荷量为Q,按定义有联立①②③式得Q=CBLv.④
(2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t,通过金属棒的电流为i.金属棒受到的磁场的作用力方向沿导轨向上,大小为Ff1=BLi⑤
设在时间间隔(t,t+Δt)内流经金属棒的电荷量为ΔQ,按电流的定义有专题一专题二专题三ΔQ也是平行板电容器极板在时间间隔(t,t+Δt)内增加的电荷量.由④式得ΔQ=CBLΔv⑦
式中,Δv为金属棒的速度变化量.按定义有金属棒所受到的摩擦力方向斜向上,大小为
Ff'=μFN⑨
式中,FN是金属棒对于导轨的正压力的大小,有
FN=mgcos θ⑩
金属棒在时刻t的加速度方向沿斜面向下,设其大小为a,根据牛顿第二定律有mgsin θ-Ff-Ff'=ma专题一专题二专题三专题一专题二专题三【迁移训练2】 (2014·江苏单科)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为L,长为3d,导轨平面与水平面的夹角为θ,在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为R,其他部分的电阻均不计,重力加速度为g.求: (导学号51130024)专题一专题二专题三(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ;
(2)导体棒匀速运动的速度大小v;
(3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热Q.解析：(1)在绝缘涂层上
受力平衡mgsin θ=μmgcos θ
解得μ=tan θ.专题一专题二专题三专题一专题二专题三专题三 电磁感应中的图象问题
电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象,即B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和I-t图象.对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象,即E-x图象和I-x图象.图象问题大体可分为两类:
(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象;
(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等分析解决.专题一专题二专题三【例3】 如图所示,正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场.在外力作用下,一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动,t=0时刻,其四个顶点M'、N'、P'、Q'恰好在磁场边界中点.下列图象中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是( ) (导学号51130025)专题一专题二专题三解析：本题可按以下思路进行分析:(1)弄清线框的运动过程,求出线框中感应电流随时间变化的关系式,注意有效切割长度.(2)求出线框所受安培力随时间变化的关系式,并结合图象进行分析.答案：B 专题一专题二专题三【迁移训练3】如图所示,边长为L、总电阻为R的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上,其bc边紧靠磁感应强度为B、宽度为2L、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘.现使线框以初速度v0匀加速通过磁场,下列图线中能定性反映线框从进入到完全离开磁场的过程中,线框中的感应电流的变化的是( ) (导学号51130026)专题一专题二专题三答案：A
解析：线框以初速度v0匀加速通过磁场,由E=BLv,i= 知线框进、出磁场时产生的电流应该是均匀变化的,由楞次定律可判断出感应电流的方向,并且进磁场所用时间长,出磁场所用时间短,对照选项中各图可知选项A正确.
