高中人教物理选修3-2 第十章 第2讲.doc

第2讲　法拉第电磁感应定律　自感　涡流
知识排查
法拉第电磁感应定律
1.感应电动势
(1)概念：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：遵守闭合电路的欧姆定律，
即I＝。
3．导体切割磁感线的情形
(1)若B、l、v相互垂直，则E＝Blv。
(2)v∥B时，E＝0。
自感、涡流
1.自感现象
(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感。
(2)自感电动势
①定义：在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势。
②表达式：E＝L。
(3)自感系数L
①相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。
②单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H，1 μH＝10－6 H。
2．涡流
(1)涡流：当线圈中电流变化时，附近的任何导体(如金属块)中产生的旋涡状感应电流。
(2)产生原因：金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流。
3．电磁阻尼
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相对运动。
4．电磁驱动
如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而使导体运动起来。
小题速练
1．关于电磁感应，下列说法正确的是 (　　)
A．穿过回路的磁通量越大，则产生的感应电动势越大
B．穿过回路的磁通量减小，则产生的感应电动势一定变小
C．穿过回路的磁通量变化越快，则产生的感应电动势越大
D．穿过回路的磁通量变化越大，则产生的感应电动势越大
解析　由法拉第电磁感应定律可知感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，与磁通量大小、磁通量的变化量都没有关系，A、B、D错误，C正确。
答案　C
2．如图1所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B。在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(　　)
图1
A.　 B.　 C.　 D.
答案　B
3．如图2所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2。则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比为(　　)
图2
A．c→a，2∶1　　　 B．a→c，2∶1
C．a→c，1∶2 D．c→a，1∶2
答案　C
4．在如图3所示的电路中，A、B为两个完全相同的灯泡，L为自感系数较大且电阻不能忽略的线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的情况，下列说法正确的是(　　)
图3
A．合上开关，A先亮，B后亮；稳定后A、B一样亮
B．合上开关，B先亮，A后亮；稳定后B比A更亮一些
C．断开开关，A逐渐熄灭，B先变得更亮后再与A同时熄灭
D．断开开关，B逐渐熄灭，A先变得更亮后再与B同时熄灭
答案　B
　法拉第电磁感应定律的理解和应用
1．决定感应电动势大小的因素
感应电动势E的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数n。而与磁通量的大小、磁通量变化量ΔΦ的大小无必然联系。
2．磁通量变化通常有两种方式
(1)磁感应强度B不变，垂直于磁场的回路面积发生变化，此时E＝nB；
(2)垂直于磁场的回路面积不变，磁感应强度发生变化，此时E＝nS，其中是B－t图象的斜率。
【例1】　轻质细线吊着一质量为m＝0.42 kg、边长为L＝1 m、匝数n＝10的正方形线圈，其总电阻为r＝1 Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图4甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示。(取g＝10 m/s2)
(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针；
(2)求线圈的电功率；
(3)求在t＝4 s时轻质细线的拉力大小。
解析　(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向。
(2)由法拉第电磁感应定律得
E＝n＝n·L2＝0.5 V
则P＝＝0.25 W
(3)I＝＝0.5 A，F安＝nBIL
F安＋F线＝mg
联立解得F线＝1.2 N。
答案　(1)逆时针　(2)0.25 W　(3)1.2 N
【拓展】　(1)在【例1】中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0?