幻灯片 19.2 法拉第电磁感应定律及其应用
高三总复习 选修3-2 z````x``x```k
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幻灯片 2
+
感生电场使自由电荷运动
洛伦兹力使自由电荷运动
产生感应电动势的那部分导体就相当于电源．导体的电阻相当于电源的内阻
一
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幻灯片 3二、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 z``x``xk
2．公式：
【例】关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是( )
A．穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大
B．电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大
C．电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大
D．若电路在某时刻磁通量为零，则该时刻感应电动势一定为零
（1）感应电动势正比于磁通量的变化率，与、无直接关系。
√
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幻灯片 4（2）磁通量的变化常由B的变化或S的变化两种情况引起
(3)由E=n/t计算出的是t时间内的平均感应电动势。
【例】单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( )
A、线圈中0时刻感应电动势最大
B、线圈中D时刻感应电动势为零
C、线圈中D时刻感应电动势最大
D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4V
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
2．公式：
（1）感应电动势正比于磁通量的变化率，与、无直接关系。
√
√
√
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幻灯片 5√
√
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幻灯片 6【例】如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，电路的固定电阻为R，
其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的过程中
电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量．
通过回路截面的电荷量q仅与n、和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：
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幻灯片 7通过回路截面的电荷量q仅与n、和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：
【例】(2009·广东物理卷)如图(a)所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路．线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计．在0至t1时间内求：(1)通过电阻R1上的电流大小和方向．
(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量．
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幻灯片 83．导体切割磁感线产生的电动势
E＝Blv
若v为瞬时速度，则E为相应的瞬时感应电动势，若v为平均速度，则E为平均感应电动势
公式中的L为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度．
二、法拉第电磁感应定律
（B、l、v相互垂直）
E=BLcdsinβv
若速度为v1,则E=2BRv
若速度为v2,则E=0
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幻灯片 9【例】(2010·课标全国卷)如图所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场．一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是
A．E1＞E2，a端为正 B．E1＞E2，b端为正
C．E1＜E2，a端为正 D．E1＜E2，b端为正
√
【例】(2010·山东卷)如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO′对称的位置时( )
A．穿过回路的磁通量为零
B．回路中感应电动势大小为2Blv0
C．回路中感应电流的方向为顺时针方向
D．回路中ab边与cd边所受安培力方向相同
√
√
√
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幻灯片 10【例】如图所示，在跟匀强磁场垂直的平面内放置一个折成锐角的裸导线 MON，∠MON＝α.在它上面搁置另一根与ON垂直的导线PQ，PQ紧贴MO、ON并以平行于ON的速度v从顶角O开始向右匀速滑动，设裸导线MON和导线PQ单位长度的电阻为R0，磁感应
强度为B，求回路中的感应电流．
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幻灯片 11【例】如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t＝0时刻恰好位于图中所示的位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，下面四幅图中能够正确表示电流—位移(I－x)关系的是 ( )
√
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幻灯片 125．导体转动切割磁感线
当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，如图
二、法拉第电磁感应定律
【例】一直升飞机停在南半球的地磁极上空。该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B。直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用ε表示每个叶片中的感应电动势，则
A.ε=πfl2B，且a点电势低于b点电势
B.ε=2πfl2B，且a点电势低于b点电势
C.ε=πfl2B，且a点电势高于b点电势
D.ε=2πfl2B，且a点电势高于b点电势
√
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幻灯片 13
√
【例】如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心．环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直．导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触．在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以匀角速度ω逆时针转动，t＝0时恰好在图示位置．规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t＝0开始转动一周的过程中，电流随ωt变化的图象是图中的( )
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幻灯片 141．定义：
2．效果：
3．自感电动势
三．自感现象
自感电流总是阻碍线圈中原电流的变化
当自感电流是由原电流的增强引起时(如通电)，自感电流的方向与原电流方向相反；
当自感电流是由原电流的减少引起时(如断电)，自感电流的方向与原电流方向相同．
由于线圈本身的电流发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象．
L为自感系数（单位：亨利H） ，由线圈本身的特性决定
线圈越粗、越长、匝数越密，它的自感系数就越大，
此外线圈中加入铁芯，自感系数也会增大；
自感电动势的大小取决于自感系数和线圈本身电流变化的快慢 ．
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幻灯片 15在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮
在开关S断开时，灯A渐渐熄灭
由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢
S断开时，线圈L产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；灯A中不会立即熄灭
若RLIA，则A灯熄灭前要闪亮一下．
若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则灯A逐渐熄灭，不再闪亮一下
（A中电流反向）
电能转化为磁场能
磁场能转化为电能
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幻灯片 16【例】在如图所示的电路中，a、b为两个完全相同的灯泡，L为自感线圈，E为电源，S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序，下列说法正确的是 ( )
A.合上开关，a先亮，b后亮；断开开关，a、b同时熄灭
B.合上开关，b先亮，a后亮；断开开关，a先熄灭，b后熄灭
C.合上开关，b先亮，a后亮；断开开关， a、b同时熄灭
D.合上开关，a、b同时亮；断开开关，b先熄灭，a后熄灭
√
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幻灯片 17【例】如图所示，E为电池，L是电阻可忽略不
计、自感系数足够大的线圈，D1、D2是两个规
格相同的灯泡，S是控制电路的开关．对于这
个电路，下列说法正确的是( )
A. 刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小相等
B. 刚闭合S的瞬间，通过D1、D2的电流大小不相等
C. 闭合S待电路达到稳定，D1熄灭，D2比原来更亮
D. 闭合S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，D2立即熄灭，D1闪亮一下再熄灭
理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:
通电瞬间状态:
通电稳定状态:
断电瞬间状态:
应把线圈看成断开；
可把理想线圈看成导线或被短路；
可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．
√
√
√
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幻灯片 18【例】(2011·徐州模拟)如图所示，A、B、C是
相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻很小的
自感线圈．现将S闭合，下面说法正确的是( )
A．B、C灯同时亮，A灯后亮
B．A、B、C灯同时亮，然后A灯逐渐变暗，最后熄灭
C．A灯一直不亮，只有B灯和C灯亮
D．A、B、C灯同时亮，并且亮暗没有变化
理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:
通电瞬间状态:
通电稳定状态:
断电瞬间状态:
应把线圈看成断开；
可把理想线圈看成导线或被短路；
可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．
√
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幻灯片 19【例】(2008 ·江苏卷)如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有
A．a先变亮，然后逐渐变暗
B．b先变亮，然后逐渐变暗
C．c先变亮，然后逐渐变暗
D．b、c都逐渐变暗
√
√
理想线圈(无直流电阻的线圈)的三个状态:
通电瞬间状态:
通电稳定状态:
断电瞬间状态:
应把线圈看成断开；
可把理想线圈看成导线或被短路；
可视为一瞬间电流源(自感电动势源)，它可以使闭合电路产生电流．
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幻灯片 20【例】如图所示，电路原来接通，在t0时刻断开开关，则R中电流随时间变化的情况可能是下列选项中的( )
【例】(2010·江苏卷)如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是 ( )
√
√
√
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幻灯片 21五、互感
两个互相靠近的线圈，当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的现象．
变压器就是利用互感现象制成的
互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈
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幻灯片 22 当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都
会产生像水的旋涡状的感应电流．
六．涡流
～
1.金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
2.增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢，用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。
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幻灯片 233.应用
(1)真空冶炼炉，高频焊接
电源
焊
接
处
待焊接元件
线圈导线
(2)电磁灶
(3) 金属探测器安检门
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幻灯片 24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的现象．
4．电磁阻尼
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幻灯片 25微安表的表头在运输时应该把两个接线柱连在一起
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幻灯片 265．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，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．
交流电动机就是利用电磁驱动的原理制成的．
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幻灯片 2714．下列做法中可能产生涡流的是 ( )
A．把金属块放在匀强磁场中
B．让金属块在匀强磁场中做匀速运动
C．让金属块在匀强磁场中做变速运动
D．把金属块放在变化的磁场中
D
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幻灯片 28七、日光灯
日光灯结构：
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幻灯片 29七.日光灯
1.日光灯管的构造和工作原理
①镇流器：点燃时起产生瞬时高压的作用；在日光灯正常发光时起降压限流的作用.
②日光灯管：它要使管内汞蒸气导电才能发光，而激发气体导电所需的电压比220V的电源电压大得多.当它被点燃后正常发光时电阻变得很小只允许通过不大的电流，电流过强就会烧毁灯管，这时又要使加在它上的电压小于电源电压.
③启动器：是一个充有氖气的小玻璃泡.里面装上两个电极，一个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片.其作用是：利用氖管的辉光放电，自动把电路接通和断开.
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幻灯片 30C
15、如图所示是日光灯的构造示意图.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
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