2012届高考物理第一轮电磁感应中的电路问题 自感与涡流复习学案

编辑: 逍遥路 关键词: 高三 来源: 高中学习网
第三课时 电磁感应中的电路问题 自感与涡流
【教学要求】
1.了解自感现象和涡流现象及在生活和生产中的应用;
2.掌握解决电磁感应中的电路问题的方法。
【知识再现】
一、电磁感应中的电路问题:
1、在电磁感应现象中,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,将它们接上电阻等用电器,便可对用电器供电,在回路中形成电流;将它们接上电容器,便可使电容器充电,因此电磁感应问题又往往跟电路问题联系在一起。
2、解决这类问题,不仅要考虑电磁感应中的有关规律,如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等,还要应用电路的有关规律,如欧姆定律、串联、并联电路电路的性质等。
二、自感现象
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叫做自感现象。
2、自感电动势――在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势。
3、自感现象的应用:日光灯电路、LC振荡电路等。
4、自感现象的危害与防止:在切断自感系数很大、而电流又很强的电路瞬间形成电弧,必须采用特制的安全开关;精密线绕电阻为了消除使用过程中电流变化引起的自感现象,采用双线绕法。
三、涡流
涡流是电磁感应现象的一种,导体在磁场中运动或处于迅速变化的磁场中时,导体内部就出现像水中旋涡的感应电流,所以叫涡流。
知识点一自感现象
自感现象作为一种特殊的电磁感应现象,是由于流过导体自身的电流的变化而引起的,由楞次定律知,产生的感应电动势(自感电动势)又必将阻碍着电流的这一变化,正是由于这种阻碍,使得自感现象具备一个重要的特征:自感现象中引起自感电动势产生的电流变化,一般只能是逐渐变化而不可能发生突变。
【应用1】在如图中所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可忽略,下列说法中正确的是 ( )
A、合上开关K接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮
B、合上开关K接通电路时,A1和A2始终一样亮
C、断开开关K切断电路时,A1和A2都要经过一会儿才熄灭
D、断开开关K切断电路时,A2立即熄灭,A1过一会儿才熄灭
导示:选择AC。S闭合接通电路时,A2支路中的电流立即达到最大,由于线圈的自感作用, A1支路电流增加的慢,A1后亮A1中的电流稳定后,线圈的阻碍作用消失, A1与A2并联,亮度一样。S断开时,L和A1、A2组成串联的闭合回路, A1和A2亮度一样,由于L中产生自感电动势阻碍L中原电流的消失,使A1和A2过一会才熄灭。
要判断灯泡的发光情况,必须分析在两种情形下流经两灯泡的电流特点,而分析电流特点,首先必须抓住本题的关键所在,线圈L在K接通和断开时所起的作用,即接通K时,线圈L要“阻碍”它所在支路电流的增大,当断开K时,自感电动势充当电源“补偿”支路中电源的减小,再就是要明确开关K通断时整个电路的结构,这样即可分析出正确结果。
【应用2】如图所示的电路中,S闭合时流过电感线圈的电流是2 A,流过灯泡的电流是1 A,将S突然断开,则S断开前后,能正确反映流过灯泡的电流I随时间t变化关系的是下图中的( )
导示:将S突然断开时,在线圈中要产生自感电动势,方向与原来电流方向相同,这时流过灯泡的电流方向与原来电流方向相反,大小2A逐渐减小。故选择D。
知识点二涡流
【应用3】如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币,试根据示意图探究其工作原理。
导示:当硬币投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,硬币沿斜面滚下。当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小。当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较。如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受;否则开关C打开,硬币进入拒绝通道。
类型一电磁感应中的电路问题
解决电磁感应中的电路问题,必须按题意画出等效电路图,将感应电动势等效于电源电动势,产生感应电动势的导体的电阻等效于内电阻,求电动势要用电磁感应定律,其余问题为电路分析及闭合电路欧姆定律的应用。解此类问题的基本思路是:
①明确哪一部分电路产生感应电动势,则这部分电路就是等效电源。
②正确分析电路的结构,画出等效电路图。
③结合有关的电路规律建立方程求解。
【例1】(2007年高考天津理综卷24.)两根光滑的长直金属导轨M N、M′ N′平行置于同一水平面内,导轨间距为l ,电阻不计,M、M′处接有如图所示的电路。
电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C。长度也为l 、阻值同为R的金属棒a b垂直于导轨放置,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。a b在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触,在a b运动距离为s的过程中,整个回路中产生的焦耳热为Q 。求:
(1)a b运动速度v的大小;
(2)电容器所带的电荷量q 。
导示:(1)设a b上产生的感应电动势为E ,回路中的电流为I ,a b运动距离s所用时间为t,则有
E = B l v ;I=E/4R ; t=s/v
所以,
由上述方程得
(2)设电容器两极板间的电势差为U,则有U = I R
电容器所带电荷量 q =C U
解得 。
类型二自感现象与电路的综合问题
【例2】(赣榆县教研室08年期末调研)利用气体自激导电发光的霓虹灯,加上80V以上的电压才会点亮,利用图1所示的电路,可以短时间内点亮霓虹灯。已知蓄电池电动势为6V,内阻为5Ω;线圈电阻为35Ω;电路中线圈以外回路的电感忽略不计。先将开关闭合,经过一段时间,回路中电流为一定值;再断开开关,霓虹灯短时间内点亮。霓虹灯的I-U特性图线如图2所示。试求:
(1)闭合开关后,电路中的稳定电流值;
(2)断开开关,线圈中瞬时电流保持不变,流过霓虹灯的电流方向;
(3)断开开关瞬时,线圈产生的感应电动势。
导示:
(1)由E=I(R+r)得 A=0.15A
(2)此时电流从B到A流经霓虹灯
(3)断开开关瞬时,线圈中电流保持I=0.15A不变,从霓虹灯I-U图线可知,此时霓虹灯两端的电压为U1=100V;而此时线圈电阻获得的电压U2=Ir=0.15×35=5.25V 所以,断开开关时线圈产生的感应电动势为U=U1+U2=105.25V。
1.(泰州市08届高三联考热身训练)电子感应加速器是加速电子装置。它的主要部分如图甲所示。
划斜线区域为电磁铁的两极,在其间隙中安放一个环行真空室。电磁铁中通以频率约几十赫兹的强大交变电流,使两极间的磁感应强度B往返变化,从而在环行室内感应出很强的涡旋电场。用电子枪将电子注入环行室,它们在涡旋电场的作用下被加速,同时在磁场里受到洛伦兹力的作用,沿圆轨道运动如图乙所示。若磁场随时间变化的关系如图丙所示,则可用来加速电子的B―t图象中()
A.第一个1/4周期 B.第二个1/4周期
C.第三个1/4周期 D.第四个1/4周期
2.如图所示是日光灯的结构示意图,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
3、如图所示,abcd是由粗细均匀的电阻丝制成的矩形线框水平放置,导体MN有电阻,其电阻大小与ab边电阻大小相同,可在ab边及dc边上无摩擦滑动,且接触良好。匀强磁场(图中未画出)垂直于线框平面,当MN在水平拉力作用下由紧靠ad边向bc边匀速滑动的过程中,以下说法中正确的是()
A.MN中电流先减小后增大
B.MN两端电压先减小后增大
C.作用在MN上的拉力先减小后增大
D.矩形线框中消耗的电功率先减小后增大
4、(盐城市2007/2008学年度高三年级第一次调研考试)两金属棒和三根电阻丝如图连接,虚线框内存在均匀变化的匀强磁场,三根电阻丝的电阻大小之比R1:R2:R3=1:2:3,金属棒电阻不计。当S1、S2闭合,S3 断开时,闭合的回路中感应电流为I,当S2、S3闭合,S1 断开时,闭合的回路中感应电流为5I,当S1、S3闭合,S2 断开时,闭合的回路中感应电流是( )
A.0 B.3I C.6I D.7I
4、(江苏省2008年高考物理全真模拟卷)光滑水平导轨宽L=lm,电阻不计,左端接有“6V 6W”的小灯.导轨上垂直放有一质量m2=0.5kg、电阻r=2欧的直导体棒,导体棒中间用细绳通过定滑轮吊一质量为M=1 kg的钩码,钩码距地面高h=2m,如图所示.整个导轨处于竖直方向的匀强磁场中,磁感应强度为B=2T.释放钩码,在钩码落地前的瞬间,小灯刚好正常发光。(不计滑轮的摩擦,取g=10m/s2)。求:
(1)钩码落地前的瞬间,导体棒的加速度;
(2)在钩码落地前的过程中小灯泡消耗的电能;
(3)在钩码落地前的过程中通过电路的电量.
答案:1、A 2、C 3、ACD 4、D


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