新高考新教材一輪復(fù)習(xí)人教版第十章第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流學(xué)案_第1頁
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文檔簡介

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流

法三妻三莖三至必備知識新學(xué)法基礎(chǔ)落實(shí)總注妾三注至

[主干知識填一填]

一、法拉第電磁感應(yīng)定律

1.法拉第電磁感應(yīng)定律

(1)內(nèi)容:閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比.

Δφ

(2)公式:E=rr~^?,〃為線圈匝數(shù).

P

(3)感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系:遵守閉合電路的歐理定律,即/=含.

κ~vr

2.導(dǎo)體切割磁感線的情形

(1)若B、/、。相互垂直,貝IJE=殷.

(2)E=B上Sin0,。為運(yùn)動方向與磁感線方向的夾角.

(3)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動:導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸,在勻強(qiáng)磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=BrJ=如2平均速度取中點(diǎn)位置線速度/O)

二、自感和渦流

?.自感現(xiàn)象

(1)概念:由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感.

(2)自感電動勢

①定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫作自感電動勢.

②表達(dá)式:E=L三.

(3)自感系數(shù)L

①相關(guān)因素:與線圈的大小、形狀、畫數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān).

②單位:亨利(H),ImH=QH,1UH=I(T6乩

2.渦流

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生像水的避遇狀的感應(yīng)電流.

[規(guī)律結(jié)論記一記]

1.感應(yīng)電動勢的方向與電池電動勢的方向一樣,都規(guī)定為在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極.

2.穿過線圈的磁通量與匝數(shù)無關(guān),感應(yīng)電動勢與匝數(shù)有關(guān),〃匝線圈相當(dāng)于“個(gè)相同的

電源串聯(lián).

3.計(jì)算通過導(dǎo)體截面的電荷量的兩個(gè)途徑:

EΔΦΔΦ

-J1=T,e=nTLi=rrT^

q=I∕<

FA=BLI,FA?Δr=ΔPfq=富

4.安培力做功時(shí)的能量轉(zhuǎn)化:電能機(jī)械能.

∕?A做貝切

D2J2-.D2J2~,2

5.平動直桿所受的安培力:FA=牛:熱功率:尸熱=爸二.

K總K總

[必刷小題測一測]

一、易混易錯判斷

1.線圈中磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.(X)

2.線圈中磁通量變化越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.(X)

3.線圈中磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大.(J)

4.線圈中的電流越大,自感系數(shù)也越大.(X)

5.磁場相對導(dǎo)體棒運(yùn)動時(shí),導(dǎo)體棒中也能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢?(J)

6.對于同一線圈,電流變化越快,線圈中的自感電動勢越大.(J)

二、經(jīng)典小題速練

L(魯科版選擇性必修第二冊P39T2)(多選)有一種非接觸式電源供應(yīng)八八

系統(tǒng),這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電力.其工作原理可用兩個(gè)((H《H

左右相鄰或上下相對的線圈來說明,如圖所示.下列說法正確的是()rr/r

ΛB

A.若線圈A中輸入電流,則線圈B中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

B.只有線圈A中輸入變化的電流,線圈B中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

C.線圈4中電流越大,線圈B中感應(yīng)電動勢也越大

D.線圈A中電流變化越快,線圈B中感應(yīng)電動勢越大

解析:BD根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,若A線圈中輸入恒定的電流,則A產(chǎn)生恒定的

磁場,8中的磁通量不發(fā)生變化,則8線圈中就不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,故A錯誤.若A線圈

Δφ

中輸入變化的電流,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:E=—"可得,B線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,

Δφ

故B正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:E=W可得,電流變化越快,A線圈中電流產(chǎn)生的

磁場變化越快,B線圈中感應(yīng)電動勢越大,故C錯誤,D正確.

2.(粵教版選擇性必修第二冊P57「改編)(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示,線圈通以

高頻交流電,金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱,將焊縫熔化焊接,要使焊接處產(chǎn)生的熱

量較大,可采用()

,焊接處

電源

線圈導(dǎo)線待焊接工件

A.增大交變電流的電壓

B.增大交變電流的頻率

C.增大焊接縫的接觸電阻

D.減小焊接縫的接觸電阻

解析:ABC當(dāng)增大交變電流的電壓,則線圈中交流電流增大,那么磁通量變化率增大,

因此產(chǎn)生感應(yīng)電動勢增大,感應(yīng)電流也增大,那么焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量也增大,故A正確;高

頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變磁場,在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)法

拉第電磁感應(yīng)定律分析可知,電流變化的頻率越高,則磁通量變化頻率越高,產(chǎn)生的感應(yīng)電

動勢越大,感應(yīng)電流越大,則焊健處的溫度升高得越快,產(chǎn)生熱量較大,故B正確;在交變

電壓和頻率相同的條件下,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同.增大接縫處的接觸電阻,接觸處電阻上

的電壓、功率分配越大,產(chǎn)生的熱量就會越大,故C正確,D錯誤.

3.(人教版選擇性必修第二冊P43、T2改編)如圖所示,在豎直向下6

的勻強(qiáng)磁場中,將一個(gè)水平放置的金屬棒“人以水平初速度。。拋出,“坪爺1I'

設(shè)整個(gè)運(yùn)動過程中金屬棒功的取向不變,且不計(jì)空氣阻力,則金屬棒]]一

外在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將()L?J'

A.越來越大B.越來越小

C.保持不變D.無法確定

解析:C金屬棒做平拋運(yùn)動,水平速度不變,且水平速度為金屬棒垂直切割磁感線的

速度,故感應(yīng)電動勢保持不變,選項(xiàng)C正確.

;關(guān)鍵能力新探究思維拓展:

命題點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用(師生互動)

[核心整合]

1.對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解

Δφ

(I)公式E=∕∕7求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動勢,在磁通量均勻變化時(shí),

瞬時(shí)值才等于平均值.

ΔΦ

(2)感應(yīng)電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率丁共同決定,而與磁

通量。的大小,磁通量的變化量40的大小沒有必然聯(lián)系.

Δφ

(3)磁通量的變化率W對應(yīng)07圖像上某點(diǎn)切線的斜率.

Yl\①

(4)通過回路橫截面的電荷量9=一/一,僅與〃、和回路電阻R有關(guān),與時(shí)間長短無

關(guān).

2.磁通量發(fā)生變化的三種情況

⑴磁通量的變化是由面積變化引起時(shí),X①=BNS,則E="*.

(2)磁通量的變化是由磁場變化引起時(shí),AO=ABS,則E=〃等,注意S為線圈在磁

場中的有效面積.

(3)磁通量的變化是由于面積和磁場變化共同引起的,則根據(jù)定義求△沖=|0木一①疝E

?BS~B↑Sι?,ΔβΔS

=H227/17~~.

?r?r

EE(多選)如圖甲所示,螺線管匝數(shù)〃=1000,橫截面積S=0.02∏Λ電阻r=lΩ,

螺線管外接一個(gè)阻值R=4Q的電阻,電阻的一端b接地.一方向平行于螺線管軸線向左的

磁場穿過螺線管,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示,貝∣J()

A.在0?4s時(shí)間內(nèi),R中有電流從。流向。

B.在f=3s時(shí)穿過螺線管的磁通量為0.07Wb

C.在4?6s時(shí)間內(nèi),通過R的電流大小為8A

D.在4~6s時(shí)間內(nèi),R兩端電壓“產(chǎn)40V

解析:BC本題考查感生電動勢及電路中的電磁感應(yīng)問題.在0?4s時(shí)間內(nèi),原磁場

增大,則穿過螺線管的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)磁場方向向右,由安培定則可

知,R中的電流從匕流向“,故A錯誤;由題圖乙可知,∕=3s時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=3.5T,則

此時(shí)穿過螺線管的磁通量為G=BSXo.02Wb=O.07Wb,故B正確;在4?6s時(shí)間內(nèi),感應(yīng)

-、,XB?S1000×4×0.02C,..,,,,E40

電動勢為E=n~屋廠=-----2----------V=40V,則r1通y過jR的電流大小為/=后[:=了百A

=8A,故C正確;在4?6s時(shí)間內(nèi),根據(jù)楞次定律可知,R中的電流從。流向b,則R兩端

電壓為UM=∕R=8X4V=32V,故D錯誤.

I題后反思I

應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的問題

公式E=,y求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動勢,在磁通量均勻變化時(shí),瞬

時(shí)值才等于平均值.

[題組突破]

ΔΦ,

l.(E=,y7的應(yīng)用)(2022?山東濟(jì)南高三檢測)(多選)某合作探究

學(xué)習(xí)小組在探究線圈中感應(yīng)電流的影響因素時(shí),設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)—於:―.

驗(yàn)裝置,將一個(gè)閉合圓線圈放在勻強(qiáng)磁場中,線圈的軸線與磁場方W

向成30。角,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化.則下列說法中正確的是

()

A.若把線圈的匝數(shù)增大一倍,線圈內(nèi)感應(yīng)電流大小不變

B.若把線圈的面積增大一倍,線圈內(nèi)感應(yīng)電流變?yōu)樵瓉淼?倍

C.改變線圈軸線與磁場方向的夾角大小,線圈內(nèi)感應(yīng)電流可能變?yōu)樵瓉淼?倍

D.把線圈的半徑增大一倍,線圈內(nèi)感應(yīng)電流變?yōu)樵瓉淼?倍

解析:AD由法拉第電磁感應(yīng)定律E=〃斗5可知,若線圈的匝數(shù)增大一倍,感應(yīng)電動

勢與線圈的總電阻都增大一倍,線圈中的電流不變,A正確;若線圈的面積增大一倍,感應(yīng)

電動勢增大一倍,但線圈的電阻增大,線圈內(nèi)的感應(yīng)電流并不是原來的2倍,B錯誤;E=

ΔB

∕z-Scos30°,故無論如何改變線圈軸線與磁場方向的夾角,都不可能使線圈內(nèi)的感應(yīng)電流

變?yōu)樵瓉淼?倍,C錯誤;若線圈的半徑增大一倍,則面積是原來的4倍,電阻是原來的2

倍,線圈內(nèi)感應(yīng)電流變?yōu)樵瓉淼?倍,D正確.

2.(平均電流及感應(yīng)電荷量的計(jì)算)(2019?江蘇卷)如圖所示,勻強(qiáng)XXXXXX

磁場中有一個(gè)用軟導(dǎo)線制成的單匝閉合線圈,線圈平面與磁場垂×t∕×√v×

直.已知線圈的面積S=0.3n?、電阻R=0.6Q,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)VJ×

×X

度B=O.2T.現(xiàn)同時(shí)向兩側(cè)拉動線圈,線圈的兩邊在△f=0.5s時(shí)間

內(nèi)合到一起.求線圈在上述過程中

(1)感應(yīng)電動勢的平均值E;

(2)感應(yīng)電流的平均值/,并在圖中標(biāo)出電流方向;

(3)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量cl.

ΔΦ

解析:(1)感應(yīng)電動勢的平均值E=F?

磁通量的變化△①=BRS

代入數(shù)據(jù)得E=O.12V.

(2)平均電流/=元/??

代入數(shù)據(jù)得/=0.2A(電流方向如圖所示).

(3)電荷量q=IXt

代入數(shù)據(jù)得4=0.1C.

答案:(1)0.12V(2)0.2A(電流方向見解析圖)(3)0.1C

命題點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計(jì)算(多維探究)

1.E=B歷的特性

(1)正交性:本公式要求磁場為勻強(qiáng)磁場,而且B、1、。三者互相垂直.

(2)有效性:公式中的/為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度.如圖中,導(dǎo)體棒的有效長度為岫

間的距離.

XXXXXXXXXX

×∕≤J×X×∕××V×∕?×X

XqXXXEX4×ζ×↑×υ×

×××××?<a>x5cX×κ?×X

O

(3)相對性:E=B歷中的速度。是導(dǎo)體相對磁場的速度,若磁場也在運(yùn)動,應(yīng)注意速度間

的相對關(guān)系.

2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的情況

若長為L的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,則

(1)以中點(diǎn)為軸時(shí),E=0(不同兩段的電動勢的代數(shù)和).

(2)以端點(diǎn)為軸時(shí)E=*OL2(平均速度取中點(diǎn)位置的線速度/叫.

(3)以任意點(diǎn)為軸時(shí)E=WB°(比一6(L∣>L2,不同兩段的電動勢的代數(shù)和).

第1維度:平動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

EG(多選)如圖所示,在MN右側(cè)區(qū)域有垂直于紙面向里

M

B

的勻強(qiáng)磁場,其磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系為B=kt(k為大于零X×

××

的常量).一高為心電阻為R的正三角形金屬線框向右勻速運(yùn)

XX

動.在f=0時(shí)刻,線框底邊恰好到達(dá)MN處;在f=T時(shí)刻,線框XX

XX

恰好完全進(jìn)入磁場.在線框勻速進(jìn)入磁場的過程中()

A.線框中的電流始終為逆時(shí)針方向

B.線框中的電流先逆時(shí)針方向,后順時(shí)針方向

c./=細(xì)刻,流過線框的電流大小為“察

ZOA

D?f=細(xì)?刻,流過線框的電流大小為第票

ZIZA

解析:AD根據(jù)楞次定律可知,穿過線框向里的磁通量增加,則線框中的電流始終為逆

時(shí)針方向,選項(xiàng)A正確,B錯誤;線框的邊長為親,f=9時(shí)刻,線框切割磁感線的有效長度

嗦感應(yīng)電動勢E=B嗑=竽X。X卷=等=*Q,線框因磁場變化中產(chǎn)生的感應(yīng)電

動勢E=Tfs=Z?撩X;X招Xa=坐戲?,則流過線框的電流大小為∕='JE=5,選

ΔI4Z?/?4A1ZA

項(xiàng)C錯誤,D正確.

第2維度:轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢............................

EE轉(zhuǎn)筆是一項(xiàng)用不同的方法與技巧以手指來轉(zhuǎn)動筆的休閑活動,深受廣大中學(xué)生

的喜愛,其中也包含了許多的物理知識.如圖所示,某轉(zhuǎn)筆高手能讓筆繞其手指上的某一點(diǎn)

沿順時(shí)針方向做角速度為ω的勻速圓周運(yùn)動,已知手與筆的接觸點(diǎn)。點(diǎn)恰好是長為L的金屬

筆桿的中點(diǎn),地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在與筆桿轉(zhuǎn)動平面垂直方向的分量大小為B,方向垂直紙

面向外,則()

A.筆桿上。點(diǎn)的電勢最低

B.。點(diǎn)與筆尖間的電勢差為;BL2。

C.。點(diǎn)與筆尖間的電勢差為

D.筆桿兩端點(diǎn)間的電勢差為BL13

解析:C本題考查電磁感應(yīng)中導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)切割磁感線問題.根據(jù)右手定則判斷知,筆桿

,L

上O點(diǎn)的電勢最高,A錯誤;。點(diǎn)與筆尖間的電勢差為U=BX3X]^二=點(diǎn)弘2。,B錯誤,

ZZo

C正確;筆桿兩端點(diǎn)間的電勢差為零,D錯誤.

第3維度:線框在磁場中平動切割產(chǎn)生感應(yīng)電

動勢.............................

EE(2021欽州市一中高三月考)如圖所示,垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)

度為B.紙面內(nèi)有一正方形均勻金屬線框αAd,其邊長為L,每邊電阻為上4d邊與磁場邊

界平行.從邊剛進(jìn)入磁場直至兒邊剛要進(jìn)入的過程中,線框在垂直磁場邊界向左的拉力

作用下以速度。勻速運(yùn)動,求:

XXXX

BIa

XXXX

XXXX

dC

XXXX

Wad兩點(diǎn)間的電壓大??;

(2)拉力所做的功W;

(3)通過線框某一橫截面的電量q為多大?

【思維導(dǎo)引】(1)““邊進(jìn)入磁場的過程,切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,,以邊相當(dāng)于電

源.

(2)線框勻速進(jìn)入磁場,拉力所做的功與克服安培力做功相等.

解析:(1)根據(jù)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢計(jì)算公式可得E=BL°,加兩點(diǎn)間的電

33

壓大小Ucuι=^E=^BLv.

(2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得線框中電流/=親=鬻

拉力做的功等于克服安培力做的功,所以有W=B∕L?L=啥.

(3)通過線框某一橫截面的電量(?=/△,=靠Af=Af=EF=等^.

答案:(l)∣BLu⑶胎

I題后反思I

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電勢高低的判斷

(1)把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分電路或?qū)w看作電源,其內(nèi)部電流由低電勢流向高電勢.

(2)外電路部分,順著電流方向每經(jīng)過一個(gè)電阻,電勢都要降低.

命題點(diǎn)三自感和渦流(師生互動)

[核心整合I

1.自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)

(1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化.

(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變,只能緩慢變化.

(3)電流穩(wěn)定時(shí),自感線圈相當(dāng)于普通導(dǎo)體.

(4)線圈的自感系數(shù)越大,自感現(xiàn)象越明顯,自感電動勢只是延緩了過程的進(jìn)行,但它不

能使過程停止,更不能使過程反向.

2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題

與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡

'___IC0----^8)?,

電路圖

---1--1_?-_FvnFo__IL-

通電時(shí)電流逐漸增大,燈泡逐漸變亮電流突然增大,然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定

電路中穩(wěn)態(tài)電流為八、/2:①若∕2W∕∣,燈

電流逐漸減小,燈泡逐漸變暗,泡逐漸變暗;②若∕2>∕∣,燈泡閃亮后逐

斷電時(shí)

電流方向不變漸變暗.兩種情況下燈泡中電流方向均改

3.對渦流的理解

(1)產(chǎn)生渦流的兩種情況

①塊狀金屬放在變化的磁場中.

②塊狀金屬進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動.

(2)產(chǎn)生渦流時(shí)的能量轉(zhuǎn)化

伴隨著渦流現(xiàn)象,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

①金屬塊放在變化的磁場中,則磁場能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

②如果是金屬塊進(jìn)出磁場或在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動,則由于克服安培力做功,金屬塊的機(jī)

械能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

EE(多選)如圖所示,兩個(gè)相同燈泡LI、L2分別與電阻R和自

感線圈L串聯(lián),接到內(nèi)阻不可忽略的電源的兩端,當(dāng)閉合開關(guān)S到電4十~?一B

κ

L2

路穩(wěn)定后,兩燈泡均正常發(fā)光,已知自感線圈的自感系數(shù)很大.則下列H1-----s

說法正確的是()

A.閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,燈泡Ll逐漸變亮

B.閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,燈泡L2由亮變暗

C.斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),A點(diǎn)電勢比B點(diǎn)電勢高

D.斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),燈泡L2亮一下逐漸熄滅

解析:AB閉合開關(guān)的瞬間,L2燈立即發(fā)光,Ll燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動勢,

阻礙電流的增大,電流只能逐漸增大,L燈逐漸變亮,故A正確;閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前,

L電路中的電流逐漸增大,電源的內(nèi)電阻上的電壓逐漸增大,所以路端電壓逐漸減小,則燈

泡L2逐漸變暗,故B正確;閉合開關(guān),待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān),L中產(chǎn)生自感電動勢,相當(dāng)

于電源,電流的方向與開關(guān)斷開前Ll的方向相同,從右向左流過L2燈,所以A點(diǎn)電勢比B

點(diǎn)電勢低,故C錯誤;斷開開關(guān)S的一段時(shí)間內(nèi),L中產(chǎn)生自感電動勢,相當(dāng)于電源,電流

從原來的電流開始減小,所以兩個(gè)燈泡都是逐漸熄滅,不會閃亮一下,故D錯誤.

I題后反思I

自感線圈在電路中的作用

(1)電路突然接通時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,阻礙電流變化使與之串聯(lián)的燈泡不是立即點(diǎn)亮,

而是逐漸變亮?

(2)電路突然斷開時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,在電路中相當(dāng)于新的電源.若流過燈泡的電流比

原來的大,則燈泡“閃亮"一下再熄滅;若流過燈泡的電流不大于原來的電流,則燈泡不能

閃亮而逐漸熄滅.

[題組突破]

1.(通電自感現(xiàn)象)如圖,L是自感系數(shù)很大、電阻不計(jì)的線圈,

人是兩個(gè)相同的小燈泡,開關(guān)S由斷開到閉合()

A.α先亮6后亮,然后人逐漸變亮

B.6先亮。后亮,然后α逐漸變亮

C.a、6同時(shí)亮后。逐漸變暗至熄滅

D.a、b同時(shí)亮后a逐漸變暗至熄滅

解析:C當(dāng)S閉合瞬時(shí),兩燈同時(shí)獲得電壓,同時(shí)發(fā)光,隨著線圈L電流的增加,逐

漸將〃燈短路,6逐漸變暗直到熄滅,同時(shí),α燈電流逐漸增大,變得更亮.故C正確,ABD

錯誤.

2.(自感現(xiàn)象中的圖像問題)如圖,平行導(dǎo)軌左端接有電阻和線圈,導(dǎo)體棒AW與導(dǎo)軌垂

直,其右側(cè)存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,MN保持向右做勻速運(yùn)動,且與導(dǎo)軌接觸良好,則

MN中電流隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是()

RM

×X××XX

××××>e?<

××××××

解析:A因?yàn)閷?dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定,所以線圈中的自感電動勢逐漸減小,根

據(jù)E=LU可得,圖像的斜率逐漸減小,故選A?

3.(對渦流的理解)(多選)如圖所示,條形磁鐵位于固定的半圓光滑軌

道的圓心位置,半圓軌道的半徑為R.質(zhì)量為m的金屬球從半圓軌道的一

端沿半圓軌道由靜止下滑.重力加速度大小為&下列說法正確的是

A.金屬球會運(yùn)動到半圓軌道的另一端

B.由于金屬球沒有形成閉合電路,所以金屬球中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流

C.金屬球受到的安培力做負(fù)功

D.系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為WgR

解析:CD金屬球在運(yùn)動過程中,穿過金屬球的磁通量不斷變化,在金屬球內(nèi)形成閉合

回路,產(chǎn)生渦流,金屬球受到的安培力做負(fù)功,金屬球產(chǎn)生的熱量不斷地增加,機(jī)械能不斷

地減少,直至金屬球停在半圓軌道的最低點(diǎn),C正確,A、B錯誤;根據(jù)能量守恒定律得系

統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為mgR,D正確.

:核心素養(yǎng)新導(dǎo)向?qū)W科培優(yōu);

素養(yǎng)培優(yōu)31電磁感應(yīng)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用

典例1磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū),刷卡器中有檢測線

圈.當(dāng)以速度。。刷卡時(shí),在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其E√關(guān)系如圖所示.如果只將刷卡速

度改為岸線圈中的E"關(guān)系圖可能是()

解析:D若將刷卡速度改為三,線圈切割磁感線運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將會減

半,周期將會加倍,故D項(xiàng)正確,其他選項(xiàng)錯誤.

典例2鋪設(shè)海底金屬油氣管道時(shí),焊接管道需要先用感應(yīng)

感應(yīng)線圈

加熱的方法對焊口兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱.將被加熱管道置于感應(yīng)線圈中,

當(dāng)感應(yīng)線圈中通以電流時(shí)管道發(fā)熱.下列說法中正確的是()

A.管道發(fā)熱是由于線圈中的電流直接流經(jīng)管道引起的

B.感應(yīng)加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱加熱管道的

C.感應(yīng)線圈中通以恒定電流時(shí)也能在管道中產(chǎn)生電流

D.感應(yīng)線圈中通以正弦交流電在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電

解析:D感應(yīng)加熱是利用線圈產(chǎn)生變化的磁場,從而在管道中產(chǎn)生感應(yīng)電流,形成渦

流,對管道進(jìn)行加熱,A、B錯誤;感應(yīng)線圈中通過恒定電流時(shí),線圈產(chǎn)生的磁場不變,在

管道中無法產(chǎn)生感應(yīng)電流,C錯誤;感應(yīng)線圈中通以正弦交流電,在管道中產(chǎn)生的渦流也是

交流電,D正確.

典例3如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖,它是

——烹調(diào)鍋

IaE.丁灶臺臺面

采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的,它利用變化的電流通過

:I匚二】二感應(yīng)加熱線圈

線圈產(chǎn)生變化的磁場,當(dāng)變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部

時(shí),即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速升溫,然后再加熱鍋內(nèi)食物.電磁爐工作時(shí)

產(chǎn)生的電磁波,完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收,不會泄漏,對人體健

康無危害.關(guān)于電磁爐,以下說法正確的是()

A.電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的

B.電磁爐是利用變化的磁場產(chǎn)生渦流,使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫,進(jìn)而對鍋內(nèi)食物加熱

C,電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉(zhuǎn)來對食物加熱的

D.電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的

解析:B電磁爐的工作原理是利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場

通過含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流,使鍋體溫度升高后加熱食物,故選項(xiàng)A、D錯誤.B

正確;而選項(xiàng)C是微波爐的加熱原理,C項(xiàng)錯誤.

典例4(2021?山東卷)迷你系繩衛(wèi)星在地球赤道正上方的電

e-?

離層中,沿圓形軌道繞地飛行.系繩衛(wèi)星由兩子衛(wèi)星組成,它們之遠(yuǎn)地子衛(wèi)星O

電池二二

XB

間的導(dǎo)體繩沿地球半徑方向,如圖所示.在電池和感應(yīng)電動勢的共電流

速度

同作用下,導(dǎo)體繩中形成指向地心的電流,等效總電阻為r?導(dǎo)體繩導(dǎo)體繩

近地子衛(wèi)星匚h

所受的安培力克服大小為f的環(huán)境阻力,可使衛(wèi)星保持在原軌道

上.已知衛(wèi)星離地平均高度為H,導(dǎo)體繩長為L(L《切,地球半徑

赤道平面

為R、質(zhì)量為M,軌道處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于赤道平面.忽略地球自轉(zhuǎn)的影響.據(jù)

此可得,電池電動勢為()

[~GMl,frdo.I~GMfr

\R+H+BLB-BL?∣R+HBL

Cc,/GM,BLcc,/GMBL

C?BL7R+H+不D?BLΛ∕R+/萬

解析:A根據(jù)右手定則,導(dǎo)體繩切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向向上,是由于L《從

可認(rèn)為導(dǎo)體繩平動切割磁感線,其切割電動勢大小為則導(dǎo)體繩中總電動勢為E.g=E電

-BLv對衛(wèi)星由萬有引力等于向心力GT京1==F匚占,解得O=匚£;由題意:

i?K~vri)K~vri?!K~rri

BIL=f,其中/=與,聯(lián)立可得:E電=BL、會U故A正確,B,C、D錯誤.

f?Ai/7DL

限時(shí)規(guī)范訓(xùn)練

[基礎(chǔ)鞏固]

1.(多選)如圖所示,半徑為2r的彈性螺旋線圈內(nèi)有垂直紙面向外的尸E?

圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場區(qū)域的半徑為,,已知彈性螺旋線圈的電阻為f.<-^>.√?

R,線圈與磁場區(qū)域共圓心,則以下說法中正確的是();:"J

A.保持磁場不變,線圈的半徑由2"的過程中,有逆時(shí)針方向的

電流

B.保持磁場不變,線圈的半徑由2r變到3r的過程中,有順時(shí)針方向的電流

〃Jl產(chǎn)

C?保持半徑不變,使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按B=Zf變化,線圈中的電流為一葭

2kJir^

D.保持半徑不變,使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按B=公變化,線圈中的電流為二?-

解析:AC根據(jù)磁通量的定義可知,當(dāng)線圈的半徑由2"的過程中,穿過線圈的磁通量

減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流,故A正確;同理,保持磁場

不變,線圈的半徑由2廠變到3,?的過程中,穿過線圈的磁通量不變,根據(jù)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條

件可知,線圈內(nèi)沒有感應(yīng)電流,故B錯誤;保持半徑不變,使磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按B=厄變

化,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,E=等?n∕=%n∕,根據(jù)歐姆定律可知,線圈中的電

流/="二,故C正確,D錯誤.

2.(2021?北京海淀區(qū)高三檢測)如圖所示,某小組利用電流傳感

器(接入電腦,圖中未畫出)記錄燈泡A和自感元件L構(gòu)成的并聯(lián)

電路在斷電瞬間各支路電流隨時(shí)間的變化情況,人表示小燈泡中的

電流,L表示自感元件中的電流(已知開關(guān)S閉合時(shí)心>八),則下

列圖像中正確的是()

解析:C開關(guān)斷開后,A與Z,組成閉合回路后,L中的電流方向不變,而A中的電流

方向與此前的電流方向相反,故C正確,A、B、D錯誤.

3.如圖所示,三個(gè)燈泡Li、L2、L3的阻值關(guān)系為RlVR2VR3,電感線圈L的直流電阻

可忽略,D為理想二極管,開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí),下列判斷正確的是()

L∣

A∕VLW?

→?——2

-----2—

^^tfs^

A.Ll逐漸變暗,L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗

B.Ll逐漸變暗,L2立即熄滅,L3先變亮,然后逐漸變暗

C.Ll立即熄滅,L2、L3均逐漸變暗

D.Li、L2、L3均先變亮,然后逐漸變暗

解析:B開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時(shí),由于RJVR2<R3,則分別通過三個(gè)燈泡的電流大小

I?>h>h,開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí),電感線圈產(chǎn)生與心中電流方向一致的自感電動勢,

由于二極管的反向截止作用,心立即熄滅,電感線圈、L|、L3組成閉合回路,Ll逐漸變暗,

通過L3的電流由/3變?yōu)榘?,再逐漸減小,故L3先變亮,然后逐漸變暗,選項(xiàng)B正確.

4.如圖所示,足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,寬度L=OAm,

一端連接K=IQ的電阻.導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場,磁

感應(yīng)強(qiáng)度B=IT.導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,其長度恰好等于導(dǎo)軌間距,

與導(dǎo)軌接觸良好.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì).在平行于導(dǎo)軌的××××X

拉力尸作用下,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動,速度。=5m∕s.求:

⑴感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流/;

(2)在0.1s時(shí)間內(nèi),拉力沖量/尸的大小;

(3)若將MN換為電阻r=1Q的導(dǎo)體棒,其他條件不變,求導(dǎo)體棒兩端的電壓U.

解析:(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可得,感應(yīng)電動勢

E=BLV=I義×5V=2V,

E2

感應(yīng)電流/=方=7A=2A.

KI

(2)拉力大小等于安培力大小

F=B∕L=1X2×0.4N=0.8N,

沖量大小IF=FAtX0.1N?s=0.08N?s.

(3)由閉合電路歐姆定律可得,電路中電流

E2

1'=而=2A=IA,

由歐姆定律可得,導(dǎo)體棒兩端的電壓

U=FR=IXlV=IV.

答案:(1)2V2A(2)0.08N?s(3)1V

[能力提升]

5.(2021.山東濱州高三一模)(多選)如圖所示,完全一樣的導(dǎo)線繞成單匝線圈ABCD和

EFGH,它們分別繞成扇形,扇形的內(nèi)徑r=0.2m,外徑為R=O.5m,它們處于同一個(gè)圓面

上,扇形ABC。對應(yīng)的圓心角為30°,扇形EFG”對應(yīng)的圓心角為60°.在BCGF圓形區(qū)域

內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大.則()

A.線圈48C。中電流的方向?yàn)锳。CBA

B.線圈ABCD和線圈EFGH中電動勢之比為1:2

C.線圈ABCz)和線圈EFGH中電流之比1:1

D.線圈ABCD和線圈EFGH中產(chǎn)生的電功率之比1:2

解析:AB根據(jù)楞次定律可知,線圈ABC。中電流的方向?yàn)锳OCBA,選項(xiàng)A正確;根

ΔΦΔB

據(jù)E=-7=Nys可知,線圈ABCo和線圈EFG”面積之比為1:2,則電動勢之比為1:2,

選項(xiàng)B正確;線圈ABen和線圈EFG”周長之比不等于1:2,則電阻之比不等于1:2,根

據(jù)/=得可知,兩線圈中的電流之比不等于1:1,根據(jù)尸=∕E可知,線圈ABC。和線圈EFG”

K

中產(chǎn)生的電功率之比不等于1:2,選項(xiàng)C、D錯誤.

6.某星球表面0~200km高度范圍內(nèi),水平方向磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨高度增加由

60T均勻減小至10T,為使航天器能在星球表面安全降落,可以利用電磁阻力來減小航天器

下落的速度.若在航天器上固定一邊長為Im的正方形閉合線圈,航天器豎直降落時(shí)線圈平

面始終與磁場垂直,上下兩邊始終處于水平狀態(tài),為使航天器速度為1km/s時(shí)產(chǎn)生的電磁阻

力(只對該閉合線圈產(chǎn)生的作用力)為IOOON,則線圈電阻的阻值R為()

×10^l4ΩB.5×10^"Ω

X10-8QD.IXlorQ

解析:C本題考查電磁感應(yīng)中的阻尼問題.由磁場分布規(guī)律可知,線圈上下兩邊所處

位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之差A(yù)B="BlBTLX14線圈上下兩邊產(chǎn)生的總感應(yīng)電動勢

hz-h?0T

P

大小E=ABL0,線圈上下兩邊產(chǎn)生的總安培力大小F=A8∕L,其中/=不,解得RX1(Γ8,

κΩ

故C正確.

7.(多選)在光滑的水面地面上方,有兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B

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