《高考備考指南 物理 》課件-第2講　法拉第電磁感應(yīng)定律　自感和渦流

電磁感應(yīng)第十章

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流(本講對(duì)應(yīng)系統(tǒng)用書(shū)P223)欄目導(dǎo)航01知識(shí)

梳理查漏02題點(diǎn)

各個(gè)擊破03配套訓(xùn)練知識(shí)梳理查漏1知識(shí)一

法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：在______________中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì).

(2)產(chǎn)生條件：穿過(guò)回路的__________發(fā)生改變，與電路是否閉合________.

(3)方向：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用__________或__________判定.

右手定則楞次定律無(wú)關(guān)磁通量電磁感應(yīng)現(xiàn)象

歐姆

磁通量的變化率3.導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算(1)公式E=Blv的使用條件：________磁場(chǎng)，B、l、v三者相互________.

(2)“瞬時(shí)性”的理解：若v為瞬時(shí)速度，則E為_(kāi)_______感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則E為_(kāi)_______感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).

瞬時(shí)垂直勻強(qiáng)平均【自測(cè)1】(多選)如圖甲，單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng).若線圈所圍范圍里的磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，則O~D過(guò)程中()A.線圈中O時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零C.線圈中D時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D.線圈中O至D時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.4VABD

知識(shí)二

自感和渦流1.(1)自感現(xiàn)象：由于線圈本身的__________________而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象.

(2)互感現(xiàn)象：兩個(gè)互相靠近的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象.電流發(fā)生變化2.自感電動(dòng)勢(shì)(1)定義：在____________中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).

(2)大小：與電流的_________及線圈的____________有關(guān).

(3)自感系數(shù)：與線圈的________、形狀、________及是否有鐵芯有關(guān).

(4)單位：亨利(H)，1mH=______H，1μH=______H.

10-610-3

匝數(shù)大小自感系數(shù)變化率自感現(xiàn)象3.渦流(1)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(huì)產(chǎn)生像__________狀的感應(yīng)電流.

(2)大小：導(dǎo)體的外周長(zhǎng)________，交變磁場(chǎng)的頻率______，渦流越大.

(3)應(yīng)用：________、感應(yīng)加熱、__________、渦流探測(cè)等.

渦流制動(dòng)電磁灶越高越長(zhǎng)水的旋渦【自測(cè)2】如圖所示，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r不可忽略，A、B是兩個(gè)相同的小燈泡，L是一個(gè)自感系數(shù)較大的線圈.關(guān)于這個(gè)電路的說(shuō)法正確的是()A.閉合開(kāi)關(guān)，A燈立刻亮，而后逐漸變暗，最后亮度穩(wěn)定B.閉合開(kāi)關(guān)，B燈立刻亮，而后逐漸變暗，最后亮度穩(wěn)定C.開(kāi)關(guān)由閉合至斷開(kāi)，在斷開(kāi)瞬間，A燈閃亮一下再熄滅D.開(kāi)關(guān)由閉合至斷開(kāi)，在斷開(kāi)瞬間，電流自左向右通過(guò)A燈A題點(diǎn)各個(gè)擊破2命題點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用［師生共研類］

項(xiàng)目磁通量Φ磁通量的變化量ΔΦ意義某時(shí)刻穿過(guò)某個(gè)面的磁感線的條數(shù)某段時(shí)間內(nèi)穿過(guò)某個(gè)面的磁通量的變化穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化的快慢大小Φ=BScosθΔΦ=Φ2-Φ1ΔΦ=BΔSΔΦ=SΔB注意若有相反方向的磁場(chǎng)，磁通量可能抵消轉(zhuǎn)過(guò)180°前后穿過(guò)平面的磁通量是一正一負(fù)，ΔΦ=2BS，而不是零

C

1.(多選)(2023年茂名一模)如圖為電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu).磁體附近的金屬弦被磁化，在弦振動(dòng)過(guò)程中線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音，下列說(shuō)法正確的是()A.拾音器的工作原理利用了電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象B.取走磁體，電吉他將不能正常工作C.減少線圈匝數(shù)，可減小線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D.弦振動(dòng)過(guò)程中，線圈中的電流方向不變BC【解析】電吉他的拾音器由磁鐵和線圈組成，鋼弦被磁化，彈動(dòng)鋼弦，相當(dāng)于線圈做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，在線圈中就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流，利用了電磁感應(yīng)的原理，A錯(cuò)誤.取走磁體，就沒(méi)有磁場(chǎng)，振弦不能切割磁感線產(chǎn)生電流，電吉他將不能正常工作，B正確.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，減少線圈的匝數(shù)可以減小線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，C正確.弦振動(dòng)過(guò)程中，螺線管磁通量有增加過(guò)程，有減小過(guò)程，所以線圈中電流方向變化，D錯(cuò)誤.2.(2023年荊門聯(lián)考)興趣小組利用多匝線圈和靈敏電流計(jì)制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的電流探測(cè)儀，用于檢測(cè)埋在地下的通電導(dǎo)線，如圖甲所示.地面表層有兩根有絕緣皮包裹的垂直長(zhǎng)導(dǎo)線AB、CD，如圖乙所示.當(dāng)線圈水平放置沿A1B1快速移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn).當(dāng)線圈水平放置沿C1D1方向快速移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn).下列說(shuō)法正確的是()A.兩根導(dǎo)線中都有電流B.兩根導(dǎo)線中都無(wú)電流C.AB中無(wú)電流，CD中有電流D.AB中有電流，CD中無(wú)電流D【解析】當(dāng)線圈水平放置沿A1B1快速移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈中磁通量不變，直導(dǎo)線CD中無(wú)電流.當(dāng)線圈沿C1D1方向快速移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈中磁通量有變化，則直導(dǎo)線AB中有電流，D正確，A、B、C錯(cuò)誤.3.(2023年廣東模擬)如圖甲所示，驅(qū)動(dòng)線圈通過(guò)開(kāi)關(guān)S與電源連接，發(fā)射線圈放在絕緣且內(nèi)壁光滑的發(fā)射導(dǎo)管內(nèi).閉合開(kāi)關(guān)S后，在0~t0時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)線圈的電流iab隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示.在這段時(shí)間內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是()A.驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)水平向左B.發(fā)射線圈內(nèi)部的感應(yīng)磁場(chǎng)水平向左C.t=0時(shí)發(fā)射線圈所受的安培力最大D.t=t0時(shí)發(fā)射線圈中的感應(yīng)電流最大B【解析】根據(jù)安培定則，驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)的磁場(chǎng)方向水平向右，A錯(cuò)誤.由圖乙可知，通過(guò)發(fā)生線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，發(fā)射線圈內(nèi)部的感應(yīng)磁場(chǎng)方向水平向左，B正確.t=0時(shí)驅(qū)動(dòng)線圈的電流變化最快，則此時(shí)通過(guò)發(fā)射線圈的磁通量變化最快，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，但此時(shí)磁場(chǎng)最弱，安培力不是最大值.同理，t=t0時(shí)發(fā)射線圈中的感應(yīng)電流最小，C、D錯(cuò)誤.

命題點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線問(wèn)題［師生共研類］1.五個(gè)等效2.解題流程例2如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy的第二、第四象限有垂直坐標(biāo)系向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B；在第三象限有垂直坐標(biāo)系向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B.現(xiàn)將半徑為R圓心角為90°的扇形閉合導(dǎo)線框OPQ在外力作用下以恒定角速度繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，t=0時(shí)線框在圖示位置.設(shè)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?則下列關(guān)于導(dǎo)線框中的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像正確的是()B

1.水平放置的光滑平行導(dǎo)軌固定，導(dǎo)軌左側(cè)接有定值電阻R，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，足夠長(zhǎng)的金屬棒ab置于導(dǎo)軌上且接觸良好.如圖甲，當(dāng)金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1.如圖乙，保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，當(dāng)金屬棒ab傾斜放置，與導(dǎo)軌成θ=30°，仍以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2.不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒ab的電阻，則通過(guò)金屬棒ab的電流方向及E1和E2之比分別為()A.a→b，1∶1 B.a→b，1∶2C.b→a，1∶1 D.b→a，2∶1C【解析】設(shè)導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng).如圖甲所示，金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=BLv.根據(jù)右手定則可知通過(guò)金屬棒ab的電流方向b→a.如圖乙所示，金屬棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E2=BLv，根據(jù)右手定則可知通過(guò)金屬棒ab的電流方向b→a；E1和E2之比為E1∶E2=1∶1，C正確.2.(2023年佛山模擬)如圖所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)以速度v勻速進(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，邊界如圖中虛線所示.當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到圖示位置(∠aOb=90°)時(shí)，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差為()

D

3.(多選)(2022年惠州模擬)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過(guò)電阻R的電流，下列說(shuō)法正確的是()A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則電流大小恒定B.從上向下看，若圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電阻R中的電流從b流向aC.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小變化，則電流方向可能變化D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍AD

思維導(dǎo)航

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算及判斷1.計(jì)算切割方式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式垂直切割E=Blv傾斜切割E=Blvsin

θ，θ為v與B的夾角旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)說(shuō)明：①導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向垂直；②磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng).2.判斷：把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分電路或?qū)w當(dāng)作電源的內(nèi)電路，相當(dāng)于電源.若電路是不閉合的，則先假設(shè)有電流通過(guò)，然后應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向.電源內(nèi)部電流的方向由負(fù)極(低電勢(shì))流向正極(高電勢(shì))，外電路順著電流方向每經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻電勢(shì)都要降低.命題點(diǎn)三感應(yīng)電荷量的計(jì)算［師生共研類］

例3

(多選)(2023年廣州模擬)如圖所示，將電阻R=0.2Ω匝數(shù)n=10的直角梯形金屬框abcde放在絕緣水平地面上，ab、bc、cd、de的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)=0.4m；邊長(zhǎng)L=0.4m的正方形區(qū)域MNHK內(nèi)存在方向垂直地面向下磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng).金屬框沿地面以恒定速度v=1.0m/s向右穿過(guò)磁場(chǎng)，從cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)t=0到a點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，e、d、N、H始終在一條直線上.則()A.0.2s末，線框cd邊切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為0.2VB.0.4s末，已通過(guò)線框的電荷量為4CC.ae邊進(jìn)出磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框中的感應(yīng)電流先增大后減小D.t=0.5s與t=1.1s時(shí)，線框受到的安培力相同BCD

t=0.5

s時(shí)金屬框向右移動(dòng)的位移x1=vt=0.5

m，此時(shí)ae邊進(jìn)入磁場(chǎng)0.1

m距離的部分切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；t=1.1

s時(shí)金屬框向右移動(dòng)的位移x2=vt=1.1

m，此時(shí)ae邊還剩0.1

m離開(kāi)磁場(chǎng)的部分切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以t=0.5

s與t=1.1

s時(shí)，切割磁感線的有效長(zhǎng)度相等，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，金屬框中的感應(yīng)電流相等，根據(jù)F=BIL可知線框受到的安培力相同，D正確.1.如圖甲所示，在絕緣光滑水平桌面上，以O(shè)為原點(diǎn)、水平向右為正方向建立x軸.在0≤x≤1.0m區(qū)域內(nèi)存在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).桌面上有一邊長(zhǎng)L=0.5m電阻R=0.25Ω的正方形線框abcd.當(dāng)平行于磁場(chǎng)邊界的cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，在沿x方向的外力F作用下線框abcd以v=1.0m/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)，直到ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)撤去外力.若以cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在0≤t≤1.0s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示，在0≤t≤1.3s內(nèi)線框始終做勻速運(yùn)動(dòng).(1)求外力F的大小；(2)在1.0s≤t≤1.3s內(nèi)存在連續(xù)變化的磁場(chǎng)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與時(shí)間t的關(guān)系；(3)求在0≤t≤1.3s內(nèi)流過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q.

(2)在1.0s≤t≤1.3s內(nèi)存在連續(xù)變化的磁場(chǎng)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與時(shí)間t的關(guān)系；

(3)求在0≤t≤1.3s內(nèi)流過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q.命題點(diǎn)四對(duì)自感現(xiàn)象的理解及應(yīng)用［師生共研類］1.通電自感和斷電自感的比較項(xiàng)目通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R=RL，L較大L很大(有鐵芯)現(xiàn)象在S閉合瞬間，燈A2立即亮起來(lái)；燈A1逐漸變亮，最終和A2一樣亮在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，燈A漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅項(xiàng)目通電自感斷電自感原因由于開(kāi)關(guān)閉合時(shí)流過(guò)電感線圈的電流迅速增大，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)以阻礙電流的增大，使流過(guò)燈A1的電流比流過(guò)燈A2的電流增加得慢S斷開(kāi)時(shí)，L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減小，燈A中電流反向，且不會(huì)立即熄滅.若RL<RA，原來(lái)的IL>IA，則A燈熄滅前要閃亮一下；若RL≥RA，原來(lái)的IL≤IA，則燈A逐漸熄滅不閃亮能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能2.兩種判斷斷

電

自

感例4

(2023年北京卷)如圖所示，L是自感系數(shù)很大電阻很小的線圈，P、Q是兩個(gè)相同的小燈泡.開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)，P燈微亮，Q燈正常發(fā)光，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)()A.P與Q同時(shí)熄滅B.P比Q先熄滅C.Q閃亮后再熄滅D.P閃亮后再熄滅D【解析】由