2019年高考物理大一輪復習 第10章 電磁感應 第2講 法拉第電磁感應定律 自感 渦流學案(新人教版)

1、第二講法拉第電磁感應定律自感渦流一法拉第電磁感應定律1感應電動勢(1)概念：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的磁通量發(fā)生變化，與電路是否閉合無關(guān)(3)方向：用楞次定律或右手定則判斷2法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比(2)公式：En，其中n為線圈匝數(shù)(3)感應電流與感應電動勢的關(guān)系：遵循閉合電路的歐姆定律，即I.二導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢EBLv1如圖所示電路，閉合電路一部分導體ab處于勻強磁場中，磁感應強度為B，ab的長度為L，以速度v勻速切割磁感線，試證明導體ab產(chǎn)生的感應電動勢EBLv.提示：導體ab經(jīng)

2、時間t運動的位移xvt時間t內(nèi)磁通量的變化量BLxBLvt由法拉第電磁感應定律EBLv.2如下圖幾種情況中，金屬導體中產(chǎn)生的感應電動勢是：3如圖所示，長度為l的金屬桿ab，a端為周定轉(zhuǎn)軸，在磁感應強度為B的勻強磁場中，在垂直于B的平面內(nèi)按順時針方向以角速度做勻速圓周運動，試求金屬桿中產(chǎn)生的感應電動勢的大小提示：解法一：金屬桿ab做切割磁感線運動時，桿上各點的線速度大小不相同，因此應以桿上各點速度的平均值進行計算當ab勻速轉(zhuǎn)動時，a端速度為零，b端速度為l.桿上從a到b各點速度大小與各點的旋轉(zhuǎn)半徑成正比，所以ab桿的平均切割速度為：v.故桿上的感應電動勢EBlv解法二：如圖所示，在很短的時間t內(nèi)

3、，桿轉(zhuǎn)動的角度也很小，則桿掃過的面積等效為S，又t，則磁通量的變化為BS所以E.三自感和渦流現(xiàn)象1自感現(xiàn)象(1)概念：由于導體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢(2)表達式：EL.(3)自感系數(shù)L的影響因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)(4)自感現(xiàn)象“阻礙”作用的理解：流過線圈的電流增加時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻礙電流的增加，使其緩慢地增加流過線圈的電流減小時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相同，阻礙電流的減小，使其緩慢地減小線圈就相當于電源，它提供的電流從原來的IL逐漸變小(5)對照教材實驗：如圖所示，先閉合

4、開關(guān)使燈泡發(fā)光然后斷開開關(guān)開關(guān)閉合時，a、b兩點哪點電勢高a.開關(guān)斷開時，產(chǎn)生感應電動勢的線圈相當于電源，線圈提供的感應電流的方向是逆時針，此時a、b兩點哪點電勢高b.設(shè)閉合開關(guān)電路穩(wěn)定時兩支路的電流分別為IA和IL，若ILIA，斷開開關(guān)時看到的現(xiàn)象是燈泡逐漸熄滅.若ILIA，斷開開關(guān)時看到的現(xiàn)象是燈泡閃亮一下然后熄滅.2渦流現(xiàn)象(1)渦流：塊狀金屬放在變化磁場中，或者讓它在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的漩渦狀感應電流(2)產(chǎn)生原因：金屬塊內(nèi)磁通量變化感應電動勢感應電流(3)渦流的利用：冶煉金屬的高頻感應爐利用強大渦流產(chǎn)生焦耳熱使金屬熔化；家用電磁爐也是利用渦流原理制成的(4)渦流的減少：各種電

5、機和變壓器中，用涂有絕緣漆的硅鋼片疊加成的鐵芯，以減少渦流1判斷正誤(1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大()(2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大()(3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大()(4)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大()(5)對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2(人教版選修32P17第1題改編)將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是()A感應電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大C穿過線圈的磁通量變化越快，感應

6、電動勢越大D感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同答案：C3(人教版選修32P21第4題改編)如圖2所示，紙面內(nèi)有一矩形導體線框abcd，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框的ab邊平行磁場邊界MN，線框以垂直于MN的速度勻速地完全進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1，現(xiàn)將線框進入磁場的速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則有()AQ2Q，q2q1BQ22Q1，q22q1CQ22Q1，q2q1DQ24Q1，q22q1答案：A4(人教32例題改變)(多選)如圖是電子感應加速器的示意圖，上、下為電磁鐵的兩個磁極，

7、磁極之間有一個環(huán)形真空室，電子在真空室中做圓周運動上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯視圖，電子從電子槍右端逸出(不計初速度)，當電磁鐵線圈電流的方向與圖示方向一致時，使電子在真空室中沿虛線加速擊中電子槍左端的靶，下列說法中正確的是()A真空室中磁場方向豎直向上B真空室中磁場方向豎直向下C電流應逐漸減小D電流應逐漸增大答案：AD5如圖所示，在一個光滑金屬框架上垂直放置一根長L0.4 m的金屬棒ab，其電阻r0.1 .框架左端的電阻R0.4 .垂直框面的勻強磁場的磁感應強度B0.1 T當用外力使棒ab以速度v5 m/s向右勻速運動時，ab棒中產(chǎn)生的感應電動勢E_，通過ab棒的電流I_.外力的大小F_.

8、ab棒兩端的電勢差Uab_，在電阻R上消耗的功率PR_，在ab棒上消耗的發(fā)熱功率Pr_，切割運動中產(chǎn)生的電功率P_.答案：0.2 V0.4 A0.016 N0.16 V0.064 W0016 W0.08 W考點一法拉第電磁感應定律的理解和應用1求解感應電動勢方法情景圖研究對象回路(不一定閉合)一段直導線(或等效成直導線)繞一端轉(zhuǎn)動的一段導體棒繞與B垂直且在導線框平面內(nèi)的軸轉(zhuǎn)動的導線框表達式EnEBLvsin E BL2ENBSsin(t0)2應用注意點公式En的應用，與B、S相關(guān)，可能是B，也可能是S，當Bkt時，kS. (2017天津卷)如圖所示，兩根平行金屬導軌置于水平面內(nèi)，導軌之間接有電

9、阻R.金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向下現(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小，ab始終保持靜止，下列說法正確的是()Aab中的感應電流方向由b到aBab中的感應電流逐漸減小Cab所受的安培力保持不變Dab所受的靜摩擦力逐漸減小解析：選DA錯：根據(jù)楞次定律，ab中感應電流方向由a到b.B錯：根據(jù)ES，因為恒定，所以E恒定，根據(jù)I知，回路中的感應電流恒定C錯：根據(jù)FBIl，由于B減小，安培力F減小D對：根據(jù)平衡條件，靜摩擦力fF，故靜摩擦力減小應用法拉第電磁感應定律解題的一般步驟(1)分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況；(2)利用楞次定律確定

10、感應電流的方向；(3)靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方程求解 (2018河北唐山摸底)如圖甲所示，水平放置的平行金屬導軌連接一個平行板電容器C和電阻R，導體棒MN放在導軌上且接觸良好，整個裝置放于垂直導軌平面的磁場中，磁感應強度B的變化情況如圖乙所示(圖示磁感應強度方向為正)，MN始終保持靜止，則0t2時間內(nèi)()A電容器C的電荷量大小始終不變B電容器C的a板先帶正電后帶負電CMN所受安培力的大小始終不變DMN所受安培力的方向先向右后向左解析：選AD磁感應強度均勻變化，產(chǎn)生恒定電動勢，電容器C的電荷量大小始終沒變，選項A正確，B錯誤；由于磁感應強度變化，根據(jù)楞次定律和左手定則可知，M

11、N所受安培力的方向先向右后向左，選項C錯誤，D正確1(多選)如圖所示，閉合金屬導線框放置在豎直向上的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度隨時間變化下列說法正確的是()A當磁感應強度增加時，線框中的感應電流可能減小B當磁感應強度增加時，線框中的感應電流一定增大C當磁感應強度減小時，線框中的感應電流一定增大D當磁感應強度減小時，線框中的感應電流可能不變解析：選AD線框中的感應電動勢為ES，設(shè)線框的電阻為R，則線框中的電流I，因為B增大或減小時，可能減小，也可能增大，也可能不變，線框中的感應電動勢的大小只和磁通量的變化率有關(guān)，和磁通量的變化量無關(guān)，故選項A、D正確2(2016浙江卷)如圖所示，a、b兩個

12、閉合正方形線圈用同樣的導線制成，匝數(shù)均為10匝，邊長la3lb，圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應強度隨時間均勻增大，不考慮線圈之間的相互影響，則()A兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應電流Ba、b線圈中感應電動勢之比為91Ca、b線圈中感應電流之比為34Da、b線圈中電功率之比為31解析：選B由楞次定律可知線圈a、b中均產(chǎn)生逆時針方向的感應電流，A錯誤；由法拉第電磁感應定律EnnS可知，故B正確；由I，可得，故C錯誤；27，故D錯誤.考點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢1計算：切割方式感應電動勢的表達式垂直切割EBlv傾斜切割EBlvsin ，其中為v與B的夾角旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)EBl

13、22判斷：(1)把產(chǎn)生感應電動勢的那部分電路或?qū)w當作電源的內(nèi)電路，那部分導體相當于電源(2)若電路是不閉合的，則先假設(shè)有電流通過，然后應用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向(3)電源內(nèi)部電流的方向是由負極(低電勢)流向正極(高電勢)，外電路順著電流方向每經(jīng)過一個電阻電勢都要降低 (2015全國卷)如圖，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上當金屬框繞ab邊以角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為a、b、c.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是()Aac，金屬框中無電流Bbc，金屬框中電流方向沿abcaCUbcBl2，金屬框中無電流DUbcB

14、l2，金屬框中電流方向沿acba解析：選Cbc邊、ac邊都在切割磁感線，通過右手定則判斷，c端電勢高，a、b端電勢低；兩邊的有效切割長度都為l，則UacUbcBl2，所以，a、b端電勢相同，金屬框中無電流選項C正確求感應電動勢大小的五種類型及對應解法(1)磁通量變化型：En(2)磁感應強度變化型：EnS(3)面積變化型：EnB(4)平動切割型：EBlvsin 與l與v的夾角；l為導體切割磁感線的有效長度：首尾相連在垂直速度方向的分量；v為導體相對磁場的速度(5)轉(zhuǎn)動切割型：EBlvBl2 (2018安徽六安模擬)在勻強磁場中直角三角形線框abc以ab邊為軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，某時刻轉(zhuǎn)到如圖所示位

15、置，已知ab邊的邊長為L，ac邊與ab邊的夾角為，三邊的電阻均為r，磁感應強度為B.下列說法正確的是()A此時刻線框中的磁通量為零，線框中無電流B此時c點電勢高于b點電勢C此時電動勢大小為D此時ab兩點間電勢差大小為解析：選C此時刻線框中的磁通量為零，磁通量變化量率最大，有感應電流，A錯誤；根據(jù)楞次定律可知c點的電勢低于b點的電勢，B錯誤；導線整體的切割速度可等效與ab中點的切割速度，故有EBlvBLcos BLcos Lsin ，C正確；ab相當于電源，ab兩點間電勢差為路端電壓，故有UabE，D錯誤3(2018廣東“四?！钡谝淮温?lián)考)如圖所示，在一磁感應強度B0.5 T的勻強磁場中，垂直于

16、磁場方向水平放置著兩根相距為L0.1 m的平行金屬導軌MN和PQ，導軌電阻忽略不計，在兩根導軌的端點N、Q之間連接一阻值R0.3 的電阻導軌上正交放置著金屬捧ab，其電阻r0.2 .當金屬棒在水平拉力作用下以速度v40 m/s向左做勻速運動時()Aab棒所受安培力大小為0.02 NBN、Q間電壓為0.2 VCa端電勢比b端電勢低D回路中感應電流大小為1 A解析：選Aab棒產(chǎn)生的電動勢EBLv0.50.140 V0.2 V，電流I0.4 A，ab棒受的安培力FBIL0.50.40.1 N0.02 N，A正確，D錯誤；N、Q之間的電壓UE0.12 V，B錯誤；由右手定則得a端電勢較高，C錯誤4(2

17、015安徽卷)如圖所示，abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導軌，間距為l，導軌間有垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度大小為B，導軌電阻不計已知金屬桿MN傾斜放置 ，與導軌成角，單位長度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導軌接觸良好)則()A電路中感應電動勢的大小為B電路中感應電流的大小為C金屬桿所受安培力的大小為D金屬桿的熱功率為解析：選B導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢EBlv，故A錯誤；感應電流的大小I，故B正確；所受的安培力為FBI，故C錯誤；金屬桿的熱功率QI2r，故D錯誤.考點三自感和渦流1自感現(xiàn)象的四大特點(1)自感電動勢總是阻礙導體中原電

18、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，自感線圈就相當于普通導體(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)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2：若I2I1，燈泡逐漸變暗；若I2I1，燈泡閃亮后逐漸變暗兩種情況下燈泡中電流方向均改變 (2018河南洛陽模擬)(多選)如圖所示，電路中A、B是規(guī)格相同的燈泡，L是電阻可忽略不計的電感

19、線圈，那么下列判斷正確的是()A閉合開關(guān)S時，A、B一起亮，然后A變暗后熄滅B閉合開關(guān)S時，B先亮，A逐漸變亮，最后A、B一樣亮C斷開開關(guān)S時，A立即熄滅，B由亮變暗后熄滅D斷開開關(guān)S時，B立即熄滅，A閃亮一下后熄滅解析：選AD閉合開關(guān)S時，A、B一起亮，穩(wěn)定后，A燈熄滅，B燈更亮，A正確，B錯誤；斷開開關(guān)S時，B燈立即熄滅，A燈閃亮一下后熄滅，C錯誤，D正確分析自感現(xiàn)象的兩點注意(1)通過自感線圈中的電流不能發(fā)生突變，即通電過程，線圈中電流逐漸變大，斷電過程，線圈中電流逐漸變小，方向不變此時線圈可等效為“電源”，該“電源”與其他電路元件形成回路(2)斷電自感現(xiàn)象中燈泡是否“閃亮”問題的判斷，

20、在于對電流大小的分析，若斷電后通過燈泡的電流比原來強，則燈泡先閃亮后再慢慢熄滅 (多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，線圈L的電阻不計，以下判斷正確的是()A閉合S，穩(wěn)定后，電容器的a極板帶正電B閉合S，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓小于EC斷開S的瞬間，通過R1的電流方向向右D斷開S的瞬間，通過R2的電流方向向右解析：選BC閉合S，穩(wěn)定后，R2的電壓是路端電壓，而電容器兩端的電壓等于R2兩端的電壓，小于E，電容器的b板帶正電，A錯誤，B正確；斷開S的瞬間，線圈L與R1組成閉合回路，通過R1的電流向右，C正確；電容器通過R2放電，通過R2的電流向左，D錯誤5(2018浙江五校聯(lián)考)如圖1所示的是工業(yè)上探測物件表面層內(nèi)部是否存在缺陷的渦流探傷技術(shù)其原理是用電流線圈使物件內(nèi)產(chǎn)生渦電流，借助探測線圈測定渦電流的改變，從而獲得構(gòu)件內(nèi)部是否斷裂