高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)第十章電磁感應(yīng)第2講法拉第電磁感應(yīng)定律

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流一、法拉第電磁感應(yīng)定律一、法拉第電磁感應(yīng)定律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)概念:在 中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。(2)產(chǎn)生條件:穿過(guò)閉合電路的 發(fā)生了變化,與電路是否閉合 。(3)方向判斷:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用 或 判斷。2.法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過(guò)這一電路的 成正比。(2)公式:E=n,其中n為線圈匝數(shù),為磁通量的 。tt教材研讀教材研讀電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁通量磁通量 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) 楞次定律楞次定律右手定則右手定則 磁通量的變化率磁通量的變化率變化率變化率自測(cè)自測(cè)1 (辨析題)(1)線圈中磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。( )(

2、2)線圈中磁通量變化越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。( )(3)線圈中磁通量變化越快,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。( )答案 (1) (2) (3)二、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.導(dǎo)體垂直切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用E= 求出,式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線的 。2.導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bl=Bl2(平均速度等于中點(diǎn)位置的線速度l)。v1212Blv有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度自測(cè)自測(cè)2如圖,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng),MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1

3、;若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋2。則通過(guò)電阻R的電流方向及E1與E2之比E1 E2分別為( )A.ca,2 1 B.ac,2 1 C.ac,1 2 D.ca,1 2答案 C桿MN向右勻速滑動(dòng),由右手定則判知,通過(guò)R的電流方向?yàn)閍c;又因?yàn)镋=BLv,所以E1 E2=1 2,故選項(xiàng)C正確。三、自感現(xiàn)象三、自感現(xiàn)象1.概念:由于導(dǎo)體本身的 變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感。2.自感電動(dòng)勢(shì)(1)定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做 。(2)表達(dá)式:E=L。3.自感系數(shù)L(1)相關(guān)因素:與線圈的 、形狀、 以及是否有鐵芯有關(guān)。(2)單位:亨利(H),1 mH= H

4、,1 H= H。It電流電流自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)大小大小匝數(shù)匝數(shù)10-310-6 自測(cè)自測(cè)3 (多選)如圖所示的電路中,線圈L的自感系數(shù)足夠大,其直流電阻忽略不計(jì),LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡,下列說(shuō)法正確的是( )A.S閉合后,LA、LB同時(shí)發(fā)光且亮度不變B.S閉合后,LA立即發(fā)光,然后又逐漸熄滅C.S斷開(kāi)的瞬間,LA、LB同時(shí)熄滅D.S斷開(kāi)的瞬間,LA再次發(fā)光,然后又逐漸熄滅答案 BD線圈對(duì)變化的電流有阻礙作用,通電時(shí)阻礙電流變大,S閉合時(shí)兩燈同時(shí)發(fā)光,但電流穩(wěn)定后LA被短路,LA逐漸熄滅;S斷開(kāi)時(shí),線圈阻礙電流變小,使LA再次發(fā)光,然后又逐漸熄滅。四、渦流四、渦流線圈中的電流變化時(shí),在附近

5、導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流在導(dǎo)體內(nèi)形成閉合回路,很像水的漩渦,因此把它叫做渦電流,簡(jiǎn)稱渦流。在冶煉爐、電動(dòng)機(jī)、變壓器、探雷器等實(shí)際應(yīng)用中都存在著渦流,它是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,同樣遵守電磁感應(yīng)定律。自測(cè)自測(cè)4 (多選)如圖所示為新一代炊具電磁爐,無(wú)煙、無(wú)明火、無(wú)污染、不產(chǎn)生有害氣體、無(wú)微波輻射、高效節(jié)能等是電磁爐的優(yōu)勢(shì)所在。電磁爐是利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)的磁感線通過(guò)鐵質(zhì)鍋底部時(shí),即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物。下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是( )A.鍋體中的渦流是由恒定的磁場(chǎng)產(chǎn)生的B.恒定磁場(chǎng)越強(qiáng),電磁爐的加熱效果越好C.鍋體中的渦流是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生

6、的D.提高磁場(chǎng)變化的頻率,可提高電磁爐的加熱效果答案 CD由電磁感應(yīng)原理可知,鍋體中的渦流是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的。提高磁場(chǎng)變化的頻率,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大,可提高電磁爐的加熱效果,C、D正確?？键c(diǎn)一對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用考點(diǎn)一對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的決定因素感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由穿過(guò)電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)n共同決定,而與磁通量、磁通量的變化量的大小沒(méi)有必然聯(lián)系。2.法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用的三種情況(1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí),=BS,則E=。(2)磁通量的變化是由磁場(chǎng)變化引起時(shí),=BS,則E=。tnB Stn B St 考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破(3)磁通量

7、的變化是由于面積和磁場(chǎng)共同變化引起時(shí),則根據(jù)定義求,=末-初,E=nn。3.在圖像問(wèn)題中磁通量的變化率是-t圖像上某點(diǎn)切線的斜率,利用斜率和線圈匝數(shù)可以確定該點(diǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。2211B SB StBSt t典例典例1 (2015浙江理綜,24,20分)小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“電磁天平”,如圖1所示,等臂天平的左臂為掛盤(pán),右臂掛有矩形線圈,兩臂平衡。線圈的水平邊長(zhǎng)L=0.1 m,豎直邊長(zhǎng)H=0.3 m,匝數(shù)為N1。線圈的下邊處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=1.0 T,方向垂直線圈平面向里。線圈中通有可在02.0 A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I。掛盤(pán)放上待測(cè)物體后,調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡,測(cè)出電流即可測(cè)得

8、物體的質(zhì)量。(重力加速度取g=10 m/s2)圖1圖2(2)進(jìn)一步探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象,另選N2=100匝、形狀相同的線圈,總電阻R=10 。不接外電流,兩臂平衡。如圖2所示,保持B0不變,在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻變大,磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾萪=0.1 m。當(dāng)掛盤(pán)中放質(zhì)量為0.01 kg的物體時(shí),天平平衡,求此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。答案 (1)25 (2)0.1 T/s解析 (1)線圈受到安培力F=N1B0IL天平平衡mg=N1B0IL代入數(shù)據(jù)得N1=25(2)由電磁感應(yīng)定律得E=N2Btt(1)為使電磁天平的量程達(dá)到0.5 kg,線圈的匝數(shù)N1至少為多少?E=N2Ld

9、由歐姆定律得I=線圈受到安培力F=N2B0IL天平平衡mg=B0代入數(shù)據(jù)可得=0.1 T/sBtER22NBt2dLRBt應(yīng)用電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題(1)利用公式E=n求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在磁通量均勻變化時(shí),瞬時(shí)值等于平均值。(2)利用公式E=nS求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),S為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積。tBt(3)通過(guò)回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關(guān),與時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。推導(dǎo)如下:q=t=t=。In tRn R1-1如圖所示,用兩根長(zhǎng)度、材料、粗細(xì)都相同的導(dǎo)線繞成匝數(shù)分別為n1和n2的圓形閉合線圈A和B,兩線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí),兩線

10、圈中的感應(yīng)電流之比IA IB為( )A. B. C. D.12nn21nn2122nn2221nn答案 B設(shè)導(dǎo)線長(zhǎng)度為L(zhǎng),電阻為R,則對(duì)線圈A有,L=n12rA,IA=,解得IA=rA,同理可得對(duì)線圈B有IB=rB,聯(lián)立可得=,又L=n22rB,得=,則=,B正確。1ER21AnBrtR2L BR t2L BR tABIIABrrABrr21nnABII21nn1-2如圖甲所示,一個(gè)電阻值為R,匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路。線圈的半徑為r1,在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示。圖線與橫、縱軸的

11、截距分別為t0和B0,導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求0至t1時(shí)間內(nèi)(1)通過(guò)電阻R1的電流大小和方向。(2)通過(guò)電阻R1的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。答案 (1)方向從b到a(2) 解析 (1)穿過(guò)閉合線圈的磁場(chǎng)的面積為S=20203nBrRt202 103nBr tRt222402 12029n Br tRt22r由題圖乙可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率的大小為=,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=n=nS=由閉合電路歐姆定律可知流過(guò)電阻R1的電流為I=再根據(jù)楞次定律和安培定則可以判斷,流過(guò)電阻R1的電流方向應(yīng)由b到a。(2)0至t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量為q=It1=電阻R1上產(chǎn)生的熱量為Q=I2R1t

12、1=。Bt00BttBt2020nBrt2ERR20203nBrRt202 103nBr tRt222402 12029n Br tRt考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算E=Blv的“四性”(1)正交性:本公式是在一定條件下得出的,除磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,還需B、l、v三者互相垂直。(2)瞬時(shí)性:若v為瞬時(shí)速度,則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)有效性:公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度。如圖中,導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度為a、b間的距離。(4)相對(duì)性:E=Blv中的速度v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也在運(yùn)動(dòng),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。典例典例2 (2016山東濟(jì)

13、南模擬)在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,寬度L=0.4 m,如圖所示,框架上放置一質(zhì)量m=0.05 kg、電阻R=1 的金屬桿cd,框架電阻不計(jì)。若桿cd在水平外力F的作用下以恒定加速度a=2 m/s2由靜止開(kāi)始向右做勻變速運(yùn)動(dòng),求:(1)5 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);(2)第5 s末回路中的電流I;E(3)第5 s末作用在桿cd上的水平外力F的大小。答案 (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N解析 (1)t=5 s內(nèi)金屬桿的位移x=at2=25 m5 s內(nèi)的平均速度 =5 m/s故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) =BL=0.4 V(2)

14、第5 s末桿的速度v5=at=10 m/s此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv5=0.8V則回路中的電流I=0.8 A12vxt502vv也可用求解EvER(3)桿cd向右做勻加速運(yùn)動(dòng),由左、右手定則判得其所受安培力方向向左,由牛頓第二定律得F-F安=ma桿cd所受安培力F安=BIL解得F=BIL+ma=0.164 N感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兩個(gè)公式的比較公式E=nE=Blv對(duì)象一個(gè)回路一段導(dǎo)體適用普遍適用導(dǎo)體切割磁感線意義常用于求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)既可求平均值也可求瞬時(shí)值聯(lián)系本質(zhì)上是統(tǒng)一的,后者是前者的一種特殊情況。但是,當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),用E=Blv求E比較方便;當(dāng)穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化時(shí),用E=n求E比較方

15、便tt2-1 (2015海南單科,2,3分)如圖,空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為;將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且相互垂直的折線,置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi),當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為。則等于( )A. B. C.1 D. 12222答案 B由法拉第電磁感應(yīng)定律知直金屬棒運(yùn)動(dòng)時(shí)其兩端電動(dòng)勢(shì)=BLv,將此棒彎成兩段長(zhǎng)度相等且互相垂直的折線,并放于與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直的平面內(nèi),并沿折線夾角平分線的方向以相同的速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),=BLv,則=。因此B對(duì),A、C、D錯(cuò)。12 1

16、2BLvBLv222-2 (2015課標(biāo),15,6分)如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長(zhǎng)度為l。下列判斷正確的是 ( )A.UaUc,金屬框中無(wú)電流B.UbUc,金屬框中電流方向沿a-b-c-aC.Ubc=-Bl2,金屬框中無(wú)電流D.Uac=Bl2,金屬框中電流方向沿a-c-b-a答案 C閉合金屬框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)金屬框的磁通量始終為零,金屬框中無(wú)電流。由右手定則可知Ub=UaUc,A、B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤;b、c兩點(diǎn)的電勢(shì)差Ub

17、c=-Blv中=-Bl2,選項(xiàng)C正確。121212考點(diǎn)三對(duì)自感現(xiàn)象的理解考點(diǎn)三對(duì)自感現(xiàn)象的理解1.自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)(1)自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。(2)通過(guò)線圈中的電流不能發(fā)生突變,只能緩慢變化。(3)通常電流穩(wěn)定時(shí),自感線圈就相當(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(dòng)勢(shì)只是延緩了過(guò)程的進(jìn)行,但它不能使過(guò)程停止,更不能使過(guò)程反向。2.斷電自感中,燈泡是否閃亮問(wèn)題(1)通過(guò)燈泡的自感電流大于原電流時(shí),燈泡閃亮。(2)通過(guò)燈泡的自感電流小于等于原電流時(shí),燈泡不會(huì)閃亮。典例典例3如圖所示的電路中,L為自感線圈,其直流電阻與電阻R相等,C為電容器,電源內(nèi)阻不可忽略

18、。當(dāng)開(kāi)關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_(kāi)瞬間,下列說(shuō)法正確的是( )A.通過(guò)燈A的電流由c到dB.A燈突然閃亮一下再熄滅C.B燈無(wú)電流通過(guò),不可能變亮D.電容器立即放電答案 B S斷開(kāi)瞬間,線圈L與A燈、電阻R形成閉合回路,通過(guò)燈A的電流由d到c,故A錯(cuò)。由于自感線圈提供給A燈的電流開(kāi)始時(shí)大于電源原來(lái)提供給A燈的電流,故A燈閃亮一下再熄滅,故B正確。S斷開(kāi)瞬間,電容器兩端電壓增大,電源將對(duì)電容器充電,充電電流通過(guò)B燈,可能會(huì)使B燈閃亮一下再熄滅,故C、D均錯(cuò)。通過(guò)自感線圈中的電流不能發(fā)生突變,即通電過(guò)程中,電流是逐漸變大的;斷電過(guò)程中,電流是逐漸變小的,此時(shí)線圈可等效為“電源”,該“電源”與其他電路元件形成回路。3-1 (2016江西南昌模擬)如圖所示的電路中,L是一個(gè)自感系數(shù)很大、直流電阻不計(jì)的線圈,L1、L2和L3是