高中人教物理選擇性必修二專題02 法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用-學(xué)生版

1、專題2 法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用（學(xué)生版）一、目標(biāo)要求目標(biāo)要求重、難點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律重點(diǎn)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)難點(diǎn)二、知識(shí)點(diǎn)解析1法拉第電磁感應(yīng)定律(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定義：當(dāng)閉合電路中磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流則必然存在電動(dòng)勢(shì)；若電路不閉合，即使沒有感應(yīng)電流，電動(dòng)勢(shì)也依然存在在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn)：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體在電路中相當(dāng)于電源，在產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極(2)法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比表達(dá)式：若線圈匝數(shù)為n，相當(dāng)于n個(gè)單匝線圈串聯(lián)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)單位：伏特，簡稱伏，符號(hào)V，磁

2、通量變化的三種情況a磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，垂直于磁場(chǎng)方向的回路面積隨時(shí)間發(fā)生變化：，則b垂直于磁場(chǎng)方向的回路面積不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間發(fā)生變化：，則，其中叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率，等于圖象上某點(diǎn)切線的斜率c磁場(chǎng)和垂直于磁場(chǎng)方向的回路面積同時(shí)發(fā)生變化，則2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)(1)平動(dòng)切割磁感線探究如圖1所示，金屬導(dǎo)軌放置于磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，整個(gè)閉合回路的平面與磁場(chǎng)方向垂直，導(dǎo)體棒的長度為l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在t的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒從MN運(yùn)動(dòng)到圖1在t的時(shí)間導(dǎo)體棒向右移動(dòng)的距離：x = vt 這段過程中閉合電路的面積變化為：S = lx = lvt則穿過閉合電路的磁通量的變化量為：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定

3、律：理解a當(dāng)B、l、v三者兩兩垂直時(shí)，導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為在國際單位制中，電動(dòng)勢(shì)E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線長度l和速度v的單位分別是伏特(V)、特斯拉(T)、米(m)和米每秒(m/s)b速度與磁場(chǎng)不垂直如圖2所示，速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有一定的夾角，這時(shí)可以將速度v沿磁場(chǎng)方向和垂直于磁場(chǎng)方向正交分解，垂直于磁場(chǎng)方向的速度切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而沿磁場(chǎng)方向的速度沒有切割磁感線，因此在這種情況下，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為圖2c有效長度公式或中的l指切割磁感線的有效長度若研究的導(dǎo)線不是直導(dǎo)線，需將導(dǎo)線的首尾相連，再投影到與速度垂直的方向上，這時(shí)的投影長度才是切割磁感線的有效

4、長度圖3(a)(b)中，半徑為R的圓弧形導(dǎo)線在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)以不同方向的速度v運(yùn)動(dòng)，(a)中導(dǎo)線向右運(yùn)動(dòng)，(b)中導(dǎo)線沿與水平方向成角右斜向上運(yùn)動(dòng)，兩種情況下的有效長度分別為OM和MN，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為和圖3(2)轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線 如圖4所示，長為l的導(dǎo)體棒MN繞M點(diǎn)在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)以角速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B圖4從圖中可以看出導(dǎo)體棒在t內(nèi)掃過的面積為扇形的面積，設(shè)為S，這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒走過的角度為，掃過的弧長為；則三、考查方向題型1：法拉第電磁感應(yīng)定律公式的靈活運(yùn)用典例一：（2019年 全國一卷）空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其邊界如圖（a

5、）中虛線所示。一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為、橫截面積為，將該導(dǎo)線做成半徑為的圓環(huán)固定在紙面內(nèi)，圓心在上。時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖（a）所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖（b）所示。則在到的時(shí)間間隔內(nèi)A圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針方向C圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為D圓環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為題型2：導(dǎo)體棒平動(dòng)切割磁感線典例二：（2020秋金臺(tái)區(qū)期末）如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿在平行金屬導(dǎo)軌上以速度向右勻速滑動(dòng)，長度為，間電阻為，桿的電阻為，則通過電阻的電流方向及金屬桿產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小A，B，C， D，題型3：導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)切割磁感線典例三：（2

6、016新課標(biāo)多選）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、分別于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)中，圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過電阻的電流，下列說法正確的是A若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則電流大小恒定B若從上往下看，圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電流沿到的方向流動(dòng)C若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍四、模擬訓(xùn)練一、基礎(chǔ)練習(xí)1.（多選）如圖所示，n=100匝的線框垂直放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S=20 cm2，線框的總電阻為R=20 ，若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度在t=0.2 s的時(shí)間

7、內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T，則下面說法正確的是( )A線框中的感應(yīng)電流方向是順時(shí)針B線框中的感應(yīng)電流方向是逆時(shí)針C產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=0.4 VD產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小為I=0.2 A2.（多選）如圖甲所示，邊長為L的正方形單匝線框水平放置，左側(cè)一半置于沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框的左側(cè)接入電阻R，右側(cè)接入電容器，其余電阻不計(jì)若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定豎直向下為正方向)，則在02t0時(shí)間內(nèi)( )A電容器a板帶負(fù)電B線框中磁通量變化為零C線框中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為D通過電阻R的電流為3.如圖甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n=100，線圈面積S=200 cm2，線圈的電阻r

8、=1 ，線圈外接一個(gè)阻值R=4 的電阻，把線圈放入一個(gè)方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示下列說法中正確的是( )A線圈兩端的電壓逐漸增大B電阻R上消耗的功率為4104 WC線圈電阻r消耗的功率為4104 WD前4 s內(nèi)通過R的電荷量為4104 C4.如圖所示，矩形線圈有N匝，長為a，寬為b，每匝線圈電阻為R，從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以速度v勻速拉出來，那么，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和流經(jīng)線圈中的感應(yīng)電流的大小應(yīng)為( )A，B，C，I=D，5.（多選）如圖，導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是( )A因?qū)w運(yùn)動(dòng)

9、而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與洛侖茲力有關(guān)C動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電場(chǎng)力有關(guān)D動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是一樣的6.（2020秋汾陽市期末）如圖所示，磁場(chǎng)中有一導(dǎo)線與“匸”形光滑的金屬框組成閉合電路，當(dāng)給導(dǎo)線向右的初速度時(shí)，下列說法正確的是A電路中將有順時(shí)針方向的電流B導(dǎo)線將做勻速直線運(yùn)動(dòng)C導(dǎo)線的端相當(dāng)于電源的正極D導(dǎo)線受到的安培力向左7.（2013北京）如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿在平行金屬導(dǎo)軌上以速度向右勻速滑動(dòng)，中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為；若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為，其他條件不變，中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?，則通過電阻的電流方向及與之比分別為 A，B

10、，C，D，8.（多選）如圖所示，abcd為水平放置的平行光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B金屬桿放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)為M、N，并與導(dǎo)軌成角金屬桿以的角速度繞N點(diǎn)由圖示位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到與導(dǎo)軌ab垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)過程金屬桿與導(dǎo)軌始終良好接觸，金屬桿單位長度的電阻為r則在金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中( )A金屬桿中感應(yīng)電流的方向是由N流向MB電路中感應(yīng)電流的大小始終減小CM點(diǎn)電勢(shì)低于N點(diǎn)電勢(shì)DM、N兩端的電勢(shì)相同9.英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)感生電場(chǎng)如圖所示，一個(gè)半徑為r的絕緣體圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，環(huán)上套一帶電荷

11、量為+q的小球已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增加，其變化率為k，若小球在環(huán)上運(yùn)動(dòng)一周，則感生電場(chǎng)對(duì)小球的作用力所做功的大小是( )A0Br2qkC2r2qkDr2qk10.一直升機(jī)停在南半球的地磁極上空該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B直升機(jī)螺旋槳葉片的長度為L，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f，順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳葉片的近軸端為a，遠(yuǎn)軸端為b，如圖所示如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，用E表示每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則( )AE=fL2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)BE=2fL2B，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)CE=fL2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)DE=2fL2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b

12、點(diǎn)電勢(shì)11.（2021六模擬多選）1831年10月28日，法拉第展示人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)圓盤發(fā)電機(jī)。結(jié)構(gòu)示意圖如甲圖，可等效為乙圖所示圓盤中任意一個(gè)半徑都在切割磁感線，在之間接上電阻，已知轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，的長度為，每條半徑對(duì)應(yīng)的電阻都為，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，下列說法正確的是A點(diǎn)電勢(shì)比點(diǎn)高B電阻兩端的電壓為C流過電阻的電流是D相等時(shí)間內(nèi)，電阻產(chǎn)生的熱量與圓盤產(chǎn)生的熱量之比為12.如圖所示，均勻金屬圓環(huán)的總電阻為4R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過圓環(huán)金屬桿OM的長為l，阻值為R，M端與環(huán)接觸良好，繞過圓心O的轉(zhuǎn)軸以恒定的角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)阻值為R的電阻一端用導(dǎo)線和環(huán)上的A點(diǎn)連接，另

13、一端和金屬桿的轉(zhuǎn)軸O處的端點(diǎn)相連接下列判斷正確的是( )AOM兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值的最大值為B金屬桿OM旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒為C通過電阻R的電流的最小值為，方向從Q到PD通過電阻R的電流的最大值為，且P、Q兩點(diǎn)電勢(shì)滿足PQ13.如圖甲所示，單匝正方形線框abcd的電阻R=0.5 ，邊長L=20 cm，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于線框平面，磁感強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。求：(1)02 s內(nèi)通過ab邊橫截面的電荷量q；(2)3 s時(shí)ab邊所受安培力的大小F；(3)04 s內(nèi)線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q二、提升練習(xí)1.（2015安徽多選）如圖所示，為水平放置的平行“匸”形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為，導(dǎo)軌間有垂直與導(dǎo)軌

14、平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。已知金屬桿傾斜放置，與導(dǎo)軌成角，單位長度的電阻為，保持金屬桿以速度沿平行于的方向滑動(dòng)（金屬桿滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好）。則下列說法中錯(cuò)誤的是A電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為B電路中感應(yīng)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2.（2015新課標(biāo)）如圖，直角三角形金屬框放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向平行于邊向上。當(dāng)金屬框繞邊以角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，、三點(diǎn)的電勢(shì)分別為、已知邊的長度為。下列判斷正確的是A，金屬框中無電流B，金屬框中電流方向沿C，金屬框中無電流D，金屬框中電流方向沿3.（2015重慶）如圖為無線電充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖，線圈匝數(shù)為，面積為，若在到時(shí)間內(nèi)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于線圈軸線向右穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由均勻增加到，則該段時(shí)間線圈兩端和之間的電勢(shì)差是A恒為B從0均勻變化到C恒為D從0均勻變化到4.（2014江蘇）如圖