2024高考物理大一輪復習課件 第十二章 第2講 法拉第電磁感應定律、自感和渦流

DISHIERZHANG第十二章電磁感應第2講目標要求1.理解法拉第電磁感應定律，會應用E＝

進行有關計算.2.會計算導體切割磁感線產生的感應電動勢.3.了解自感現象、渦流、電磁驅動和電磁阻尼.法拉第電磁感應定律、自感和渦流內容索引考點一法拉第電磁感應定律的理解及應用考點二動生電動勢考點三自感現象考點四渦流電磁阻尼和電磁驅動課時精練考點一法拉第電磁感應定律的理解及應用1.感應電動勢(1)感應電動勢：在電磁感應現象中產生的電動勢.(2)產生條件：穿過回路的

發(fā)生改變，與電路是否閉合無關.2.法拉第電磁感應定律(1)內容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的_________________成正比.梳理必備知識磁通量磁通量的變化率(3)感應電流與感應電動勢的關系：I＝

.(4)說明：E的大小與Φ、ΔΦ無關，決定于磁通量的變化率

.1.Φ＝0，不一定等于0.(

)2.穿過線圈的磁通量變化越大，感應電動勢也越大.(

)3.穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大.(

)4.線圈匝數n越多，磁通量越大，產生的感應電動勢也越大.(

)√××√提升關鍵能力例1

(2022·河北卷·5)將一根絕緣硬質細導線順次繞成如圖所示的線圈，其中大圓面積為S1，小圓面積均為S2，垂直線圈平面方向有一隨時間t變化的磁場，磁感應強度大小B＝B0＋kt，B0和k均為常量，則線圈中總的感應電動勢大小為A.kS1

B.5kS2C.k(S1－5S2) D.k(S1＋5S2)√例2

(2022·全國甲卷·16)三個用同樣的細導線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等，圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖所示.把它們放入磁感應強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應電流的大小分別為I1、I2和I3.則A.I1<I3<I2

B.I1>I3>I2C.I1＝I2>I3

D.I1＝I2＝I3√設圓線框的半徑為r，則由題意可知正方形線框的邊長為2r，正六邊形線框的邊長為r；所以圓線框的周長為C2＝2πr，面積為S2＝πr2.同理可知正方形線框的周長和面積分別為C1＝8r，S1＝4r2，即I1＝I2>I3，故選C.考點二動生電動勢1.導體平動切割磁感線產生感應電動勢的算式E＝Blv的理解(1)直接使用E＝Blv的條件是：在勻強磁場中，B、l、v三者互相垂直.如果不相互垂直，應取垂直分量進行計算.梳理必備知識(2)有效長度公式E＝Blv中的l為導體兩端點連線在

速度方向上的投影長度.如圖，導體的有效長度分別為：垂直于圖丙：沿v1方向運動時，l＝

；沿v2方向運動時，l＝

.R(3)相對速度E＝Blv中的速度v是導體相對

的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關系.2.導體轉動切割磁感線磁場1.公式E＝Blv中的l是導體棒的總長度.(

)2.磁場相對導體棒運動，導體棒中也可能產生感應電動勢.(

)×√例3

(2023·上海市模擬)如圖所示，由均勻導線制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進入一磁感應強度大小為B的勻強磁場.當圓環(huán)運動到圖示位置(∠aOb＝90°)時，a、b兩點的電勢差Uab為√考向1有效長度問題有效切割長度即a、b連線的長度，如圖所示電流的方向為a→b，所以Uab<0，例4

(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應強度方向與紙面垂直.邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導線框abcd位于紙面內，cd邊與磁場邊界平行，如圖(a)所示.已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場.線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正).下列說法正確的是A.磁感應強度的大小為0.5TB.導線框運動速度的大小為0.5m/sC.磁感應強度的方向垂直于紙面向外D.在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內，導線框所受的安培力大小為0.1N√考向2平動切割磁感線√根據右手定則及正方向的規(guī)定可知，磁感應強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；例5

(多選)金屬棒ab長度L＝0.5m，阻值r＝1Ω，放在半徑分別為r1＝0.5m和r2＝1.0m的水平同心圓環(huán)導軌上，兩圓環(huán)之間有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為B＝2T；從兩圓環(huán)下端引出導線連接一阻值為R＝2Ω的電阻，ab在外力作用下以角速度ω＝4rad/s繞圓心順時針(從上往下看)做勻速圓周運動，不計圓環(huán)導軌的電阻和一切摩擦，下列說法正確的是A.a點的電勢高于b點的電勢B.電阻R兩端的電壓為2VC.在金屬棒旋轉一周的時間內，金屬棒上產生的焦耳熱為

JD.在金屬棒旋轉半周的時間內，金屬棒上產生的焦耳熱為

J√考向3轉動切割磁感線√√由右手定則可知，金屬棒順時針轉動時，感應電流方向由b到a，金屬棒充當電源，則a點的電勢高于b點的電勢，故A正確；考點三自感現象1.概念：當一個線圈中的電流變化時，它所產生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出

.這種現象稱為自感，由于自感而產生的感應電動勢叫作自感電動勢.2.表達式：E＝_____.3.自感系數L的影響因素：與線圈的

、形狀、

以及是否有鐵芯有關.梳理必備知識感應電動勢大小匝數1.線圈中電流越大，自感系數也越大.(

)2.對于同一個線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢也越大.(

)3.自感電動勢總是阻止原電流的變化.(

)×√×電路圖

器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)通電時在S閉合瞬間，燈A2立即亮起來，燈A1逐漸變亮，最終一樣亮燈A立即亮，然后逐漸變暗達到穩(wěn)定通電自感和斷電自感的比較提升關鍵能力斷電時回路電流減小，燈泡逐漸變暗，A1電流方向不變，A2電流反向①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2＞I1，燈泡閃亮后逐漸變暗.兩種情況下燈泡中電流方向均改變總結自感電動勢總是阻礙原電流的變化例6

(2023·湖南省長郡中學模擬)某同學想對比自感線圈和小燈泡對電路的影響，他設計了如圖甲所示的電路，電路兩端電壓U恒定，A1、A2為完全相同的電流傳感器.先閉合開關K得到如圖乙所示的i－t圖像，等電路穩(wěn)定后，斷開開關(斷開開關的實驗數據未畫出).下列關于該實驗的說法正確的是A.閉合開關時，自感線圈中電流為零，

其自感電動勢也為零B.圖乙中的a曲線表示電流傳感器A2測得的數據C.斷開開關時，小燈泡會明顯閃亮后逐漸熄滅D.t1時刻小燈泡與線圈的電阻相等√閉合開關時，其線圈自感電動勢等于電源電動勢，自感線圈中電流為零，故A錯誤；A2中電流等于自感線圈中電流，自感線圈中電流從零開始逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定，故A2中數據應為題圖乙中b曲線，故B錯誤；斷開開關前，兩支路中電流相等，剛斷開開關時，回路中的電流不變，故燈泡不會發(fā)生明顯閃亮，而是逐漸熄滅，故C錯誤；t1時刻，兩支路中電壓相等，電流相等，則電阻相等，即小燈泡與線圈的電阻相等，故D正確.分析自感問題的三個技巧方法點撥考點四渦流電磁阻尼和電磁驅動1.渦流現象(1)渦流：塊狀金屬放在

磁場中，或者讓它在非均勻磁場中運動時，金屬塊內產生的漩渦狀感應電流.(2)產生原因：金屬塊內

變化→感應電動勢→感應電流.2.電磁阻尼當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力總是_____導體的運動.梳理必備知識變化磁通量阻礙3.電磁驅動如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產生

使導體受到安培力而運動起來.感應電流1.電磁阻尼體現了能量守恒定律.(

)2.電磁阻尼阻礙相對運動，電磁驅動促進二者相對運動.(

)×√例7

如圖所示，關于渦流的下列說法中錯誤的是A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置B.家用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產生的C.阻尼擺擺動時產生的渦流總是阻礙其運動D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流√例8

(2023·陜西榆林市模擬)水平放置的玻璃板上方有一用細線懸掛的可自由旋轉的小磁針，下方有一水平放置的銅圓盤.圓盤的軸線與小磁針懸線在同一直線上，初始時小磁針與圓盤均處于靜止狀態(tài).當圓盤繞軸沿逆時針方向(俯視)勻速轉動時，下列說法正確的是A.小磁針不動B.小磁針沿逆時針方向(俯視)轉動C.小磁針沿順時針方向(俯視)轉動D.由于穿過圓盤的磁通量沒有變化，圓盤中沒有感應電流√銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當圓盤轉動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產生感應電流(渦流)，此電流產生的磁場導致磁針沿逆時針方向(俯視)轉動，構成電磁驅動，故選B.五課時精練1.如圖所示，在某次閱兵盛典上，我國預警機“空警－2000”在通過天安門上空時機翼保持水平，以4.5×102km/h的速度自東向西飛行.該機的翼展(兩翼尖之間的距離)為50m，北京地區(qū)地磁場向下的豎直分量大小為4.7×10－5T，則A.兩翼尖之間的電勢差為2.9VB.兩翼尖之間的電勢差為1.1VC.飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢高D.飛機左方翼尖的電勢比右方翼尖的電勢低1234567891011√基礎落實練飛機的飛行速度為4.5×102km/h＝125m/s，飛機兩翼尖之間的電動勢為E＝Blv＝4.7×10－5×50×125V≈0.29V，A、B項錯誤；1234567891011飛機從東向西飛行，磁場豎直分量向下，根據右手定則可知，飛機左方翼尖的電勢高于右方翼尖的電勢，C項正確，D項錯誤.2.(2022·江蘇卷·5)如圖所示，半徑為r的圓形區(qū)域內有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t的變化關系為B＝B0＋kt，B0、k為常量，則圖中半徑為R的單匝圓形線圈中產生的感應電動勢大小為A.πkr2

B.πkR2C.πB0r2

D.πB0R2√12345678910113.如圖，線圈L的自感系數極大，直流電阻忽略不計；D1、D2是兩個二極管，當電流從“＋”流向“－”時能通過，反之不通過；R0是保護電阻，則A.閉合S之后，B燈慢慢變亮B.閉合S之后，A燈亮且亮度不變C.斷開S瞬時，A燈閃一下再慢慢熄滅D.斷開S瞬時，B燈閃一下再慢慢熄滅√1234567891011閉合S瞬間，A燈支路二極管正向導通，因此A燈亮，B燈支路二極管不能導通，因此不亮，之后線圈自感阻礙逐漸減小，從自感線圈流過的電流逐漸增大，A燈逐漸熄滅，故A、B錯誤；1234567891011斷開S瞬間，線圈L產生與原電流方向相同的自感電流，可通過D2，故B燈閃一下再慢慢熄滅，電流不能通過D1，故A燈不亮，故C錯誤，D正確.4.(2023·廣東省模擬)在油電混合小轎車上有一種裝置，剎車時能將車的動能轉化為電能，啟動時再將電能轉化為動能，從而實現節(jié)能減排.圖中，甲、乙磁場方向與輪子的轉軸平行，丙、丁磁場方向與輪子的轉軸垂直，輪子是絕緣體，則采取下列哪個措施，能有效地借助磁場的作用，讓轉動的輪子停下A.如圖甲，在輪上固定如圖繞制的線圈B.如圖乙，在輪上固定如圖繞制的閉合線圈C.如圖丙，在輪上固定一些細金屬棒，金屬

棒與輪子轉軸平行D.如圖丁，在輪上固定一些閉合金屬線框，

線框長邊與輪子轉軸平行1234567891011√1234567891011題圖甲和題圖乙中當輪子轉動時，穿過線圈的磁通量都是不變的，不會產生感生電流，則不會有安培力阻礙輪子的運動，選項A、B錯誤；題圖丙中在輪上固定一些細金屬棒，當輪子轉動時會產生感應電動勢，但是不會形成感應電流，則也不會產生安培力阻礙輪子轉動，選項C錯誤；1234567891011題圖丁中在輪上固定一些閉合金屬線框，線框長邊與輪子轉軸平行，當輪子轉動時會產生感應電動勢，形成感應電流，則會產生安培力阻礙輪子轉動，使輪子很快停下來，選項D正確.5.磁電式儀表的基本組成部分是磁體和線圈.纏繞線圈的骨架常用鋁框，鋁框、指針固定在同一轉軸上.線圈未通電時，指針豎直指在表盤中央；線圈通電時發(fā)生轉動，指針隨之偏轉，由此就能確定電流的大小.如圖所示，線圈通電時指針向右偏轉，在此過程中，下列說法正確的是A.俯視看線圈中通有逆時針方向的電流B.穿過鋁框的磁通量減少C.俯視看鋁框中產生順時針方向的感應電流D.使用鋁框做線圈骨架能夠盡快使表針停在某一刻度處√1234567891011由左手定則可知，俯視看線圈中通有順時針方向的電流，選項A錯誤；1234567891011因為線圈在水平位置時磁通量為零，則線圈轉動時，穿過鋁框的磁通量增加，根據楞次定律可知，俯視看鋁框中產生逆時針方向的感應電流，選項B、C錯誤；當鋁框中產生感應電流時，鋁框受到的安培力與運動方向相反，故起到了阻尼作用，則使用鋁框做線圈骨架能夠盡快使表針停在某一刻度處，故D正確.6.(多選)(2023·湖北省模擬)如圖所示，在距地面高h＝1.25m處固定有兩根間距為l＝0.5m水平放置的平行金屬導軌，導軌的左端接有電源E，右端邊緣處靜置有一長l＝0.5m、質量m＝0.2kg、電阻R＝5.0Ω的導體棒ab，導體棒所在空間有磁感應強度大小B＝1.0T、方向豎直向上的勻強磁場.閉合開關后，導體棒ab以某一初速度水平向右拋出，已知導體棒落地點到拋出點的水平距離d＝2.5m，重力加速度g＝10m/s2，則A.在空中運動過程中，導體棒a端的電勢低于b端的電勢B.導體棒拋出時的初速度大小為5m/sC.在空中運動過程中，導體棒上產生的感應電動勢大小恒定D.在空中運動過程中，導體棒的速度逐漸變大，棒上產生的感應電動勢增大√1234567891011√由右手定則可知，導體棒在空中運動過程中，在水平方向上要切割磁感線，從而產生感應電動勢，但無感應電流，不受安培力，故導體棒1234567891011在平拋運動過程中水平方向上的速度v0不變，由E＝Blv0可知，導體棒上產生的感應電動勢大小不變，且a端電勢高于b端電勢，故A、D錯誤，C正確；7.如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內存在垂直于平面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，圓外無磁場.一根長為2R的導體桿ab水平放置，a端處在圓形磁場的下邊界，現使桿繞a端以角速度ω逆時針勻速旋轉180°，在旋轉過程中A.b端的電勢始終高于a端B.ab桿的電動勢最大值E＝BR2ωC.全過程中，ab桿平均電動勢

＝BR2ωD.當桿旋轉θ＝120°時，ab間電勢差Uab＝

BR2ω√1234567891011能力綜合練1234567891011根據右手定則，a端相當于電源正極，b端為負極，a端電勢高于b端電勢，故A錯誤；當導體桿ab和直徑重合時，切割磁感線的有效長度l＝2R，此時產生的感應電動勢最大，ab桿切割磁感線產生的感應電動勢為E＝

Bl2ω＝2BR2ω，故B錯誤；12345678910118.(多選)(2023·廣東深圳市光明區(qū)高級中學模擬)發(fā)光竹蜻蜓是一種常見的兒童玩具.某同學對竹蜻蜓的電路作如下簡化：如圖所示，導電圓環(huán)繞垂直于圓環(huán)平面、通過圓心O的金屬軸O1O2以角速度ω逆時針(俯視)勻速轉動.圓環(huán)上接有三根金屬輻條OP、OQ、OR，輻條互成120°角.在圓環(huán)左半部分張角也為120°角的范圍內(兩條虛線之間)分布著垂直圓環(huán)平面1234567891011向下、磁感應強度大小為B的勻強磁場，在轉軸O1O2與圓環(huán)的邊緣之間通過電刷M、N與一個LED燈(二極管)相連.除LED燈電阻外，其他電阻不計.下列說法中正確的是A.若OP棒進入磁場中，P點電勢小于O點電勢B.金屬輻條在磁場中旋轉產生的是正弦式交變電流C.若導電圓環(huán)順時針轉動(俯視)，也能看到LED燈發(fā)光D.角速度比較大時，能看到LED燈更亮√1234567891011√1234567891011由右手定則可知OP切割磁感線產生的感應電流在OP輻條上從P流向O，則OP為電源時