第二講 第1課時　理清物理觀念-法拉第電磁感應(yīng)定律

第二講法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用第1課時理清物理觀念—法拉第電磁感應(yīng)定律綱舉目張·主干系統(tǒng)[微點判斷](1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。

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)(2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。

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)(3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。

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)(4)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大。

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)(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。

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)(6)自感電動勢總是與原電流的方向相反。

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)××√×√×提能點(一)法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用[題點自主盤查]

E＝n的應(yīng)用1．(多選)如圖甲所示，20匝的金屬線圈(圖中只畫了2匝)電阻為r＝2Ω，兩端a、b與R＝8Ω的電阻相連。線圈內(nèi)有垂直線圈平面(紙面)向里的磁場，磁通量按圖乙所示規(guī)律變化。則

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)A．通過電阻R的電流方向為b―→aB．線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為5VC．電阻R兩端的電壓為8VD．0～0.1s，通過線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量為0.1C解析：線圈相當于電源，由楞次定律可知a相當于電源的正極，b相當于電源的負極，故通過電阻R的電流方向為a―→b，A錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝n

＝10V，B錯誤；由閉合電路的歐姆定律得I＝

＝1A，又由部分電路歐姆定律得U＝IR＝8V，C正確；根據(jù)q＝It得，0～0.1s內(nèi)通過線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量為q＝0.1C，D正確。答案：CD2．(2022·南昌測試)(多選)在如圖甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n＝2000，橫截面積S＝50cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝40μF。在一段時間內(nèi)，穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。則

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)A．閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電容器上極板帶正電B．螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小E＝2.5VC．閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率P＝0.25WD．斷開S后，流經(jīng)R2的電荷量Q＝6×10－5

C答案：BC3.

如圖所示，勻強磁場中有一個用軟導(dǎo)線制成的單匝閉合線圈，線圈平面與磁場垂直。已知線圈的面積S＝0.3m2、電阻R＝0.6Ω，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.2T?，F(xiàn)同時向兩側(cè)拉動線圈，線圈的兩邊在Δt＝0.5s時間內(nèi)合到一起。求線圈在上述過程中(1)感應(yīng)電動勢的平均值E；(2)感應(yīng)電流的平均值I，并在圖中標出電流方向；(3)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q。答案：(1)0.12V

(2)0.2A(電流方向見解析圖)

(3)0.1C提能點(二)導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢1．平動切割(1)E＝Blv的三個特性正交性本公式要求磁場為勻強磁場，而且B、l、v三者互相垂直有效性公式中的l為導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度，如圖中ab相對性E＝Blv中的速度v是導(dǎo)體棒相對磁場的速度，若磁場也在運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系(2)當B與l、v垂直但l與v不垂直時E＝Blvsinθ，其中θ為v與l的夾角，如圖甲所示。[典例]

(2021·河北高考)如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B。導(dǎo)軌間距最窄處為一狹縫，取狹縫所在處O點為坐標原點。狹縫右側(cè)兩導(dǎo)軌與x軸夾角均為θ，一電容為C的電容器與導(dǎo)軌左端相連。導(dǎo)軌上的金屬棒與x軸垂直，在外力F作用下從O點開始以速度v向右勻速運動，忽略所有電阻。下列說法正確的是

(

)A．通過金屬棒的電流為2BCv2tanθB．金屬棒到達x0時，電容器極板上的電荷量為BCvx0tanθC．金屬棒運動過程中，電容器的上極板帶負電D．金屬棒運動過程中，外力F做功的功率恒定[答案]

A[針對訓(xùn)練]1．[平動切割](多選)航天飛機在環(huán)繞地球的軌道上飛行時，從中釋放一顆衛(wèi)星。若衛(wèi)星與航天飛機保持相對靜止，二者用導(dǎo)電纜繩相連，這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星?，F(xiàn)有一顆繩系衛(wèi)星在地球赤道上空自西向東運行，衛(wèi)星位于航天飛機的正上方，它與航天飛機間的距離是20.5km(遠小于航天飛機的軌道半徑)，它們所在處的地磁場的磁感應(yīng)強度B＝4.6×10－5T，磁場方向沿水平方向由南向北，航天飛機和衛(wèi)星的運行速度為7.6km/s。關(guān)于導(dǎo)電纜繩中感應(yīng)電動勢的大小和導(dǎo)電繩纜兩端電勢高低的說法正確的是

(

)A．靠近衛(wèi)星處電勢高B．靠近航天飛機處電勢高C．導(dǎo)電繩纜中的電動勢約為7.2×103VD．導(dǎo)電繩纜中的電動勢約為3.6×103

V解析：根據(jù)右手定則，可判斷靠近衛(wèi)星處的導(dǎo)電繩纜電勢高，故A正確，B錯誤；由E＝BLv，代入數(shù)據(jù)，解得E≈7.2×103V，故C正確，D錯誤。答案：AC2．[轉(zhuǎn)動切割](2021·廣東高考)(多選)如圖所示，水平放置足夠長光滑金屬導(dǎo)軌abc和de，ab與de平行，bc是以O(shè)為圓心的圓弧導(dǎo)軌。圓弧be左側(cè)和扇形Obc內(nèi)有方向如圖的勻強磁場。金屬桿OP的O端與e點用導(dǎo)線相接，P端與圓弧bc接觸良好，初始時，可滑動的金屬桿MN靜止在平行導(dǎo)軌上。若桿OP繞O點在勻強磁場區(qū)內(nèi)從b到c勻速轉(zhuǎn)動時，回路中始終有電流，則此過程中，下列說法正確的有

(

)A．桿OP產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定B．桿OP受到的安培力不變C．桿MN做勻加速直線運動D．桿MN中的電流逐漸減小答案：AD提能點(三)自感和渦流類型(一)自感現(xiàn)象

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)，RL＜RA現(xiàn)象在開關(guān)S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當抽鐵芯后，重做實驗，斷開開關(guān)S時，會看到燈A馬上熄滅)能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能[例1]

小明同學(xué)做驗證斷電自感現(xiàn)象的實驗，他找來帶鐵芯的線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E，用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路。檢查電路后，閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)S，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象。下列說法正確的是 (

)A．斷開開關(guān)S，一定沒電流流過小燈泡B．開關(guān)S斷開前后，流過小燈泡的電流方向相反C．小燈泡未閃亮的原因是線圈電阻偏小D．小燈泡未閃亮的原因是線圈的自感系數(shù)較小[解析]

由電路圖可知，燈泡與線圈并聯(lián)后接入電路，斷開開關(guān)瞬間，線圈與燈泡組成閉合電路，線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，有電流流過小燈泡，故A錯誤；斷開開關(guān)瞬間，燈泡中原來的由電源提供的電流消失，燈泡與線圈構(gòu)成閉合回路，通過線圈的電流減小，線圈中的電流流過燈泡，所以開關(guān)S斷開前后流過小燈泡的電流方向相反，故B正確；線圈電阻偏小，穩(wěn)定時流過燈泡的電流小于流過線圈的電流，斷開開關(guān)時，根據(jù)楞次定律，由電源提供給燈泡的電流立即消失，而線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，燈泡與線圈組成新的回路，燈泡會發(fā)生閃亮現(xiàn)象，故C錯誤；線圈的自感系數(shù)較大，產(chǎn)生的自感電動勢較大，但不能改變穩(wěn)定時燈泡和線圈中電流的大小，D錯誤。[答案]

B[規(guī)律方法]自感線圈在電路中的作用(1)電路突然接通時，自感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙電流變化使與之串聯(lián)的燈泡不是立即變亮，而是逐漸變亮。(2)電路突然斷開時，自感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在電路中相當于新的電源。若產(chǎn)生的電流比原來的大，則燈泡“閃亮”一下再熄滅；若產(chǎn)生的電流不大于原來的電流，則燈泡不能“閃亮”而逐漸熄滅。類型(二)渦流1．產(chǎn)生渦流的兩種情況(1)塊狀金屬放在變化的磁場中。(2)塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動。2．產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(1)金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。[例2]

管道高頻焊機可以對由鋼板卷成的圓管的接縫實施焊接。焊機的原理如圖所示，圓管通過一個接有高頻交流電源的線圈，線圈所產(chǎn)生的交變磁場使圓管中產(chǎn)生交變電流，電流產(chǎn)生的熱量使接縫處的材料熔化并焊接。則下列說法正確的是

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)A．該焊機也能焊接塑料圓管的接縫B．線圈的電阻越大，焊接效果越好C．線圈的電源換成直流電源也能進行焊接D．圓管的接縫處電阻較大，產(chǎn)生的電熱較無接縫處大[解析]塑料圓管在焊接時，管內(nèi)無法產(chǎn)生交變磁場，塑料圓管中無電流，不能焊接，A錯誤；圓管通過的高頻交流電源一定時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定，線圈的電阻越大，則產(chǎn)生的電流越小，焊接時產(chǎn)生的電熱越少，焊接效果不好，B錯誤；將線圈的電源換成直流電源，線圈不能產(chǎn)生交變磁場，圓管中不產(chǎn)生電流，不能進行焊接，C錯誤；通過圓管的高頻交流電源一定，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定，電流一定，圓管的接縫處電阻較大，產(chǎn)生的電熱較大，D正確。[答案]

D類型(三)電磁阻尼與電磁驅(qū)動比較電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，而對外做功相同點都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動[例3]

(2022·常州模擬)零刻度在表盤正中間的電流計非常靈敏，通入電流后，線圈在安培力和螺旋彈簧的彈力作用下達到平衡時，指針在示數(shù)附近擺動很難停下，讀數(shù)變得困難。在指針轉(zhuǎn)軸上裝上扇形鋁框或扇形鋁板，在合適區(qū)域加上磁場，可以解決此困難。下列方案合理的是 (

)[解析]磁場在鋁框或鋁板邊