高考物理一轮复习第9单元电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律的知识

第2讲法拉第电磁感应定律知识建构技能建构1.概念:在①电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势,产生感应

电动势的那部分导体就相当于②电源.一、感应电动势2.方向:与电源内部的③电流方向相同,由负极指向正极知识建构技能建构1.内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的④磁通量的变

化率成正比.3.与感应电流的关系:由感应电动势、闭合电路的总电阻决定,闭合

电路的欧姆定律,即I=

.二、法拉第电磁感应定律2.表达式:E=⑤n

.知识建构技能建构(1)E=n

中,n为线圈匝数,这是确定感应电动势的普遍规律,回路可以不闭合.3.对法拉第电磁感应定律的理解(2)E=n

中,ΔΦ总是取绝对值,E的大小是由线圈匝数及磁通量的变化率决定的,与Φ或ΔΦ的大小无必然联系.知识建构技能建构4.适用情况:研究对象为一个回路(不一定闭合),研究在Δt时间内的平

均电动势.三、导体切割磁感线运动时产生感应电动势(3)E=n

一般用以求Δt时间内感应电动势的平均值,依I=

及q=IΔt可进一步求平均电流及Δt时间内通过回路某横截面积的电荷量,但

一般不能由平均电流计算电路中电流所做的功以及电路中产生的

电热.知识建构技能建构(1)大小:E=⑥BLvsinθ(θ指v与B的夹角)1.平动切割磁感线知识建构技能建构(2)说明:①若导线是曲折的,或L与v不垂直时,则L应为导线的有效切割长度,

即导线两端点v、B所决定平面的垂线上的投影长度,如下图所示,三

种情况下感应电动势大小相同.知识建构技能建构2.适用情况:一段直导线(或能等效为直导线),某时刻或某位置的瞬时电动势,四、自感和涡流知识建构技能建构(1)由于⑦导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象.在自感

现象中产生的电动势,叫做⑧自感电动势.1.自感现象(2)自感电动势:大小E自=L

(对于同一线圈取决于本身电流变化的快慢),方向总是阻碍⑨导体中原来电流的变化知识建构技能建构(3)自感系数,也叫自感或电感,由线圈的⑩大小、

形状、

匝数及

是否有铁芯决定;线圈越长、单位长度的匝数越多、横截面积越大,

自感系数越大,若线圈中加有铁芯,自感系数会更大.单位:亨利(H).(4)通电自感和断电自感的比较知识建构技能建构比较项通电自感断电自感电路图

器材要求A1、A2同规格,R=RL,L较

大L很大(有铁芯)现象在S闭合瞬间,A2立即亮

起来,A1灯逐渐变亮,最

终一样亮在开关S断开时,A灯渐

渐熄灭知识建构技能建构原因由于开关闭合时,流过

电感线圈的电流迅速增

大,使线圈产生自感电

动势,阻碍了电流的增

大,使流过A1灯的电流

比流过A2灯的电流增加

得慢断开开关S时,流过线圈

L的电流减小,产生自感

电动势,阻碍了电流的

减小,使电流继续存在

一段时间,在S断开后,

通过L的电流反向通过

灯A,A灯不会立即熄灭,

若RL<RA,原来的IL>IA,则

A灯熄灭前要闪亮一下,

若RL≥RA,原来的电流IL

≤IA,则A灯逐渐熄灭,不

再闪亮一下知识建构技能建构能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能2.涡流现象知识建构技能建构(1)当线圈中的电流发生

变化时,这个线圈附近的导体中就会产生

感应电流.这种电流看起来很像水的旋涡,所以叫做

涡流,如图所

示.知识建构技能建构(3)防止:变压器用硅钢片涂绝缘漆叠合而成.(2)应用:电磁炉(特点是节能、环保,效率高)、机车制动的涡流闸.知识建构技能建构1.下列关于感应电动势大小的说法中,正确的是

(

)A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大B.线圈中磁通量越大,产生的感应电动势一定越大C.线圈放在磁感应强度越强的地方,产生的感应电动势一定越大D.线圈中磁通量变化越快,产生的感应电动势越大【解析】由E=n

知,电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量的大小、磁通量的变化量大小及磁感应强度无关,故D选项正确.【答案】D知识建构技能建构2.关于线圈的自感系数,下列说法正确的是

(

)A.线圈的自感系数越大,自感电动势就一定越大B.线圈中电流等于零时,自感系数也等于零C.线圈中电流变化越快,自感系数越大D.线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定【解析】自感电动势E自=L

,与自感系数及电流的变化率有关,A错;自感系数由线圈的匝数、横截面积、长度及有无铁芯等自身

因素决定,B、C错,D对.【答案】D知识建构技能建构3.用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框,以相同的速

度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,

M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud下列判断正确的是

(

)A.Ua<Ub<Uc<Ud

B.Ua<Ub<Ud<Uc

C.Ua=Ub<Uc=Ud

D.Ub<Ua<Ud<Uc

知识建构技能建构【解析】在线框进入磁场的过程中,MN两端的电压等于线框回路

中的路端电压,根据线框长度和电阻的关系及闭合电路欧姆定律,

可知Ua=

Blv,Ub=

Blv,Uc=

B·2lv=

Blv,Ud=

B·2lv=

Blv,所以Ua<Ub<Ud<Uc,故B对.【答案】B知识建构技能建构4.有100匝面积S=100cm2的金属环,电阻R=0.1Ω,环中磁场的变化规

律如图所示,且磁场方向垂直环向里,在t1到t2时间内,通过金属环的电

荷量为

(

)A.1C

B.2CC.3CD.无法计算【解析】由题图可知ΔB=B2-B1,ΔΦ=(B2-B1)S,通过环的电荷量Q=

Δt=

·Δt=n =n=100×

C=1C,正确答案为A.【答案】A知识建构技能建构一、法拉第电磁感应定律的理解与应用知识建构技能建构 例1在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1m2,线圈电阻为1Ω.规定线圈中感应

电流I的正方向从上往下看是顺时针方向,如图甲所示.磁场的磁感

应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.则以下说法正确的是

(

)A.在时间0~2s内,I的最大值为0.01A知识建构技能建构B.在时间3s~5s内,I的大小越来越小C.前2s内,通过线圈某截面的总电量为0.01CD.第3s内,线圈的发热功率最大【名师点金】电流的大小取决于感应电动势,由E=n

=nS

,B-t图的斜率决定了E的大小,而电量q=

t=

·ΔB,其大小取决于ΔB.知识建构技能建构【规范全解】线圈所围面积不变,因磁场的磁感应强度B随时间t的

变化,引起磁通量的变化.由法拉第电磁感应定律,E=

=

,其大小由图象的斜率决定,在t=0,斜率最大,且

=0.1T/s,则Im=0.01A,A正确;在时间3s~5s内,

一定,产生恒定电流,B错误;第3s内,

=0,没有感应电流,D错误;由q=

t=

·t= =0.01C,C正确.【答案】AC知识建构技能建构1.对公式的理解:

方法概述对法拉第电磁感应定律的理解知识建构技能建构2.在应用公式E=n

·S计算感应电动势时,S为线圈在磁场内的有效面积.其中:①面与磁场不垂直,S为沿垂直磁场方向投影面的面积;②

若面只有一部分位于磁场内,S为位于磁场内的那部分面积.变式训练1

(2012年昌平期末)穿过某闭合回路的磁通量Φ随时间t

变化的图象分别如图中的①~④所示,下列说法正确的是

(

)A.图①有感应电动势,且大小恒定不变B.图②产生的感应电动势一直在变大知识建构技能建构C.图③在0~t1时间内的感应电动势是t1~t2时间内感应电动势的2倍D.图④产生的感应电动势先变大再变小【规范全解】由E=n

,感应电动势E由Φ-t图的斜率决定,①中图象的斜率为0,感应电动势为0;②图象的斜率恒定,感应电动势恒定;④

图象的斜率先变小后变大,感应电动势先变小后变大.③图象0~t1时

间内的斜率为t1~t2时间内的2倍,故答案C正确.【答案】C知识建构技能建构 例2如图甲所示为几个有理想边界的磁场区域,相邻区域的磁感应强度大小相等、方向相反,区域的宽度均为L.现有一边长为L的

正方形导线框由图示位置开始,沿垂直于区域边界的直线匀速穿过

磁场区域,设逆时针方向为电流的正方向,图乙中能正确反映线框中

感应电流的是

(

)二、导体切割磁感线的研究知识建构技能建构【规范全解】线框进入磁场中0至L的过程中,由右手定则,感应电流

的方向为顺时针,即负方向,感应电流I=

,大小恒定,A、B错误;线框进入磁场中L至2L的过程中,由右手定则,感应电流的方向为逆时

针,即正方向,感应电流I=

,C错误,D正确.【答案】D【名师点金】线框在磁场中,要弄清切割磁感线的边框及其边框的

有效长度,多边切割时还要分析多边(等效电源)的串并联关系.知识建构技能建构两种切割方式电动势计算式说明平动切割磁感线E=nBLvsinθ①垂直切割时,E

=nBLv②平行切割时,E

=0

适合求瞬时电动势转动切割磁感线E=

Bl2ωω为转动的角速

度

方法概述导体切割磁感线产生的感应电动势的比较知识建构技能建构变式训练2如图是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理

图.将铜盘放在磁场中,让磁感线垂直穿过铜盘;图中a、b导线与铜盘

的中轴线处在同一竖直平面内;转动铜盘,就可以使闭合电路获得电

流.若图中铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路总电阻为R,

从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为ω.则下列说法正确的

是

(

)知识建构技能建构A.回路中有大小作周期性变化的电流B.回路中电流大小恒定,且等于

C.回路中电流大小恒定,且等于

D.回路中电流大小为0,灯泡不亮【规范全解】转动铜盘,相当于无数在圆盘半径的铜杆转动切割磁

感线,则E=

BL2ω,电流I=

,大小恒定.【答案】C知识建构技能建构 例3如图所示的电路中,A1、A2是完全相同的灯泡,线圈L的自感系数较大,它的电阻与定值电阻R相等.下列说法正确的是

(

)A.闭合开关S,A1先亮,A2后亮,最后它们一样亮B.闭合开关S,A1、A2始终一样亮C.断开开关S,A1、A2都要过一会才熄灭D.断开开关S,A2立刻熄灭,A1过一会才熄灭三、自感现象的应用知识建构技能建构【名师点金】在开关闭合或断开时,含有线圈的支路的电流不能突

变,增大或减小往往存在一段时间的延缓效应.知识建构技能建构【规范全解】闭合开关S,存在通电自感,与L串联的A1逐渐变亮、最

后它们一样亮,则选项A、B都错误;断开开关S,存在通电自感,通过L

的电流逐渐减小为0,因与A1、A2串联在一起,故A1、A2都要过一会才

熄灭,则选项C正确.【答案】C

方法概述自感现象是一种特殊的电磁感应现象,①它遵循电磁感应的所有

规律;②自感电动势只是延缓了导体中原电流的变化,但它不能阻

止原电流的变化.知识建构技能建构变式训练3

(2011年广东揭阳学业水平)线圈通以如图所示的随时

间变化的电流,则

(

)A.0~t1时间内线圈中的自感电动势最大B.t1~t2时间内线圈中的自感电动势最大C.t2~t3时间内线圈中的自感电动势最大D.0~t1时间内线圈中的自感电动势比t2~t3时间内线圈中的自感电动

势大知识建构技能建构【规范全解】由E自=L

,I-t图象的斜率决定了自感电动势,由图象,t2~t3时间内线圈中的自感电动势最大.【答案】C知识建构技能建构高考真题1

(2010年高考·广东理综卷)如图所示,平行导轨间有一矩

形的匀强磁场区域,细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到M'N'的过

程中,棒上感应电动势E随时间t变化的图示,可能正确的是

(

)知识建构技能建构【解析提示】感应电动势与磁场强弱、切割磁感线的速度和有效

长度有关.【命题分析】本题主要考查了导体切割磁感线电动势的计算,难度

较小.知识建构技能建构【规范全解】细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动,在进入磁场前,

不切割磁感线,没有感应电动势;进入匀强磁场后,由于细金属棒速度

与有效切割长度均不变,产生的感应电动势也不变;离开磁场后,感应

电动势又变为零,故只有选项A正确.【答案】A知识建构技能建构考向预测1

(2011年锦州模拟)如图所示,竖直平面内有一金属环,半

径为a,总电阻为R(指拉直时两端的电阻),磁感应强度为B的匀强磁场

垂直穿过环平面,在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为

的导体棒AB.AB由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线

速度为v,则这时AB两端的电压大小为

(

)A.

B.

C.

D.Bav【解析】当摆到竖直位置时,AB切割磁感线的瞬时感应电动势E=

B·2a(

v)=Bav.由闭合电路欧姆定律,UAB=

·

= Bav,故选A.【答案】A知识建构技能建构高考真题2

(2011年高考·北京理综卷)某同学为了验证断电自感现

象,自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E.用导线将

它们连接成如图所示的电路.检查电路后,闭合开关S,小灯泡发光;再

断开开关S,小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象.虽经多次重复,仍未

见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象,他冥思苦想找不出原因.你认

为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是

(

)知识建构技能建构A.电源的内阻较大

B.小灯泡电阻偏大C.线圈电阻偏大

D.线圈的自感系数较大知识建构技能建构【解析提示】小灯泡无闪亮现象,说明断电自感的电流比稳定时的

电流小,电路中的电流分配由各支路的电阻大小决定.【命题分析】本题考查自感现象