【导与练】高考物理大一轮复习 第9章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件 新人教选修32

第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流1.感应电动势

(1)概念：在_______________中产生的电动势．

(2)产生条件：穿过回路的________发生改变，与电路是否闭合______. (3)方向判断：感应电动势的方向用______________或__________判断．法拉第电磁感应定律(考纲要求Ⅱ)电磁感应现象磁通量无关楞次定律右手定则2．法拉第电磁感应定律

(1)内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的_________________成正比．

(2)公式：E＝n，其中n为线圈匝数．

(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守____________定 律，即I＝_________.磁通量的变化率闭合电路欧姆3．导体切割磁感线时的感应电动势

(1)导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝____求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度．

(2)导体棒在磁场中转动时，导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝Bl

＝

_______(平均速度等于中点位置的线速度lω)．Blv

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．

(1)线圈中磁通量越大，产生的感应电动势越大．(

) (2)线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势越大． (

) (3)线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大． (

) (4)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大． (

)

答案(1)×

(2)×

(3)√

(4)×自感、涡流(考纲要求Ⅰ)1.自感现象

(1)概念：由于导体本身的______变化而产生的电磁感应现象称为自感．(2)自感电动势①定义：在自感现象中产生的感应电动势叫做________________.②表达式：E＝__________.电流自感电动势 (3)自感系数L ①相关因素：与线圈的_____、形状、______以及是否有铁芯有关． ②单位：亨利(H)，1mH＝______H,1μH＝_____H.2．涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生___________，这种电流像水的漩涡所以叫涡流．大小匝数10－310－6感应电流

判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．

(1)线圈中的电流越大，自感系数也越大． (

) (2)对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势越大． (

) (3)自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化． (

)

答案(1)×

(2)√

(3)√1．(单选)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是 (

)．

A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关

B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大

D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同基础自测2．(单选选)机场场的的安安检检门门可可以以利利用用涡涡流流探探测测人人身身上上携携带带的的金金属属物物品品，，安安检检门门中中接接有有线线圈圈，，线线圈圈中中通通以以交交变变电电流流．．关关于于其其工工作作原原理理，，以以下下说说法法正正确确的的是是()．A．人人身身上上携携带带的的金金属属物物品品会会被被地地磁磁场场磁磁化化，，在在线线圈圈中中产产生生感感应应电电流流B．人人体体在在线线圈圈交交变变电电流流产产生生的的磁磁场场中中运运动动，，产产生生感感应应电电动动势势并并在在金金属属物物品品中中产产生生感感应应电电流流C．线圈产产生的交交变磁场场不会在在金属物物品中产产生交变变的感应应电流D．金属物物品中感感应电流流产生的的交变磁磁场会在在线圈中中产生感感应电流流解析一一般金属属物品不不一定能能被磁化化，且地地磁场很很弱，即即使金属属物品被被磁化磁磁性也很很弱，同同时，作作为导体体的人体体电阻很很大，且且一般不不会与金金属物品品构成回回路，故故A、B错误；安检检门利用涡涡流探测金金属物品的的工作原理理是：线圈圈中交变电电流产生交交变磁场，，使金属物物品中产生生涡流，故故C错误；该涡涡流产生的的磁场又会会在线圈中中产生感应应电流，而而线圈中交交变电流的的变化可以以被检测，，故D正确．答案D3．(多选)在如图9－2－1所示的电路路中，A1和A2是两个相同同的灯泡，，线圈L的自感系数数足够大，，电阻可以以忽略不计计．下列说说法中正确确的是()．A．合上开关关S时，A2先亮，A1后亮，最后后一样亮B．断开开关关S时，A1和A2都要过一会会儿才熄灭灭C．断开开关关S时，A2闪亮一下再再熄灭D．断开开关关S时，流过A2的电流方向向向右图9－2－1解析合上上开关S时，线圈L中产生的自自感电动势势阻碍电流流增大，并并且阻碍作作用逐渐变变小直至为为零，故A2先亮，A1后亮，最后后一样亮．．选项A正确．断开开开关S时，线圈L中产生的自自感电动势势阻碍电流流减小，因因电路稳定定时通过A1和A2的电流大小小相等，故故断开开关关S时，A1和A2都逐渐熄灭，，流过A2的电流方向向向左．选项B正确，C、D错误．答案AB4．(单选)有一个匀强磁磁场边界是EF，在EF右侧无磁场，，左侧是匀强强磁场区域，，如图9－2－2甲所示．现有有一个闭合的的金属线框以以恒定速度从从EF右侧水平进入入匀强磁场区区域．线框中中的电流随时时间变化的i－t图象如图乙所所示，则可能能的线框是下下列四个选项项中的()．5．(2013·黄冈中学月考考)(多选)如图9－2－3所示，一个正正方形金属框框放在表面是是绝缘且光滑滑的斜面顶端端，自静止开开始沿斜面下下滑，下滑过过程中穿过一一段边界与斜斜面底边BB′平行的匀强磁磁场，已知金金属框的边长长L小于磁场的宽宽度d.则关于金属框框进入磁场过过程中可能做做的运动，下下列说法正确确的是()．A．匀速运动B．匀加速运动动C．匀减速运动动D．先加加速后后匀速速运动动图9－2－3图9－2－4【典例1】(2013·江苏苏卷卷，，13)如图图9－2－5所示示，，匀匀强强磁磁场场中中有有一一矩矩形形闭闭合合线线圈圈abcd，线线圈圈平平面面与与磁磁场场垂垂直直．．已已知知线线圈圈的的匝匝数数N＝100，边边长长ab＝1.0m、bc＝0.5m，电电阻阻r＝2ΩΩ.磁感感应应强强度度B在0～1s内从从零零均均匀匀变变化化到到0.2T．在在1～5s内从从0.2T均匀匀变变化化到到－－0.2T，取取垂垂直直纸纸面面向向里里为为磁磁场场的的正正方方向向．．求求：：图9－2－5(1)0.5s时线线圈圈内内感感应应电电动动势势的的大大小小E和感感应应电电流流的的方方向向；；(2)在1～5s内通通过过线线圈圈的的电电荷荷量量q；(3)在0～5s内线圈产产生的焦焦耳热Q.审题指导导(1)0～1s内谁引起起线圈中中的磁通通量发生生变化？？_______________________________________________.(2)感应电动动势的计计算公式式E＝________.(3)公式q＝It中的I应为电路路中电流流________值，如何何计算电流I?(4)①①公式Q＝I2rt中的I是恒定的的还是变变化的？？______________________________________________.②在0～5s内线圈的的电流一一样吗？？如何计计算0～5内线圈产产生的焦耳耳热？____________________________________.【跟踪短训训】1．如图9－2－6所示，虚虚线框内内存在均均匀变化化的匀强强磁场，，三个电电阻的阻阻值之比比R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，电路中中导线的的电阻不不计．当当S1、S2闭合，S3断开时，，闭合回回路中感感应电流流为I；当S2、S3闭合，S1断开时，，闭合回回路时感感应电流流为5I；当S1、S3闭合，S2断开时，，闭合回回路中感感应电流流为()．A．0B．3IC．6ID．7I图9－2－6解析设虚虚线框内磁磁感应强度度变化率为为k，上面回路路中磁场面面积为S，下面回路路中磁场面面积为nS，电阻R1＝R.当S1、S2闭合，S3断开时，闭闭合回路中中产生的感感应电动势势E1＝kS，感应电流流为I＝kS/3R；当S2、S3闭合，S1断开时，闭闭合回路中中产生的感感应电动势势E2＝nkS，闭合回路路中感应电电流为5I＝nkS/5R；当当S1、S3闭合合，，S2断开开时时，，闭闭合合回回路路中中产产生生的的感感应应电电动动势势E3＝(n＋1)kS，闭闭合合回回路路中中感感应应电电流流为为I′＝(n＋1)kS/4R，联联立立解解得得I′＝7I，选选项项D正确确．．答案案D1．公公式式E＝Blv的使使用用条条件件(1)匀强强磁磁场场．．(2)B、l、v三者者相相互互垂垂直直．．2．E＝Blv的“四性性”(1)正交交性性：：本本公公式式是是在在一一定定条条件件下下得得出出的的，，除除磁磁场场为为匀匀强强磁磁场场外外，，还还需需B、l、v三者者互互相相垂垂直直．．(2)瞬时时性性：：若若v为瞬瞬时时速速度度，，则则E为相相应应的的瞬瞬时时感感应应电电动动势势．．热点点二二导导体体切切割割磁磁感感线线产产生生感感应应电电动动势势的的计计算算(3)有效效性性：：公公式式中中的的L为导导体体切切割割磁磁感感线线的的有有效效长长度度．．如图9－2－7中，棒的有效效长度为ab间的距离．(4)相对性：E＝Blv中的速度v是导体相对磁磁场的速度，，若磁场也在运动，，应注意速度度间的相对关关系．图9－2－7【典例2】(2013·海南卷，6)如图9－2－8，水平桌面上上固定有一半半径为R的金属细圆环环，环面水平平，圆环每单单位长度的电电阻为r，空间有一匀匀强磁场，磁磁感应强度大大小为B，方向竖直向向下；一长度度为2R、电阻可忽略略的导体棒置置于圆环左侧侧并与环相切切，切点为棒棒的中点．棒棒在拉力的作作用下以恒定定加速度a从静止开始向向右运动，运运动过程中棒棒与圆环接触触良好．下列列说法正确的的是()．图9－2－8反思总总结感应电电动势势两个个公式式的比比较【跟踪短短训】2．如图图9－2－9所示，，水平平放置置的U形框架架上接接一个个阻值值为R0的电阻阻，放放在垂垂直纸纸面向向里的的、磁磁感应应强度度大小小为B的匀强强磁场场中，，一个个半径径为L、质量为m的半圆形硬硬导体AC在水平向右右的恒定拉拉力F作用下，由由静止开始始运动距离离d后速度达到到v，半圆形硬硬导体AC的电阻为r，其余电阻阻不计．下下列说法正正确的是()．图9－2－93．如图9－2－10所示，在水水平面内固固定着U形光滑金属属导轨，轨轨道间距为为50cm，金属导体体棒ab质量为0.1kg，电阻为0.2ΩΩ，横放在导导轨上，电电阻R的阻值是0.8ΩΩ(导轨其余部部分电阻不不计)．现加上竖竖直向下的的磁感应强强度为0.2T的匀强磁场场．用水平平向右的恒恒力F＝0.1N拉动ab，使其从静静止开始运运动，则()．图9－2－101．自感现象象的四大特特点(1)自感电动动势总是是阻碍导导体中原原电流的的变化．．(2)通过线圈圈中的电电流不能能发生突突变，只只能缓慢慢变化．．(3)电流稳定定时，自自感线圈圈就相当当于普通通导体．．(4)线圈的自自感系数数越大，，自感现现象越明明显，自自感电动动势只是是延缓了了过程的的进行，，但它不不能使过过程停止止，更不不能使过过程反向向．热点三通通电自自感和断断电自感感2．自感中中“闪亮”与“不闪亮”问题与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡电路图通电时电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗．两种情况灯泡中电流方向均改变.【典例3】如图9－2－11所示，线线圈L的自感系系数很大大，且其其电阻可可以忽略略不计，，L1、L2是两个完完全相同同的小灯灯泡，随随着开关关S闭合和断断开的过过程中，，L1、L2的亮度变变化情况况是(灯丝不会会断)()．图9－2－11A．S闭合，L1亮度不变变，L2亮度逐渐渐变亮，，最后两两灯一样样亮；S断开，L2立即不亮亮，L1逐渐变亮亮B．S闭合，L1亮度不变，L2很亮；S断开，L1、L2立即不亮C．S闭合，L1、L2同时亮，而后后L1逐渐熄灭，L2亮度不变；S断开，L2立即不亮，L1亮一下才灭D．S闭合，L1、L2同时亮，而后后L1逐渐熄灭，L2则逐渐变得更亮；S断开，L2立即熄灭，L1亮一下才灭解析当S接通时，因L的自感系数很很大，对电流流的阻碍作用用较大，L1和L2串接后与电源源相连，L1和L2同时亮．随着着L中电流的增大大，L的直流电阻减减小，L的分流作用增增大，L1的电流逐渐减减小为零，由由于总电阻变变小，总电流流变大，L2的电流增大，，L2灯变得更亮．．当S断开时，L2中无电流，立立即熄灭，而而电感L将阻碍本身的的电流减小，，L与L1组成闭合电路路，L1灯要亮一下后后再熄灭，综综上所述，选选项D正确．答案D反思总结在分析自感现现象问题时，，应注意电路路的结构，弄弄清楚自感线圈圈L与用电器的串串、并联关系系，明确原电电流的方向，再判断自自感电流的方方向及大小变变化．同时注注意，L的自身电阻是不是是能忽略不计计．在断开开开关时，还要要看线圈和用用电器能否形成成回路．【跟踪短训】4．如图9－2－12所示的电路中中，电源的电电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，，电阻R的阻值大于灯灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关关S，经过一段时时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象象中，正确确的是()．图9－2－12模型构建“杆＋导轨”模型是电磁磁感应问题题高考命题题的“基本道具”，也是高考考的热点，，考查的知知识点多，，题目的综综合性强，，物理情景景变化空间间大，是我我们复习中中的难点．．“杆＋导轨”模型又分为为“单杆”型和“双杆”型(“单杆”型为重点)；导轨放置置方式可分分为水平、、竖直和倾倾斜；杆的的运动状态态可分为匀匀速、匀变变速、非匀匀变速运动动等．物理建模10.电磁感应中中的“杆＋导轨”模型模型分类及及特点1．单杆水平平式2.单杆倾斜式式方法法指指导导解决决电电磁磁感感应应中中综综合合问问题题的的一一般般思思路路是是“先电电后后力力再再能能量量”．．【典例例】(2013·安徽徽卷卷，，16)如图图9－2－13所示示，，足足够够长长平平行行金金属属导导轨轨倾倾斜斜放放置置，，倾倾角角为为37°°，宽宽度度为为0.5m，电电阻阻忽忽略略不不计计，，其其上上端端接接一一小小灯灯泡泡，，电电阻阻为为1ΩΩ.一导导体体棒棒MN垂直直于于导导轨轨放放置置，，质质量量为为0.2kg，接接入入电电路路的的电电阻阻为为1ΩΩ，两两端端与与导导轨轨接接触触良良好好，，与与导导轨轨间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为0.5.在导导轨轨间间存存在在着着垂垂直直于于导导轨轨平平面面的的匀匀强强磁磁场场，，磁磁感感应应强强度度为为0.8T．将将导导体体棒棒MN由静静止止释释放放，，运运动动一一段段时时间间后后，，小小灯灯泡泡稳稳定定发发光光，，此此后后导导体体棒棒MN的运运动动速速度度以以及及小小灯灯泡泡消消耗耗的的电电功功率率分分别别为为(重力力加加速速度度g取10m/s2，sin37°°＝0.6)()．图9－2－13A．2.5m/s1WB．5m/s1WC．7.5m/s9WD．15m/s9W即学即即练如如图图9－2－14所示，，质量量m1＝0.1kg，电阻阻R1＝0.3ΩΩ，长度度l＝0.4m的导体体棒ab横放在在U型金属属框架架上．．框架架质量量m2＝0.2kg，放在在绝缘缘水平平面上上，与与水平平面间间的动动摩擦擦因数数μ＝0.2.相距0.4m的MM′、NN′相互平平行，，电阻阻不计计且足足够长长．电电阻R2＝0.1ΩΩ的MN垂直于于MM′.整个装装置处处于竖竖直向向上的的匀强强磁场场中，，磁感感应强强度B＝0.5T．垂直直于ab施加F＝2N的水平平恒力力，ab从静止止开始始无摩摩擦地地运动动，始始终与与MM′、NN′保持良良好接接触．．当ab运动到到某处处时，，框架架开始始运动动．图9－2－14设框架架与水水平面面间最最大静静摩擦擦力等等于滑滑动摩摩擦力力，g取10m/s2.(1)求框架架开始始运动动时ab速度v的大小小；(2)从ab开始运运动到到框架架开始始运动动的过过程中中，MN上产生生的热热量Q＝0.1J，求该该过程程ab位移x的大小小．附：对对应高高考题题组1．(2011·北京理理综，，19)某同学学为了了验证证断电电自感感现象象，自自己找找来带带铁芯芯的线线圈L、小灯灯泡A、开关关S和电池池组E，用导导线将将它们们连接接成如如图所所示的的电路路．检检查电电路后后，闭闭合开开关S，小灯灯泡发发光；；再断断开开开关S，小灯灯泡仅仅有不不显著著的延延时熄熄灭现现象．．虽经经多次次重复复，仍仍未见见老师师演示示时出出现的的小灯灯泡闪闪亮现现象，，他冥冥思苦苦想找找不出出原因因．你你认为为最有有可能能造成成小灯灯泡未未闪亮亮的原原因是是()．A．电源源的内内阻较较大B．小灯灯泡电电阻偏偏大C．线圈圈电阻阻偏大大D．线圈圈的自自感系系数较较大解析由由自自感规规律可可知在在开关关断开开的瞬瞬间造造成灯灯泡闪闪亮以以及延延时的的原因因是在在线圈圈中产产生了了与原原电流流同向向的自自感电电流且且大于于稳定定时通通过灯灯泡的的原电电流．．由题题图可可知灯灯泡和和线圈圈构成成闭合合的自自感回回路，，与电电源无无关，，故A错误；；造成不不闪亮亮的原原因是是自感感电流流不大大于稳稳定时时通过过灯泡泡的原原电流流，当当线圈圈电阻阻小于于灯泡泡电阻阻时才才会出出现闪闪亮现现象，，故B错误，，C正确；；自感感系数数越大大，则则产生生的自自感电电流越越大，，灯泡泡更亮亮，故故D错误．．答案C2．(2012·课标全全国，，19)如图所所示，，均匀匀磁场场中有有一由由半圆圆弧及及其直直径构构成的的导线线框，，半圆圆直径径与磁磁场边边缘重重合；；磁场场方向向垂直直于半半圆面面(纸面)向里，，磁感感应强强度大大小为为B0.使该线线框从从