高考物理专题-(30)课件

第2讲法拉第电磁感应定律、自感、涡流考点0双基过关掌握一、法拉第电磁感应定律1．感应电动势(1)感应电动势：在______________中产生的电动势．产生感应电动势的那部分导体就相当于________，导体的电阻相当于_____________．(2)感应电流与感应电动势的关系：遵循______________定律，即I＝________.电磁感应现象电源电源内阻

闭合电路欧姆

2．法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的________成正比．(2)公式：E＝________，n为线圈匝数．变化率

Blv

二、自感与涡流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，由于自感而产生的感应电动势叫作______________．(2)表达式：E＝________.(3)自感系数L的影响因素：与线圈的________、形状、________以及是否有铁芯有关．电流自感电动势大小匝数

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像__________状的感应电流．(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到________，安培力方向总是________导体的运动．(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生__________，使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来．交流感应电动机就是利用__________的原理工作的．水的旋涡安培力阻碍感应电流电磁驱动1．(人教版选修3－2第17页第1题改)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，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【答案】C【答案】8000V

B【解析】由法拉第电磁感应定律E＝BLv可知感应电动势为8000V，由右手定则得B端电势高3．(人教版选修3－2第21页第3题改)如图所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动，MN中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度增为2B，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为E2.则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比分别为(

)A．c→a,2∶1

B．a→c,2∶1C．a→c,1∶2

D．c→a,1∶2【答案】C【解析】由右手定则可知，电阻R上电流的方向为a→c，由E＝BLv可知，E1∶E2＝1∶2，C正确．4．(人教版选修3－2第25页第3题改)(多选)如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零．A和B是两个完全相同的灯泡，则下列说法中正确的有(

)A．当开关S闭合瞬间，A、B两灯同时亮，最后B灯熄灭B．当开关S断开瞬间，A、B两灯同时熄灭C．当开关S断开瞬间，a点电势比b点电势低D．当开关S断开瞬间，流经灯泡B的电流由a到b【答案】AD【解析】开关S闭合瞬间，线圈L对电流有阻碍作用，则相当于灯泡A与B串联，因此同时亮，且亮度相同，稳定后B被短路熄灭，A正确．当开关S断开后，A马上熄灭，由于自感，线圈中的电流慢慢减小，其相当于电源，左端为高电势，与灯泡B构成闭合回路放电，流经灯泡B的电流由a到b，B闪一下再熄灭，D正确，B、C错误．考点1法拉第电磁感应定律的理解与应用例1

如图甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路．线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图甲

乙

(1)通过电阻R1上的电流大小和方向；(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量．线如图乙所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计．求0至t1时间内，

题眼

(1)要判断感应电流的方向和感应电动势的大小应用什么规律？(2)要求解通过R1的电荷量及R1上产生的热量应用哪些公式？练1

(2019届江苏名校模拟)(多选)如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200cm2，线圈的电阻r＝1Ω，线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示．下列说法中正确的是(

)A．电阻R两端的电压保持不变B．初始时刻穿过线圈的磁通量为0.4WbC．线圈电阻r消耗的功率为4×10－4WD．前4s内通过R的电荷量为4×10－4C【答案】AC甲乙

练2

(2019年石家庄质量检测)如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，PQ之间有阻值为R的电阻，PQNM所围的面积为S，不计导轨和导体棒的电阻．导轨所在区域内存在沿竖直方向的磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态．下列说法正确的是(

)【答案】D应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤1．分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况；2．利用楞次定律确定感应电流的方向；3．灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解．考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算1．E＝Blv的特性(1)正交性：要求磁场为匀强磁场，而且B，l，v三者互相垂直．(2)有效性：l为导体切割磁感线的有效长度．如图甲中，导体棒的有效长度为ab间距离．(3)相对性：v是导体相对磁场的速度，若磁场也在运动，应注意速度间的相对关系．

甲

乙

例2

如图所示，abcd为水平放置的平行“[”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计．已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)．则(

)

题眼

(1)金属杆切割磁感线的有效长度是哪一部分？如何求电路中感应电动势？

(2)组成闭合回路的总电阻如何变化？如何求出？【答案】B【答案】C【答案】BD公式E＝Blv中l的意义应理解为导体的有效切割长度．所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度．对于公式E＝Blv中的v，首先应理解为导体与磁场间的相对速度，所以即使导体不动而磁场运动，也能使导体切割磁感线而产生感应电动势；其次，还应注意到v应该是垂直切割速度；另外，还应注意到在“旋转切割”这类问题中，导体棒上各部分的切割速度不同，此时的v则应理解为导体棒上各部分切割速度的平均值，在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度．考点3通电自感和断电自感1．自感现象“阻碍”作用的理解(1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增加，使其缓慢地增加．(2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流的减小，使其缓慢地减小．2．自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．例3

(多选)如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1，D2是两个完全相同的电灯，E是内阻不计的电源．t＝0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定，t1时刻断开开关S.I1，I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流，规定图中箭头所示方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(

)

题眼

开关S闭合时，线圈L对电流I1，I2有什么影响？断开开关S后，线圈L对电流I1，I2有什么影响？【答案】AC【解析】当S闭合时，L的自感作用会阻碍其中的电流变大，电流从D1流过；当L的阻碍作用变小时，L中的电流变大，D1中的电流变小至零；D2中的电流为电路总电流，电流流过D1时，电路总电阻较大，电流较小，当D1中电流为零时，电流流过L与D2，总电阻变小，电流变大至稳定；当S再断开时，D2马上熄灭，D1与L组成回路，由于L的自感作用，D1慢慢熄灭，电流反向且减小；综上所述知选项A、C正确．练5

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(

)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【答案】C【解析】闭合开关S，电路稳定后小灯泡正常发光时，如果电感线圈L的电阻比小灯泡A的电阻大，则电感线圈L中的电流IL比小灯泡A中的电流IA小，当开关S断开时，则由于自感现象，电感线圈L和小灯泡A构成回路使电感线圈L和小灯泡A中的电流从IL开始减小，看不到小灯泡闪亮的现象，故C项可能．其他项都会产生闪亮的现象．练6

(2018年济南模拟)如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其电阻忽略不计．下列说法正确的是(

)A．S闭合瞬间，A先亮B．S闭合瞬间，A、B同时亮C．S断开瞬间，B逐渐熄灭D．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭【答案】D【解析】S闭合瞬间，闭合瞬间线圈相当于短路，二极管为反向电流，故电流走B灯泡，则B灯亮，A灯没有电流通过，A灯不亮，故A、B错误；S断开瞬间，B马上熄灭，由于线圈产生自感电动势，电流通过二极管，A闪亮一下，然后逐渐熄灭，所以选项D正确．分析自感现象的两点注意1．通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程，线圈中电流是逐渐变大；断电过程，线圈中电流是逐渐变小，方向不变．此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路．2．断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题的判断，在于对电流大小的分析，若断电后通过灯泡的电流比原来大，则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭．设上述四个过程中通过电阻R的电荷量的大小依次为Q1、Q2、Q3和Q4，则(

)A．Q1＝Q2＝Q3＝Q4

B．Q1＝Q2＝2Q3＝2Q4C．2Q1＝2Q2＝Q3＝Q4

D．Q1≠