2025高考物理总复习法拉第电磁感应定律及其应用

第2讲法拉第电磁感应定律及其应用高考总复习2025考点一法拉第电磁感应定律强基础•固本增分一、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

。

在电源内部由负极指向正极3.方向判断:感应电动势的方向用

或_________________

判断。

电磁感应现象磁通量无关楞次定律右手定则二、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。

感应电动势与匝数有关2.公式:,其中n为线圈匝数。3.感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的

定律,即I=

。

磁通量的变化率欧姆三、导体切割磁感线的情形v是导体相对磁场的速度

切割方式电动势表达式说明平动切割E=BLv①导体棒与磁场方向垂直②速度v与磁场垂直③磁场为匀强磁场转动切割(以一端为轴)E=

√××√阅读并思考人教版选择性必修第二册第30页“做一做”,完成下面高考题:(多选)(2023全国甲卷)一有机玻璃管竖直放在水平地面上,管上有漆包线绕成的线圈,线圈的两端与电流传感器相连,线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布,下部的3匝也均匀分布,下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离,如图甲所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落,电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图乙所示。则()A.小磁体在玻璃管内下降速度越来越快B.下落过程中,小磁体的N极、S极上下颠倒了8次C.下落过程中,小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D.与上部相比,小磁体通过线圈下部的过程中,磁通量变化率的最大值更大AD解析

由题图乙可得,感应电流的峰值越来越大,说明感应电动势越来越大,小磁体在玻璃管内下降的速度越来越快,选项A正确;下落过程中,小磁体在接近、远离线圈的时候,电流的方向不断变化,并不是小磁体的N极、S极上下颠倒,选项B错误;感应电流的峰值越来越大,小磁体受到的电磁阻力不断变化,选项C错误;与线圈上部相比,小磁体通过线圈下部的过程中,感应电流的峰值更大,说明磁通量变化率的最大值更大,选项D正确。研考点•精准突破考向一

法拉第电磁感应定律的理解及应用1.对法拉第电磁感应定律的理解(1)公式E=n求解的是一个回路中某段时间内的平均感应电动势;如果磁通量均匀变化,则感应电动势为恒定值,瞬时值等于平均值。(2)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率

共同决定,而与磁通量Φ的大小、磁通量变化量ΔΦ的大小没有必然联系。(3)磁通量的变化率

对应Φ-t图像上某点切线的斜率。2.法拉第电磁感应定律的三种变形表达式

典题1(2023湖北襄阳模拟)将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈,其中大圆面积为S1,小圆面积为S2,不规则形状的面积为S3,垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场,磁感应强度大小B=B0+kt,B0和k均为大于零的常量。则线圈中总的感应电动势大小为(

)A.k(S3-S2) B.k(S3+S1-S2)C.k(S3-S1-S2) D.k(S3+S2-S1)B解析

按线圈绕向可以将线圈分成两部分,不规则部分和大圆部分产生的感应电动势叠加,大小为E1=(S3+S1)=k(S3+S1),小圆部分产生的感应电动势的方向与不规则部分产生的感应电动势相反,大小为E2=S2=kS2,则线圈产生的总的感应电动势大小为E=E1-E2=k(S3+S1-S2),故选B。指点迷津可类比线圈产生感应电动势的规律,用安培定则判断产生的感应电动势是相互叠加还是相互削弱。典题2(2024七省适应性测试江西物理)柔性可穿戴设备导电复合材料电阻率的测量需要使用一种非接触式传感器。如图甲所示,传感器探头线圈置于被测材料上方,给线圈通如图乙所示的正弦式交变电流,图甲传感器电路中所示电流方向为电流正方向。在

时间内关于涡流的大小和方向(俯视),下列说法正确的是(

)A.不断增大,逆时针B.不断增大,顺时针C.不断减小,逆时针D.不断减小,顺时针D考向二

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:本公式要求磁场为匀强磁场,而且B、l、v三者互相垂直。(2)有效性:公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。如图所示,导体棒的有效长度为ab间的距离。(3)相对性:E=Blv中的速度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。2.导体转动切割磁感线产生感应电动势的情况若长为L的导体棒在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,则(1)以中点为轴时,E=0(不同两段的电动势的代数和)。典题3(多选)半径为a、右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0。圆环水平固定放置,整个内部区域分布着方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终与圆环保持良好接触,从杆经过圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,如图所示。则(

)AC典题4(2024海南海口开学考试)如图所示,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l,下列判断正确的是(

)A.Ua>Uc,金属框中无电流B.Ub>Uc,金属框中电流方向为a→b→c→aC.Ubc=-Bl2ω,金属框中无电流D.Uac=Bl2ω,金属框中电流方向为a→c→b→aC解析

当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,穿过金属框abc的磁通量始终为零,所以金属框abc中无感应电流产生,B、D错误;对于边ac来说,其在切割磁感线,故边ac会产生感应电动势,根据右手定则可知,其c点的电势大于a点的电势,即Ua<Uc,A错误;对于边bc来说,其在切割磁感线,故边bc会产生感应电动势,根据右手定则可知,其c点的电势大于b点的电势,故Ubc是负值,而边bc切割磁感线为旋转切割,根据公式有

C正确。考点二自感和涡流电磁阻尼和电磁驱动强基础•固本增分一、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作

。

(2)表达式:E=

。

3.自感系数L相关因素:与线圈的

、形状、

以及是否有铁芯等有关。

二、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

,这种电流看起来像水中的漩涡,所以叫涡流。

电流自感电动势大小匝数感应电流三、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,安培力总是

导体的运动。

四、电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生

使导体受到安培力而运动起来。

阻碍感应电流×√×√研考点•精准突破1.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。2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题

比较项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。两种情况下灯泡中电流方向均改变3.电磁阻尼与电磁驱动两者都是电磁感应现象,都遵循楞次定律,都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动。考向一

自感典题5(2023天津南开模拟)教材中演示自感现象的两个电路图如图甲、乙所示,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终灯A2与灯A3的亮度相同。下列说法正确的是(

)A.图甲中,灯A1与L1的直流电阻值相同B.图甲中,闭合开关S1,电路稳定后,通过灯A1的电流大于通过L1的电流C.图乙中,变阻器R与L2的直流电阻值相同D.图乙中,闭合开关S2瞬间,通过L2的电流与通过变阻器R的电流相等C解析

断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗,说明闭合开关S1后,待电路稳定时,通过L1的电流大于通过灯A1的电流,且灯A1与L1是并联关系,电压相等,所以灯A1的阻值比L1的大,A、B错误;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终灯A2与灯A3的亮度相同,两灯电阻相同,所以变阻器R与L2的电阻值相同,C正确;闭合开关S2瞬间,L2对电流有阻碍作用,所以通过L2的电流与通过变阻器R的电流不相等,D错误。考向二

涡流典题6(多选)工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术的原理图如图甲所示。其原理是用通电线圈使物件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的改变,从而获得物件内部是否断裂及断裂位置的信息。一个由带铁芯的线圈L、开关S和电源连接起来的跳环实验装置如图乙所示,将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中,闭合开关S的瞬间,套环将立刻跳起。对以上两个实例的理解正确的是(

)A.涡流探伤技术运用了电流的热效应,跳环实验演示了自感现象B.能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料C.涡流探伤时接的是交变电流,跳环实验装置中接的是直流电D.以上两个实例中的线圈所连接的电源也可以都是恒压直流电源答案

BC

解析

涡流探伤技术的原理是用通电线圈使物件内产生涡流,借助探测线圈测定涡流的改变;跳环实验中线圈接在直流电源上,闭合开关的瞬间,穿过套环的磁通量改变,套环中产生感应电流,会跳起,演示了楞次定律,A错误;无论是涡流探伤技术,还是演示楞次定律,都需要产生感应电流,而感应电流的产生需在导电材料内,B正确;涡流探伤时,是探测器中通过交变电流,产生变化的磁场,当金属处于该磁场中时,该金属中会感应