2025版高考物理全程一轮复习第十二章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感现象学案

第2讲法拉第电磁感应定律自感现象课程标准素养目标1.通过实验，理解法拉第电磁感应定律．2.通过实验，了解自感现象和涡流现象．3.能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用．物理观念：法拉第电磁感应定律、涡流、电磁驱动、电磁阻尼、自感现象、互感现象．科学思维：利用磁场、磁感线等模型综合分析电磁感应问题，从能量角度利用楞次定律分析问题，从动量角度分析电磁感应类问题．考点一法拉第电磁感应定律的理解与应用【必备知识·自主落实】1．感应电动势(1)概念：在____________现象中产生的电动势．(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．在电源内部由负极指向正极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＝nΔΦΔt，其中n感应电动势与匝数有关，ΔΦΔt与匝数无关(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＝ER+r【关键能力·思维进阶】1．法拉第电磁感应定律的理解(1)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ΔΦΔt共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ(2)磁通量的变化率ΔΦΔt对应Φ­t2．应用法拉第电磁感应定律时应注意的两个问题(1)公式E＝nΔΦΔt(2)利用公式E＝nSΔBΔt求感应电动势时，S例1[2023·湖北卷]近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大．如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0cm、1.2cm和1.4cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘．若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103T/s，则线圈产生的感应电动势最接近()A．0.30VB．0.44VC．0.59VD．4.3V例2[2023·天津卷]如图，有一正方形线框静止悬挂着，其质量为m、电阻为R、边长为l.空间中有一个三角形磁场区域，其磁感应强度大小为B＝kt(k>0)，方向垂直于线框所在平面向里，且线框中磁场区域的面积为线框面积的一半，已知重力加速度为g，求：(1)感应电动势E；(2)线框开始向上运动的时刻t0.考点二导体棒切割磁感线产生感应电动势【必备知识·自主落实】导体切割磁感线的情形(1)若B、l、v相互垂直，则E＝Blv．v是导体相对磁场的速度(2)v∥B时，E＝0.(3)公式中l为有效长度，示例图：【关键能力·思维进阶】1．感应电动势大小计算切割方式表达式垂直切割E＝Blv倾斜切割E＝Blvsinθ，其中θ为v与B的夹角旋转切割(以一端为轴)E＝12Bl2ω2.感应电动势“方向”判断(1)把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路，那部分导体相当于电源．(2)若电路是不闭合的，则先假设有电流通过，然后应用楞次定律或右手定则判断出电流的方向．(3)电源内部电流的方向是由负极(低电势)流向正极(高电势)，外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低．考向1导体棒平动切割磁感线例3如图所示，水平面内光滑的平行长直金属导轨间距为L，左端接电阻R，导轨上静止放有一金属棒．正方形虚线框内有竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场，该磁场正以速度v匀速向右移动，则()A．电阻R两端的电压恒为BLvB．电阻R中有从a向b的电流C．导体棒以速度v向左运动D．导体棒也向右运动，只是速度比v小考向2导体棒转动切割磁感线例4[2023·江苏卷]如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OC导体棒的O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘．现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动．O、A、C点电势分别为φO、φA、φC，则()A．φO>φCB．φC>φAC．φO＝φAD．φO－φA＝φA－φC例5(多选)[2024·广东汕头统考三模]如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机．利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙．已知铜盘的半径为L，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为ω，每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为B2的匀强磁场．下列选项正确的是()A．若圆盘按照图示方向转动，那么平行板电容器D板电势高B．铜盘产生的感应电动势为E感＝12B1ωLC．若一电子从电容器两板中间水平向右射入，恰能匀速直线运动从右侧水平射出，则电子射入时速度为v＝BD．若有一带负电的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动又恰好从极板右侧射出，则小球的圆周运动半径为5d考点三自感和涡流电磁阻尼与电磁驱动【必备知识·自主落实】1．自感现象(1)概念：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的________的磁场在线圈本身激发出________，这种现象称为自感．(2)自感电动势满足法拉第电磁感应定律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L①相关因素：与线圈的________、形状、匝数以及是否有铁芯有关．②单位：亨利(H)，1mH＝________H，1μH＝10－6H．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感应电流，这种电流，看起来就像水中的漩涡，所以叫涡流．3．电磁阻尼与电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力效果安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动能量转化导体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能，而对外做功相同点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【关键能力·思维进阶】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)通电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．2．自感现象中灯泡“闪亮”与“不闪亮”的原因项目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考向1自感现象例6[2023·北京卷]如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关()A．P与Q同时熄灭B．P比Q先熄灭C．Q闪亮后再熄灭D．P闪亮后再熄灭例7(多选)[2024·湖南校联考模拟预测]相同的电灯A1、A2和自感系数较大的电感线圈L接入如图甲的电路中，电源电动势为E，内阻不计．闭合开关S待电路稳定后开始计时，t1时刻断开开关S，t2时刻整个电路的电流均为零．t1前后通过电灯A2的电流—时间(iA2­t)图像如图乙，用I1和I2分别表示开关S断开瞬间通过电灯A2的电流大小．下列说法正确的是()A．电感线圈的直流电阻不可忽略B．断开开关S后，电灯A1、A2电流大小始终相等C．断开开关S后，流过电灯A2的电流方向向左D．线圈的自感系数是由线圈本身决定，与是否有铁芯无关考向2涡流现象例8[2023·全国乙卷]一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验．用图(a)所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通．两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端．实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示，分析可知()A.图(c)是用玻璃管获得的图像B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短考向3电磁阻尼和电磁驱动例9[2023·浙江1月]如图甲所示，一导体杆用两条等长细导线悬挂于水平轴OO′，接入电阻R构成回路．导体杆处于竖直向上的匀强磁场中，将导体杆从竖直位置拉开小角度θ静止释放，导体杆开始下摆．当R＝R0时，导体杆振动图像如图乙所示．若横纵坐标皆采用图乙标度，则当R＝2R0时，导体杆振动图像是()第2讲法拉第电磁感应定律自感现象考点一必备知识·自主落实1．(1)电磁感应(2)磁通量无关(3)楞次定律右手定则2．(1)变化率(3)欧姆关键能力·思维进阶例1解析：根据法拉第电磁感应定律可知E＝ΔΦΔt＝ΔBSΔt＝103×(1.02＋1.22＋1.42故选B.答案：B例2解析：(1)根据法拉第电磁感应定律有E＝nΔΦ又n＝1，ΔΦΔt＝ΔBΔt·S＝kS，S解得E＝kl(2)根据闭合电路欧姆定律可知线框中的感应电流为I＝E结合安培力的公式和题图可知线框受到的安培力为FA＝BIl又B＝kt(k＞0)联立可得线框受到的安培力为FA＝k当线框开始向上运动时，有k2l解得t0＝2mgR答案：见解析考点二关键能力·思维进阶例3解析：根据楞次定律，磁场正以速度v匀速向右移动，磁通量减小，则导体棒也向右运动，阻碍磁通量的减小，但由于要产生感应电流，棒的速度比v小，C错误，D正确；由此可认为磁场不动棒向左切割，感应电流方向从b向a流过R，B错误；产生感应电动势的大小看棒与磁场的相对速度，故电阻R两端的电压小于BLv，A错误．故选D.答案：D例4解析：由题图可看出OA导体棒转动切割磁感线，则根据右手定则可知φO>φA，其中导体棒AC段不在磁场中，不切割磁感线，电动势为零，该段为等势体，则φC＝φA，A正确，B、C错误；根据以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，则φO－φA>φA－φC，D错误．故选A.答案：A例5解析：根据右手定则可得，C极板带正电，电势高，故A错误．根据电磁感应方程得E感＝B1L0+ωL2＝12B1ωL2，故B正确．由于电子匀速运动，受力平衡，由evB2＝eE感d，得v＝B1ωL22B2d，故C正确．带电小球恰能从右板边缘射出，如图所示，由几何关系可得R2＝d答案：BCD考点三必备知识·自主落实1．(1)变化感应电动势(2)自感电动势LΔIΔt(3)大小10关键能力·思维进阶例6解析：由题知，开始时，开关S闭合时，由于L的电阻很小，Q灯正常发光，P灯微亮，断开开关前通过Q灯的电流远大于通过P灯的电流，断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄灭，由于自感，L中产生感应电动势，与P组成闭合回路，故P灯闪亮后再熄灭．故选D.答案：D例7解析：因为相同的电灯A1、A2，电路稳定，由图像可知通过电感线圈L支路的电流小于通过电灯A2支路的电流，所以电感线圈的直流电阻不可忽略，A正确；稳定后当开关S断开瞬间，由于线圈的自感现象，线圈中的电流只能逐渐减小，线圈L、电灯A1、A2构成闭合回路，两灯都过一会儿再熄灭，电灯A1、A2电流大小始终相等，且流过灯A2的电流方向向右，故B正确，C错误；有铁芯时线圈的自感系数比没有铁芯时要大得多，D错误．故选AB.答案：AB例8解析：强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体，故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流．强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，故由图像可知图(c)的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确；在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误；在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，