法拉第电磁感应定律-高二物理新教材基础+巩固+提升三级跳

新教材基础巩固提升三级跳第二章电磁感应2.2法拉第电磁感应定律基础知识知识点梳理：知识点一、感应电动势定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。产生条件不管电路是否闭合，只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，或者导体切割了磁感线，电路中或导体中就会产生感应电动势。3．感应电动势与感应电流的关系（1）等效电源：产生感应电动势的那部分导体相当于电源，其中的电流方向指向等效电源正极，而电源内部的电流方向与电动势方向相同。（2）发生电磁感应时，电路闭合时有感应电流，有感应电动势；电路不闭合时无感应电流，但有感应电动势。（3）电路中感应电流的大小由感应电动势和回路总电阻共同决定。知识点二．法拉第电磁感应定律1．内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。2．表达式：单位：伏特（V）且1V=1Wb/s证明：4．理解（1）感应电动势大小正比于磁通量的变化率，与磁通量及磁通量变化量大小无关。（2）公式中，若取一段时间，则E为内的平均电动势；若 时，则E为瞬时值，故此式多用于求电动势的平均值。知识点三．导体切割磁感线时的感应电动势1．表达式（1）基本公式：，公式中要求B、L、v三者相互垂直。（2）一般表达式： 2．对公式的理解（1）适用条件：导体在匀强磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算。（2）对的理解：公式中为切割磁感线的有效长度，即导线在垂直速度方向的投影长度，如图所示，棒的有效长度为ab间的距离。（3）对v的理解：公式中的v应理解为导体和磁场间的相对速度，当导体不动而磁场运动时，也有感应电动势产生。若v为平均值，E就是平均感应电动势，若v为瞬时值，E就是瞬时感应电动势。知识点四、导体棒转动切割磁感线时的感应电动势如图所示，长为L的导体棒ab以b为圆心、以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，则棒切割磁感线产生的感应电动势可以从两个角度分析：（1）运用计算棒上各点速度不同，平均速度为，代入公式得：（2）运用计算经过的时间，棒扫过的面积为，磁通量的变化量为，代入公式得：知识点五．电磁感应中通过导体电荷量的计算回路中发生磁通量变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向运动而形成电流，在的时间内，迁移的电荷量为：从上式可知，感应电荷量仅有回路电阻、磁通量的变化量和匝数决定，与发生这一变化的时间、速度等其他物理量无关。预习基础：一、判断题1．判断下列说法的正误。（1）在电磁感应现象中，有感应电流，就一定有感应电动势；反之，有感应电动势，就一定有感应电流。_________（2）线圈中磁通量的变化量ΔΦ越小，线圈中产生的感应电动势一定越小。_________（3）线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大。_________（4）线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大。_________（5）闭合电路置于磁场中，当磁感应强度很大时，感应电动势可能为零；当磁感应强度为零时，感应电动势可能很大。_________二、填空题2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家______发现了电磁感应现象。3．如图所示，桌面上放有一只10匝线圈，线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体．当磁体竖直向下运动时，穿过线圈的磁通量将______（选填“变大”或“变小”），在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化0.1Wb，经历的时间为0.5s，则线圈中的感应电动势为__V．4．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。在0～2s时间内，I的最大值为________A，前2s内，通过线圈某截面的总电荷量为________C。5．如图所示，为固定在水平面内的光滑闭合金属导轨，、处分别接有阻值的短电阻丝（图中用粗线表示），导轨其它部分电阻不计。导轨的形状满足（单位：）。匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度。一足够长、阻值不计的金属棒在水平外力作用下，时刻以水平向右的恒定速度从导轨上点滑动到点，棒与导轨接触良好且始终保持与导轨垂直。在此过程，当______时，回路中感应电动势最大。若回路中热功率为，则___________。6．如图所示为某人设计的一个汽车“再生能源装置”原理简图，在车厢底部靠近车轮处固定永久磁铁，刹车时接通装在车轮上的线圈，将汽车的一部分动能转化为电能储存起来。图中五个扇形区域匀强磁场的磁感应强度均为B，五个形状与磁场边界形状完全相同的线圈对称地固定在车轮内侧，已知车轴到线圈内侧的距离为r1，到线圈外侧的距离为r2，车轮的半径为R。若刹车过程中的某时刻车速大小为v，则此时车轮转动的角速度为___________，某个线圈进入或者出磁场时产生的电动势大小为___________。巩固所学三、单选题7．发电的基本原理是电磁感应现象，发现电磁感应现象的科学家是（）A．奥斯特 B．赫兹 C．麦克斯韦 D．法拉第8．如图所示，用一根光滑金属导线制成圆弧状导轨MN，竖直放置在垂直纸面向里的水平匀强磁场中。OC是一根绕垂直于纸面的O轴转动的金属杆，并始终可以在导轨上滑动。当OC从M点无初速释放后下列说法中不正确的是（）

A．由于无摩擦存在，可在导轨上一直往复运动下去B．由于无摩擦存在，摆动幅度不变，机械能守恒C．摆动中OC杆总受到阻碍它运动的磁场力D．摆动中OC杆不受到阻碍它运动的磁场力9．如图甲所示，光滑“∠”形金属支架ABC固定在水平面上，支架处在垂直于水平面向下的匀强磁场中，一金属导体棒EF放在支架上，用一轻杆将导体棒与墙固定连接，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，取垂直于水平面向下为正方向，则下列说法中正确的是（）A．t1时刻轻杆对导体棒的作用力最大B．t2时刻轻杆对导体棒的作用力最大C．t2到t3时间内，轻杆对导体棒的作用力先增大后减小D．t2到t4时间内，轻杆对导体棒的作用力方向不变10．如图甲、乙、丙中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面（即纸面）向里的匀强磁场中，导轨足够长。现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下关于导体棒ab的运动状态，下列说法正确的是（）A．图甲中，ab棒先做匀减速运动，最终做匀速运动B．图乙中，ab棒先做加速度越来越大的减速运动，最终静止C．图丙中，ab棒先做初速度为v0的变减速运动，然后反向做变加速运动，最终做匀速运动D．三种情形下导体棒ab最终都匀速运动11．如图所示，一长直导线通有电流，式中，为常量；一个有滑动边的矩形导线框与长直导线平行且共面，两者相距a，矩形线框的滑动边与长直导线垂直，其长度为b，它以匀速v平行于长直导线滑动。若忽略线框中的自感电动势，并设开始时滑动边与对边重合，求任意时刻t矩形线框内的感应电动势。（）A． B．C． D．四、多选题12．在两条间距为l、足够长光滑平行水平导轨所在空间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R的铜棒ab垂直跨放在导轨上，同种材料的铜棒cd横截面积是ab的两倍，长度与ab相同，cd静止在ab左侧，如图所示，两棒相距，与导轨始终垂直且接触良好。若给ab棒一个水平向右的初速度，导轨电阻不计，则下列说法正确的是（）A．两棒受到的安培力总是大小相等 B．两棒的电功率总是相等C．通过ab的最大电荷量为 D．cd的最大电功率为13．如图所示，两根粗糙的金属导轨平行放置在倾角为的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计。斜面处在竖直向上的匀强磁场中，质量为m的金属棒ab垂直放置在导轨上且始终与导轨接触良好，金属棒电阻不计，金属棒沿导轨减速下滑，在下滑h高度的过程中，它的速度由减小到v，则下列说法正确的是（）A．作用在金属棒上的合力做的功为B．金属棒重力势能的减少量等于系统产生的电能C．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．金属棒机械能减少量为能力提升五、实验题14．实验：探究影响感应电流方向的因素（1）实验原理a.由电流表指针偏转方向与电流方向的关系，找出感应电流的方向。b.通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系。（2）实验器材条形磁体，螺线管，电流表，导线若干，滑动变阻器，开关，干电池，电池盒。（3）实验过程a.探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系。实验电路如图甲、乙所示：结论：电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏。（指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的）b.探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向（i）按图连接电路，明确螺线管的绕线方向。（ii）按照控制变量的方法分别进行N极（S极）向下插入线圈和N极（S极）向下时抽出线圈的实验。（iii）观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量大小变化情况，并将结果填入表格。甲乙丙丁条形磁体运动的情况N极向下插入线圈S极向下插入线圈N极朝下时抽出线圈S极朝下时抽出线圈原磁场方向（“向上”或“向下”）穿过线圈的磁通量变化情况（“增加”或“减少”）感应电流的方向（在螺线管上方俯视）逆时针顺时针顺时针逆时针感应电流的磁场方向（“向上”或“向下”）原磁场与感应电流磁场方向的关系（iiii）整理器材。（4）结果分析根据上表记录，得到下述结果：甲、乙两种情况下，磁通量都___________，感应电流的磁场方向与原磁场方向___________，阻碍磁通量的增加；丙、丁两种情况下，磁通量都___________，感应电流的磁场方向与原磁场方向___________，阻碍磁通量的减少。实验结论：感应电流具有这样的方向，即___________总要___________引起感应电流的___________。（5）注意事项a.确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。b.电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。c.实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。d.按照控制变量的思想进行实验。e.完成一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作。六、解答题15．如图，水平U形光滑框架，宽度为1m，电阻忽略不计，导体棒ab的质量m=0.2kg、电阻R=0.5Ω，匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，方向垂直框架向上。现用F=1N的外力由静止开始向右拉ab棒，当ab棒向右运动的距离为d=0.5m时速度达到2m/s，求此时：（1）ab棒产生的感应电动势的大小；（2）ab棒的电流；（3）ab棒所受的安培力；16．有一个1000匝的线圈，在内穿过每匝线图的磁通量从增加到，求线圈中的感应电动势。如果线圈的电阻是，把它跟一个电阻值为的电阻串联组成闭合回路时，通过该电阻的电流是多大？17．如图所示，若轨道左端接一电容器，电容器的电容为C，导体棒在恒定水平外力F作用下，从静止开始运动，导轨与棒间的动摩擦因数为μ，写出导体棒的速度大小随时间变化的关系式。参考答案：1．

错误

错误

错误

正确

正确【来源】2021人教版选择性必修第二册第二章2.2法拉第电磁感应定律导学案【解析】略2．法拉第【来源】2021人教版必修第三册第十三章13.3电磁感应现象及应用导学案【详解】略3．

变大

2【来源】2015-2016学年江苏省南通市如皋市高二期末物理卷【详解】在磁体竖直向下落时，穿过线圈的磁感应强度增大，故磁通量变大；由法拉第电磁感应定律可得：．4．

0.01

0.01【来源】2023版导与练一轮总复习（鲁科）第十一章小专题（十七）电磁感应中的电路、电荷量和图像问题（练）【详解】[1]0～2s时间内，t=0时刻磁感应强度变化率最大，感应电流最大，有[2]前2s内通过线圈某截面的电荷量5．

3

1或5【来源】上海市洋泾中学2021-2022学年高二下学期3月第一次月考物理试题【详解】[1]金属棒产生的电动势为可知当时，回路中感应电动势最大，且为[2]回路中的总电阻为回路中的电流为回路中的瞬时热功率为当回路中热功率为时，可得解得或即或6．

【来源】2023版导与练一轮总复习（鲁科）第十一章第2讲法拉第电磁感应定律涡流、互感和自感（讲）【详解】[1][2]以车轴为参考系，车轮边缘的线速度为v，因此转动的角速度某个线圈进入或者出磁场时产生的电动势大小为联立得7．D【来源】广西桂林市龙胜各族自治县龙胜中学2021-2022学年高二下学期期中物理试题（理）【详解】发电的基本原理是电磁感应现象，发现电磁感应现象的科学家是法拉第。故选D。8．C【来源】辽宁省阜蒙县育才高中2021-2022学年高二下学期期末考试复习物理试题【详解】A．由于导线没有闭合，故杆在转动中切割磁感线，没有产生感应电流，故导线不受安培力，也没有摩擦力，故可以在导轨上一直运动下去，A正确；B．由于没有重力之外的其他力做功，杆的机械能守恒，摆的幅度不变，B正确；C．由A项分析可知，杆不受磁场力作用，C错误；D．由A项分析可知，杆不受磁场力作用，D正确．故选C。9．C【来源】2020版三维设计二轮复习专题限时集训11电磁感应定律及其应用【详解】A．由法拉第电磁感应定律可得可知t1时刻，E=0故导体棒受到的安培力为0，轻杆对导体棒的作用力为0，A错误；B．t2时刻磁感应强度的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，但由于磁感应强度为0，导体棒受到的安培力为0，轻杆对导体棒的作用力为0，B错误；C．t2到t3时间内，感应电流逐渐减小，而磁感应强度逐渐增大，导致导体棒受到的安培力先增大后减小，所以轻杆对导体棒的作用力先增大后减小，C正确；D．t2到t4时间内，磁感应强度方向不变，而感应电流方向有发生改变，故导体棒受到的安培力方向改变，则轻杆对导体棒的作用力方向改变，D错误。故选C。10．C【来源】专题68电磁感应现象中的含容电路和双棒问题-2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训【详解】A．题图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，由于充电电流不断减小，安培力减小，则导体棒做变减速运动，当电容器C极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，ab棒不受安培力，向右做匀速运动，故A错误；B．题图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，导体棒受向左的安培力而做减速运动，随速度的减小，电流减小，安培力减小，加速度减小，最终ab棒静止，故B错误；C．题图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做变减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做变加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向左做匀速运动，故C正确；D．由以上分析可知，故D错误。故选C。11．B【来源】清北学堂2022年高校强基校测笔试物理学科模拟试题【详解】磁通量感应电动势为故选B。12．AD【来源】2021届山东省济南市历城第二中学高三下学期新高考模拟压轴物理试题（一）【详解】A．、组成回路，电流相等，处在同一磁场中，因此安培力等大反向，故A正确；B．横截面积是的两倍，因此电阻为，由可知的电功率是的两倍，故B错误；C．由于两棒安培力等大反向，系统所受合外力为零，动量守恒，最终两棒速度相等为v，即有其中的质量由动量定理对有而通过棒的电荷量解得故C错误；D．棒的电功率当、时有最大值，且故D正确。故选AD。13．CD【来源】甘肃省庆阳市华池县第一中学2021-2022学年高二下学期期末物理试题【详解】A．根据题意，由动能定理得，作用在金属棒上的合力做的功故A错误；BD．根据题意可知，金属棒下滑过程中，重力势能减少了，动能减少了则金属棒机械能的减少量为设金属棒下滑过程中，因摩擦产生的热为，系统产生的电能为，根据能量守恒定律有则因不能确定动能减少量和摩擦产生的热的关系，故不能确定重力势能减少量和产生的电能关系，故B错误D正确；C．根据题意可知，导轨和金属棒的电阻不计，则金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，故C正确。故选CD。14．

增加

相反

减少

相同

感应电流的磁场

阻碍

磁通量的变化【来源】2.1.1实验：探究影响感应电流方向的因素课前预习【详解】将表格内容完善：甲乙丙丁条形磁体运动的情况N极向下插入线圈S极向下插入线圈N极朝下时抽出线圈S极朝下时抽出线圈原磁场方向（“向上”或“向下”）向下向上向下向上穿过线圈的磁通量变化情况（“增加