2020版高考物理一轮复习 第10章 第2节 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件 新人教版

第十章电磁感应第2节法拉第电磁感应定律自感涡流栏目导航知识点二知识点一课后限时集训010203知识点一法拉第电磁感应定律答案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＝________。闭合电路欧姆电磁感应现象电源电源内阻ER＋r答案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。3．导体切割磁感线的情形(1)若B、l、v相互垂直，则E＝。(2)若B⊥l，l⊥v，v与B夹角为θ，则E＝。Blvsinθ变化率BlvnΔΦΔt[判断正误](1)Φ＝0，ΔΦΔt不一定等于0。()(2)感应电动势E与线圈匝数n有关，所以Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的大小均与线圈匝数有关。()(3)线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大。()(4)法拉第提出了法拉第电磁感应定律。()(5)当导体在匀强磁场中垂直磁场方向运动时(运动方向和导体垂直)，感应电动势为E＝BLv。()√×√×√考法1对感生电动势E＝nΔΦΔt的理解与应用1．关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是()A．穿过线圈的磁通量Φ越大，所产生的感应电动势就越大B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ越大，所产生的感应电动势就越大C．穿过线圈的磁通量的变化率ΔΦΔt越大，所产生的感应电动势就越大D．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0解析答案C[根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小与磁通量的变化率ΔΦΔt成正比，与磁通量Φ及磁通量的变化量ΔΦ没有必然联系。当磁通量Φ很大时，感应电动势可能很小，甚至为0。当磁通量Φ等于0时，其变化率可能很大，产生的感应电动势也会很大。所以只有选项C正确。]2．(2017·天津高考)如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是()A．ab中的感应电流方向由b到aB．ab中的感应电流逐渐减小C．ab所受的安培力保持不变D．ab所受的静摩擦力逐渐减小解析答案D[A错：根据楞次定律，ab中感应电流方向由a到b。B错：根据E＝ΔBΔt·S，因为ΔBΔt恒定，所以E恒定，根据I＝ER＋r知，回路中的感应电流恒定。C错：根据F＝BIl，由于B减小，安培力F减小。D对：根据平衡条件，静摩擦力f＝F，故静摩擦力减小。]3．(2019·大庆模拟)在半径为r、电阻为R的圆形导线框内，以直径为界，左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场。以垂直纸面向外的磁场为正，两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示。则0～t0时间内，导线框中()甲乙A．没有感应电流B．感应电流方向为逆时针C．感应电流大小为πr2B0t0RD．感应电流大小为2πr2B0t0R解析答案C[根据楞次定律可知，左边的导线框的感应电流是顺时针方向，而右边的导线框的感应电流也是顺时针方向，则整个导线框的感应电流方向是顺时针，故A、B错误；由法拉第电磁感应定律，因磁场的变化，导致导线框内产生感应电动势，结合题意可知，产生感应电动势正好是两者之和，即为E＝2×πr2B02t0，再由闭合电路欧姆定律，可得感应电流大小为I＝ER＝πr2B0t0R，故C正确，D错误。][考法指导]应用法拉第电磁感应定律的三种情况1磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则E＝nB·ΔSΔt；2磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则E＝nΔB·SΔt；3磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝nB2S2－B1S1Δt≠nΔB·ΔSΔt。考法2对动生电动势E＝Blv的理解4．(2019·太原模拟)如图所示，一电阻为R的导线弯成边长为L的等边三角形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于闭合回路所在的平面向里。下列对三角形导线框以速度v向右匀速进入磁场过程中的说法正确的是()A．回路中感应电流方向为顺时针方向B．回路中感应电动势的最大值E＝32BLvC．回路中感应电流的最大值I＝32RBLvD．导线所受安培力的大小可能不变解析答案B[在进入磁场的过程中，闭合回路中磁通量增加，根据楞次定律，闭合回路中产生的感应电流方向为逆时针方向，A错误；等效切割磁感线的导线最大长度为Lsin60°＝32L，感应电动势的最大值E＝32BLv，B正确；感应电流的最大值I＝ER＝32RBLv，C错误；在进入磁场的过程中，等效切割磁感线的导线长度变化，产生的感应电动势和感应电流大小变化，根据安培力公式可知，导线所受安培力大小一定变化，D错误。]5.(多选)(2016·全国卷Ⅱ)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是()A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍解析答案AB[由右手定则知，圆盘按如题图所示的方向转动时，感应电流沿a到b的方向流动，选项B正确；由感应电动势E＝12Bl2ω知，角速度恒定，则感应电动势恒定，电流大小恒定，选项A正确；角速度大小变化，感应电动势大小变化，但感应电流方向不变，选项C错误；若ω变为原来的2倍，则感应电动势变为原来的2倍，电流变为原来的2倍，由P＝I2R知，电流在R上的热功率变为原来的4倍，选项D错误。]6．(2019·长春检测)现代人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示。自行车后轮置于垂直于车身平面向里的匀强磁场中，后轮圆形金属盘在磁场中转动时，可等效成一导体棒绕圆盘中心O转动。已知磁感应强度B＝0.5T，圆盘半径l＝0.3m，圆盘电阻不计。导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R＝10Ω的小灯泡。后轮匀速转动时，用电压表测得a、b间电压U＝0.6V。(1)与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？(2)圆盘匀速转动10分钟，则此过程中产生了多少电能？(3)自行车车轮边缘线速度是多少？解析：(1)根据右手定则，轮子边缘点是等效电源的负极，则a点接电压表的负接线柱。(2)根据焦耳定律Q＝U2Rt代入数据得Q＝21.6J。(3)由U＝12Bl2ω得v＝lω＝8m/s。答案：(1)a点接电压表的负接线柱(2)21.6J(3)8m/s[考法指导]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。(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(1)以中点为轴时，E＝0(不同两段的代数和)。(2)以端点为轴时，E＝12Bωl2(平均速度取中点位置的线速度12ωl)。(3)以任意点为轴时，E＝12Bω(l21－l22)(l1l2，不同两段的代数和)。考法3回路中电荷量的求解7.(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则B′B等于()A．54B．32C．74D．2解析答案B[设OM的电阻为R，圆的半径为l，过程Ⅰ：OM转动的过程中产生的平均感应电动势大小为E1＝ΔΦΔt1＝B·ΔSΔt1＝B·14πl2Δt1＝πBl24Δt1，流过OM的电流为I1＝E1R＝πBl24RΔt1，则流过OM的电荷量为q1＝I1·Δt1＝πBl24R；过程Ⅱ：磁场的磁感应强度大小均匀增加，则该过程中产生的平均感应电动势大小为E2＝ΔΦΔt2＝B′－BSΔt2＝B′－Bπl22Δt2，电路中的电流为I2＝E2R＝πB′－Bl22RΔt2，则流过OM的电荷量为q2＝I2·Δt2＝πB′－Bl22R；由题意知q1＝q2，则解得B′B＝32，B正确，A、C、D错误。]8．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变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴上的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计。求0至t1时间内：甲乙(1)通过电阻R1的电流大小和方向；(2)通过电阻R1的电荷量q及电阻R1上产生的热量。解析：(1)由图象分析可知，0到t1时间内ΔBΔt＝B0t0由法拉第电磁感应定律有E＝nΔΦΔt＝nΔBΔt·S而S＝πr22，可得E＝nB0πr22t0由闭合电路欧姆定律有I1＝ER1＋R通过电阻R1的电流大小为I1＝nB0πr223Rt0由楞次定律可判定通过电阻R1的电流方向为从b到a。(2)通过电阻R1的电荷量q＝I1t＝nB0πr22t13Rt0电阻R1上产生的热量Q＝I21R1t1＝2n2B20π2r42t19Rt20。答案：(1)nB0πr223Rt0从b到a(2)nB0πr22t13Rt02n2B20π2r42t19Rt20[考法指导]通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关。推导如下：q＝I－Δt＝nΔΦΔt·R·Δt＝nΔΦR。识点二自感与涡流知答案1．自感现象(1)概念：当一个线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，同样也在它本身激发出感应电动势，这种现象称为自感。由于自感而产生的感应电动势叫作____________。自感电动势(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。答案匝数大小LΔIΔt2．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，安培力的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。答案电磁驱动水的旋涡安培力阻碍感应电流[判断正误](1)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大。()(2)磁场相对于导体棒运动时，导体棒中也可能产生感应电动势。()(3)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。()(4)自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化。()×√√√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I2I1，灯泡“闪亮”后逐渐变暗。两种情况下灯泡中电流方向均改变考法1通电自感现象的分析1.(多选)在如图所示的甲