（新课标）2020高考物理一轮复习 10.2 法拉第电磁感应定律课件 新人教版

10．2法拉第电磁感应定律知识清单考点整合集中记忆一、感应电动势定义：在电磁感应现象中产生的电动势．产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关．方向判断：产生感应电动势的那部分导体相当于电源，其感应电流方向指向电源正极．二、法拉第电磁感应定律内容：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变化率成正比．公式：E＝nΔΦΔt.三、导体切割磁感线时的感应电动势导体平动切割：垂直切割时，E＝Blv.不垂直切割时，用垂直分速度计算．导体转动切割：导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直磁感线方向匀速转动，产生的感应电动势E＝Blv＝12Bl2ω.四、自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动自感(1)自感现象：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象．(2)自感电动势方向：自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(3)自感电动势大小：E＝LΔIΔt.(4)自感系数L：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关，单位：亨利(H)．涡流：金属块放在变化磁场中，或在磁场中运动时，金属块内产生的旋涡状感应电流．电磁阻尼：导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到的安培力，总是阻碍导体的相对运动．电磁驱动：磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到的安培力，使导体随磁场运动起来．考点讲练考点突破针对训练考点一法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt的应用1．决定感应电动势大小的因素(1)穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt.(2)线圈的匝数n.2．计算感应电动势的三种类型(1)S不变，B变化：E＝nΔBΔtS.(2)B不变，S变化：E＝nBΔSΔt.(3)B和S均变化：E＝nB2S2－B1S1Δt≠nΔB·ΔSΔt.(见练3)3．计算电磁感应中的电荷量通过回路截面的电荷量q＝IΔt＝nΔΦΔtRΔt＝nΔΦR，q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R有关，与时间长短无关．(2018·莆田模拟)(多选)如图甲所示，边长为L的正方形单匝线框水平放置，左侧一半置于沿竖直方向的匀强磁场中，线框的左侧接入电阻R，右侧接入电容器，电容器的电容为C，其余电阻不计．若磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定竖直向下为正方向)，则在0～2t0时间内()A．电容器a板带负电B．线框中磁通量变化为零C．线框中产生的电动势为B0L22t0D．电路稳定后，电容器所带的电荷量CB0L22Rt0【答案】ACD【解析】A项，依据楞次定律，结合规定竖直向下为正方向，则在t0时间前，线圈的感应电流方向逆时针方向，当t0时间后，线圈的感应电流方向仍为逆时针方向，依据电源内部电流方向由负极到正极，因此电容器a板带负电，故A项正确；B项，根据穿过线圈的磁通量分清正反面，因此线框中磁通量变化为两种情况的之和，即不为零，故B项错误；C、D两项，根据法拉第电磁感应定律，线框中产生的电动势为E＝ΔBΔt·L22＝B0L22t0，电路稳定后，电容器所带的电荷量Q＝CE＝CB0L22Rt0，故C、D两项正确．(2018·课标全国Ⅰ)如图，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【答案】B【解析】设圆的半径为R，金属杆从Q到S的过程中：ΔΦ＝BΔS＝14BπR2根据法拉第电磁感应定律有：E1＝ΔΦΔt1＝π4BR2Δt1设回路的总电阻为r，第一次通过线圈某一横截面的电荷量为：q1＝I1Δt1＝E1rΔt1＝πBR24r①磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′的过程中设时间为Δt2，ΔΦ′＝π2(B′－B)R2第二次通过线圈某一横截面的电荷量为：q2＝I2Δt2＝ΔΦ′r＝π（B′－B）R22r②由题，q1＝q2③联立①②③可得：B′B＝32.故B项正确，A、C、D两项错误．(2016·课标全国Ⅲ)如图所示，两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内，其左端接一阻值为R的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1＝kt，式中k为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN(虚线)与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里．某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动，在t0时刻恰好以速度v0越过MN，此后向右做匀速运动．金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计．求：(1)在t＝0到t＝t0时间间隔内，流过电阻的电荷量的绝对值；(2)在时刻t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小．【解析】(1)在金属棒未越过MN之前，t时刻穿过回路的磁通量为Φ＝ktS①设在从t时刻到t＋Δt的时间间隔内，回路磁通量的变化量为ΔΦ，流过电阻R的电荷量为Δq.由法拉第电磁感应定律有E＝ΔΦΔt②由欧姆定律有i＝ER③由电流的定义有i＝ΔqΔt④联立①②③④式得|Δq|＝kSRΔt⑤在t＝0到t＝t0的时间间隔内，流过电阻R的电荷量q的绝对值为|q|＝kt0SR⑥(2)当tt0时，金属棒已越过MN做匀速运动，有f＝F⑦f是外加水平恒力，F是安培力．设此时回路中的电流为I，F的大小为F＝B0Il⑧此时金属棒与MN之间的距离为s＝v0(t－t0)⑨匀强磁场穿过回路的磁通量为Φ′＝B0ls⑩回路的总磁通量为Φt＝Φ＋Φ′⑪由①⑨⑩⑪式得，在时刻t(tt0)穿过回路的总磁通量为Φt＝B0lv0(t－t0)＋kSt⑫在t到t＋Δt的时间间隔内，总磁通量的改变ΔΦt为ΔΦt＝(B0lv0＋kS)Δt⑬由法拉第电磁感应定律得，回路感应电动势的大小为Et＝|ΔΦtΔt|⑭由欧姆定律有I＝EtR⑮联立⑦⑧⑬⑭⑮式得f＝(B0lv0＋kS)B0lR⑯注意事项(1)在关系式B＝kt和图像B－t中，k＝ΔBΔt是图像的斜率．(2)在公式E＝nSΔBΔt中，S为线圈在磁场范围内的有效面积．考点二导体切割磁感线公式E＝Blv的应用1．感应电动势两个公式的比较公式E＝nΔΦΔtE＝Blv研究对象闭合回路切割磁感线的导体适用范围普遍适用导体切割磁感线研究内容常用于求平均电动势既可求平均值也可求瞬时值联系在切割时(B不变，S变)，由E＝nΔΦΔt推导出E＝Blv2.E＝Blv的四个特性(1)正交性：B、l、v三者相互垂直，不相互垂直时，应取垂直的分量进行计算．(2)瞬时性：当v或l变化时，用E＝Blv计算感应电动势的瞬时值，(3)相对性：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．(4)有效性：l为导体切割磁感线的有效长度，即导体在与v垂直的方向上的投影长度，下图中有效长度分别为：甲图：l＝cdsinβ；乙图：沿v1方向运动时，l＝MN；沿v2方向运动时，l＝0.丙图：沿v1方向运动时，l＝2R；沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R.(2018·河南二模)(多选)如图所示，光滑水平面上两虚线之间区域内存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B.边长为a的正方形导线框PQMN沿图示速度方向进入磁场，当对角线PM刚进入磁场时线框的速度大小为v，方向与磁场边界成45°角，若线框的总电阻为R，则PM刚进入磁场时()A．线框中的感应电流为BavRB．线框所受安培力大小为2B2a2vRC．线框所受安培力大小为B2a2vRD．NM两端的电压为Bav4【答案】AB【解析】A项，PM刚进入磁场时有效的切割长度等于a，产生的感应电动势为E＝Bav，感应电流为I＝ER＝BavR，故A项正确．B、C两项，NM边所受的安培力大小为F1＝BIa＝B2a2vR，方向垂直NM向下．PN边所受的安培力大小为F2＝BIa＝B2a2vR，方向垂直PN向下，线框所受安培力大小F＝F12＋F22＝2B2a2vR.故B项正确，C项错误．D项，NM两端的电压是路端电压，为U＝I·34R＝3Bav4R，故D项错误．(2018·课标全国Ⅱ)如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下，一边长为32l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动，线框中感应电流i随时间变化的正确图线可能是()【答案】D【解析】设磁感应强度为B，线圈的速度为v、电阻为R；如果某时刻左边位于方向向外的磁场中、右边位于方向向里的磁场中，此时两边都切割磁感应线，产生的感应电动势为：E1＝2bLv，根据电流为：i1＝E1R＝2BLvR，根据右手定则可知电流方向为顺时针；当左右两边都处于方向相同的磁场中时，感应电动势为零，感应电流为零；当左边位于方向向里的磁场中、右边位于方向向外的磁场中，此时两边都切割磁感应线，产生的感应电动势为：E2＝2bLv，根据电流为：i2＝E2R＝2BLvR，根据右手定则可知电流方向为逆时针．故D项正确、A、B、C三项错误．(2018·成都模拟)(多选)如图图甲，间距L＝1m且足够长的光滑平行金属导轨cd、ef固定在水平面(纸面)上，右侧cf间接有R＝2Ω的电阻，垂直于导轨跨接一根长l＝2m、质量m＝0.8kg的金属杆，金属杆每米长度的电阻为2Ω，t＝0时刻，宽度a＝1.5m的匀强磁场左边界紧邻金属杆，磁场方向竖直向下、磁感应强度大小B＝2T，从t＝0时刻起，金属杆(在方向平行于导轨的水平外力F作用下)和磁场向左运动的速度－时间图像分别如图乙中的①和②，若金属杆与导轨接触良好，不计导轨电阻，则()A．t＝0时刻，R两端的电压为83VB．t＝0.5s时刻，金属杆所受安培力的大小为1N，方向水平向左C．t＝1.5s时刻，金属杆所受外力F做功的功率为4.8WD．金属杆和磁场分离前的过程中，从c到f通过电阻R的电荷量为0.5C【答案】BD【解析】A项，t＝0时刻，导体棒切割速度为v＝2m/s，产生的感应电动势为E＝BLv＝2×1×2V＝4V，R两端的电压为U＝RR＋2LE＝22＋2×1×4V＝2V，故A项错误．B项，t＝0.5s时刻，金属杆的切割速度为v＝2m/s－1m/s＝1m/s，产生的感应电动势为E＝BLv＝2×1×1V＝2V，回路中的感应电流为I＝ER＋2L＝22＋2×1A＝0.5A，金属杆所受安培力的大小为FA＝BIL＝2×0.5×1＝1N．金属杆相对于磁场向右运动，产生的感应电流向上，由左手定则知，金属杆所受的安培力方向水平向左，故B项正确．C项，t＝1.5s时刻，金属杆的切割速度为v＝3m/s－2m/s＝1m/s，产生的感应电动势为E＝BLv＝2×1×1V＝2V，回路中的感应电流为I＝ER＋2L＝22＋2×1A＝0.5A，金属杆所受安培力的大小为FA＝BIL＝2×0.5×1＝1N.金属杆的加速度为a＝ΔvΔt＝42＝2m/s2，根据牛顿第二定律得F－FA＝ma，得F＝2.6N金属杆所受外力F做功的功率为P＝Fv＝2.6×3W＝7.8W．故C项错误．D项，金属杆和磁场分离前的过程中，在0～1s内，金属杆相对于磁场向右运动，产生的感应电流由c到f.在0～1s内，金属杆相对于磁场通过的位移大小x＝2×12m＝1m从c到f通过电阻R的电荷量为q＝ΔΦR＋r＝BLxR＋2L＝2×1×12＋2×1＝0.5C，故D项正确．考点三自感现象1．自感现象中“阻碍”的含义(1)线圈的电流增加时，自感电动势与电流方向相反，使电流缓慢地增加．(2)线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，使电流缓慢地减小．2．自感现象的四个特点(1)自感电动势总是阻碍导体中电流的变化．(2)自感电动势使线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)自感电动势只是延缓电流的变化，不能使电流停止或反向．(4)电流稳定时，自感电动势