高考物理一輪復(fù)習(xí) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流教案（含解析）滬科版.doc

第2課時法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流知 識 梳 理知識點一、法拉第電磁感應(yīng)定律1感應(yīng)電動勢(1)概念：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件：穿過回路的磁通量發(fā)生改變，與電路是否閉合無關(guān)。(3)方向判斷：感應(yīng)電動勢的方向用楞次定律或右手定則判斷。2法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容：感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。(2)公式：en，其中n為線圈匝數(shù)。(3)感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：遵守閉合電路的歐姆定律，即i。3導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體垂直切割磁感線時，感應(yīng)電動勢可用eblv求出，式中l(wèi)為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。(2)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢eblbl2(平均速度等于中點位置的線速度l)。知識點二、自感、渦流1自感現(xiàn)象(1)概念：由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感。(2)自感電動勢定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。表達(dá)式：el。(3)自感系數(shù)l相關(guān)因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)。單位：亨利(h)，1 mh103 h,1 h106 h。2渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。思維深化判斷正誤，正確的畫“”，錯誤的畫“”。(1)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。()(2)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。()(3)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大。()(4)對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大。()答案(1)(2)(3)(4)題 組 自 測題組一對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用1將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是()a感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)b穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大c穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大d感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同解析由法拉第電磁感應(yīng)定律en知，感應(yīng)電動勢的大小與線圈匝數(shù)有關(guān)，a錯；感應(yīng)電動勢正比于，與磁通量的大小無直接關(guān)系，b錯誤、c正確；根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即“增反減同”，d錯誤。答案c2(2014江蘇卷，1)如圖1所示，一正方形線圈的匝數(shù)為n，邊長為a，線圈平面與勻強磁場垂直，且一半處在磁場中。在t時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度的方向不變，大小由b均勻地增大到2b。在此過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為()圖1a. b. c. d.解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在t時間內(nèi)線圈中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為enn，選項b正確。答案b題組二公式eblv的應(yīng)用3如圖2所示，在磁感應(yīng)強度為b、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，金屬桿mn在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動，mn中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e1；若磁感應(yīng)強度增為2b，其他條件不變，mn中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變?yōu)閑2。則通過電阻r的電流方向及e1與e2之比e1e2分別為()圖2aca,21 bac,21cac,12 dca,12解析用右手定則判斷出兩次金屬棒mn中的電流方向為nm，所以電阻r中的電流方向ac。由電動勢公式eblv可知：，故選項c正確。答案c4有一個勻強磁場邊界是ef，在ef右側(cè)無磁場，左側(cè)是勻強磁場區(qū)域，如圖3甲所示?，F(xiàn)有一個閉合的金屬線框以恒定速度從ef右側(cè)水平進入勻強磁場區(qū)域。線框中的電流隨時間變化的it圖像如圖乙所示，則可能的線框是下列四個選項中的()圖3解析由圖乙可知，電流先是均勻增加，后均勻減小，又il，所以金屬線框切割磁感線的有效長度應(yīng)先是均勻增加，后均勻減小，a項符合；b項線框中間部分進入磁場后切割磁感線的有效長度不變；c項切割磁感線的有效長度不變，d項切割磁感線的有效長度不是均勻地增加和減小。答案a題組三自感現(xiàn)象、渦流5某同學(xué)為了驗證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵芯的線圈l、小燈泡a、開關(guān)s和電池組e，用導(dǎo)線將它們連接成如圖4所示的電路。檢查電路后，閉合開關(guān)s，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)s，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象。雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因。你認(rèn)為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是()圖4a電源的內(nèi)阻較大 b小燈泡電阻偏大c線圈電阻偏大 d線圈的自感系數(shù)較大解析由自感規(guī)律可知在開關(guān)斷開的瞬間造成燈泡閃亮以及延時的原因是在線圈中產(chǎn)生了與原電流同向的自感電流且大于穩(wěn)定時通過燈泡的原電流。由題圖可知燈泡和線圈構(gòu)成閉合的自感回路，與電源無關(guān)，故a錯誤；造成不閃亮的原因是自感電流不大于穩(wěn)定時通過燈泡的原電流，當(dāng)線圈電阻小于燈泡電阻時才會出現(xiàn)閃亮現(xiàn)象，故b錯誤，c正確；自感系數(shù)越大，阻礙作用越強延遲現(xiàn)象越明顯，故d錯誤。答案c6(多選)(2014江蘇卷，7)如圖5所示，在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯，現(xiàn)接通交流電源，過了幾分鐘，杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間，下列措施可行的有()圖5a增加線圈的匝數(shù) b提高交流電源的頻率c將金屬杯換為瓷杯 d取走線圈中的鐵芯解析當(dāng)電磁鐵接通交流電源時，金屬杯處在變化的磁場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱，使水溫升高。要縮短加熱時間，需增大渦電流，即增大感應(yīng)電動勢或減小電阻。增加線圈匝數(shù)、提高交變電流的頻率都是為了增大感應(yīng)電動勢。瓷杯不能產(chǎn)生渦電流，取走鐵芯會導(dǎo)致磁性減弱。所以選項a、b正確，選項c、d錯誤。答案ab考點一法拉第電磁感應(yīng)定律en的應(yīng)用1磁通量變化通常有兩種方式(1)磁感應(yīng)強度b不變，垂直于磁場的回路面積發(fā)生變化，此時enb。(2)垂直于磁場的回路面積不變，磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，此時ens，其中是bt圖像的斜率。2決定感應(yīng)電動勢e大小的因素e的大小由和線圈的匝數(shù)共同決定?！纠?】(多選)(2014四川卷，6)如圖6所示，不計電阻的光滑u形金屬框水平放置，光滑、豎直玻璃擋板h、p固定在框上，h、p的間距很小。質(zhì)量為0.2 kg的細(xì)金屬桿cd恰好無擠壓地放在兩擋板之間，與金屬框接觸良好并圍成邊長為1 m的正方形，其有效電阻為0.1 。此時在整個空間加方向與水平面成30角且與金屬桿垂直的勻強磁場，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律是b(0.40.2t)t，圖示磁場方向為正方向?？颉醢搴蜅U不計形變。則()圖6at1 s時，金屬桿中感應(yīng)電流方向從c到dbt3 s時，金屬桿中感應(yīng)電流方向從d到cct1 s時，金屬桿對擋板p的壓力大小為0.1 ndt3 s時，金屬桿對擋板h的壓力大小為0.2 n解析根據(jù)楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向總是從c到d，故a正確，b錯誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：esin 300.212 v0.1 v，故感應(yīng)電流為i1 a，金屬桿受到的安培力fabil，t1 s時，fa0.211 n0.2 n，方向如圖甲，此時金屬桿受力分析如圖甲，由平衡條件可知f1facos 600.1 n，f1為擋板p對金屬桿施加的力。t3 s時，磁場反向，此時金屬桿受力分析如圖乙，此時擋板h對金屬桿施加的力向右，大小f3bilcos 600.211 n0.1 n。故c正確，d錯誤。答案ac應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解題的一般步驟(1)分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況；(2)利用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向；(3)靈活選擇法拉第電磁感應(yīng)定律的不同表達(dá)形式列方程求解?！咀兪接?xùn)練】1如圖7甲所示，電路的左側(cè)是一個電容為c的電容器，電路的右側(cè)是一個環(huán)形導(dǎo)體，環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為s。在環(huán)形導(dǎo)體中有一垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度的大小隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。則在0t0時間內(nèi)電容器()圖7a上極板帶正電，所帶電荷量為b上極板帶正電，所帶電荷量為c上極板帶負(fù)電，所帶電荷量為d上極板帶負(fù)電，所帶電荷量為解析在0t0時間內(nèi)回路中磁通量增加，由楞次定律知，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為逆時針方向，電容器上極板帶正電。由法拉第電磁感應(yīng)定律知，在0t0時間內(nèi)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e，電容器兩極板之間電壓ue，電容器所帶電荷量為qcu，選項a正確。答案a考點二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算1公式eblv的使用條件(1)勻強磁場。(2)b、l、v三者相互垂直。2eblv的“四性”(1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除磁場為勻強磁場外，還需b、l、v三者互相垂直。(2)瞬時性：若v為瞬時速度，則e為相應(yīng)的瞬時感應(yīng)電動勢。(3)有效性：公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。如圖8中，棒的有效長度為ab間的距離。圖8(4)相對性：eblv中的速度v是導(dǎo)體相對磁場的速度，若磁場也在運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系?！纠?】(多選)如圖9所示，在一磁感應(yīng)強度b0.5 t的勻強磁場中，垂直于磁場方向水平放著兩根相距為h0.1 m的平行金屬導(dǎo)軌mn和pq，導(dǎo)軌電阻忽略不計，在兩根導(dǎo)軌的端點n、q之間連接一阻值r0.3 的電阻，導(dǎo)軌上跨放著一根長為l0.2 m，每米阻值r2.0 的金屬棒ab，金屬棒與導(dǎo)軌正交放置，交點為c、d，當(dāng)金屬棒在水平拉力作用下以速度v4.0 m/s向左做勻速運動時，則下列說法正確的是()圖9a金屬棒a、b兩端點間的電勢差為0.2 vb水平拉金屬棒的力的大小為0.02 nc金屬棒a、b兩端點間的電勢差為0.32 vd回路中的發(fā)熱功率為0.06 w解析當(dāng)金屬棒ab在水平拉力作用下向左做勻速運動時，切割磁感線的有效長度為cd部分，cd部分產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ebhv0.50.14.0 v0.2 v，由閉合電路歐姆定律，可得回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為i a0.4 a，金屬棒ab受到的安培力f安bih0.50.40.1 n0.02 n，要使金屬棒勻速運動，應(yīng)有ff安0.02 n，b正確；該回路為純電阻電路，回路中的熱功率為p熱i2(rhr)0.08 w，d錯誤；金屬棒ab兩點間的電勢差等于uac、ucd與udb三者之和，由于ucdeircd，所以uabeabircdblvihr0.32 v，a錯誤，c正確。答案bc【變式訓(xùn)練】2(多選)(2014山東卷，16)如圖10，一端接有定值電阻的平行金屬軌道固定在水平面內(nèi)，通有恒定電流的長直絕緣導(dǎo)線垂直并緊靠軌道固定，導(dǎo)體棒與軌道垂直且接觸良好。在向右勻速通過m、n兩區(qū)的過程中，導(dǎo)體棒所受安培力分別用fm、fn表示。不計軌道電阻。以下敘述正確的是()圖10afm向右 bfn向左cfm逐漸增大 dfn逐漸減小解析由安培定則可知，通電直導(dǎo)線在m、n區(qū)產(chǎn)生的磁場方向分別為垂直紙面向外、垂直紙面向里，導(dǎo)體棒向右通過m區(qū)時，由右手定則可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向向下，由左手定則可知，fm向左，同理可以判斷，fn向左，越靠近通電直導(dǎo)線磁場越強，導(dǎo)體棒勻速運動，由eblv、i、fbil可知，fm逐漸增大，fn逐漸減小，正確選項為b、c、d。答案bcd考點三通電自感和斷電自感1自感現(xiàn)象的四大特點(1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。(3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體。(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向。2自感中“閃亮”與“不閃亮”問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為i1、i2：若i2i1，燈泡逐漸變暗；若i2i1，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變【例3】(多選)如圖11甲、乙所示的電路中，電阻r和自感線圈l的電阻值都很小，且小于燈泡a的電阻，接通s，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡a發(fā)光，則()圖11a在電路甲中，斷開s后，a將逐漸變暗b在電路甲中，斷開s后，a將先變得更亮，然后才逐漸變暗c在電路乙中，斷開s后，a將逐漸變暗d在電路乙中，斷開s后，a將先變得更亮，然后才逐漸變暗解析題圖甲所示電路中，燈a和線圈l串聯(lián)，電流相同，斷開s時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，通過r、a形成回路，燈a逐漸變暗。題圖乙所示電路中，電阻r和燈a串聯(lián)，燈a的電阻大于線圈l的電阻，電流則小于線圈l中的電流，斷開s時，電源不給燈供電，而線圈l產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過r、a形成回路，燈a中電流比原來