物理一輪復習教學案法拉第電磁感應定律互感自感

1、法拉第電磁感應定律 互感 自感 一考點整理 基本概念 1感應電動勢：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應電動； 產(chǎn)生條件：穿過回路的磁通量發(fā)生 ，與電路是否閉合無關(guān) 方向判斷：感應電動勢的方向用 或右手定則判斷2法拉第電磁感應定律：感應電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比；E = ，其中n為線圈匝數(shù) 感應電流與感應電動勢的關(guān)系：遵守閉合電路歐姆定律，即I = 導體切割磁感線時的感應電動勢： 導體垂直切割磁感線時，感應電動勢可用E = 求出，式中l(wèi)為導體切割磁感線的 ； 導體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應電動勢E = = Blv中點（

2、棒中點位置的線速度l/2）3互感現(xiàn)象：兩個相互靠近的線圈，當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生 ，這種現(xiàn)象叫互感 應用；利用互感現(xiàn)象可以把 由一個線圈傳遞到另一個線圈，如變壓器、收音機的磁性天線 危害；互感現(xiàn)象能發(fā)生在任何兩個相互靠近的電路之間，電力工程和電子電路中，有時會影響電路正常工作4自感現(xiàn)象：由于導體本身的 變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感自感電動勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢；E = （其中L叫做自感系數(shù)，L與線圈的 、 、匝數(shù)以及 有關(guān)，單位：亨利H，1 mH = H，1 H = H）自感電動勢的方向：自感電動勢總是_原來導體中電流的變

3、化當回路中的電流增加時，自感電動勢和原來電流的方向_；當回路中的電流減小時，自感電動勢和原來電流的方向_自感對電路中的電流變化有_作用，使電流不能_ 自感現(xiàn)象的應用：如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器，無線電設(shè)備中和電容器一起組成的振蕩電路等日光燈電路是由啟動器、鎮(zhèn)流器和燈管組成的_在日光燈啟動時起到開關(guān)作用，正常工作時斷開；鎮(zhèn)流器的作用是在燈開始點亮時起_的作用，在日光燈正常發(fā)光時起_作用 防止：制作精密電阻時，采用_繞法，防止自感現(xiàn)象的發(fā)生，減小因自感而造成的誤差5渦流：塊狀金屬在磁場中運動，或者處在變化的磁場中，金屬塊內(nèi)部會產(chǎn)生感應電流，這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉合回路，叫做_ 二思考與練習 思維

4、啟動 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)生的感應電動勢和感應電流，下列表述正確的是 （ ）A感應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，感應電動勢越大C穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大D感應電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同2在如圖所示的電路中，A1和A2是兩個相同的燈泡，線圈L的自感系數(shù)足夠大，電阻可以忽略不計下列說法中正確的是 （ ）A合上開關(guān)S時，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮B斷開開關(guān)S時，A1和A2都要過一會兒才熄滅C斷開開關(guān)S時，A2閃亮一下再熄滅D斷開開關(guān)S時，流過A2的電流方向向右3如圖所示，A、B 為大小、形

5、狀均相同且內(nèi)壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度兩個相同的磁性小球，同時從 A、B 管上端的管口無初速度釋放，穿過 A 管的小球比穿過 B 管的小球先落到地面，下面對于兩管的描述中可能正確的是 （ ）AA 管是用塑料制成的，B 管是用銅制成的BA 管是用鋁制成的，B 管是用膠木制成的CA 管是用膠木制成的，B 管是用塑料制成的DA 管是用膠木制成的，B 管是用鋁制成的 三考點分類探討 典型問題 考點1法拉第電磁感應定律的應用【例1】如圖所示，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面（紙面）向里，磁感應強度大小為B0使該線框從靜止開始

6、繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性變化為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應強度隨時間的變化率 B/t的大小應為 （ ）A4B0/ B2B0/ CB0/ DB0/2【變式跟蹤1】一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直先保持線框的面積不變，將磁感應強度在1 s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍接著保持增大后的磁感應強度不變，在1 s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為（ ）A0.5 B1 C2 D4考點2導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算【例2】半

7、徑為a右端開小口的導體圓環(huán)和長為2a的導體直桿，單位長度電阻均為R0圓環(huán)水平固定放置，整個內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為B桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運動，桿始終有兩點與圓環(huán)良好接觸，從圓環(huán)中心O開始，桿的位置由確定，如圖所示則 （ ）A = 0時，桿產(chǎn)生的電動勢為2BavB = 時，桿產(chǎn)生的電動勢為 BavC = 0時，桿受的安培力大小為2B2av/( + 2)R0D = 時，桿受的安培力大小為3B2av/(5 + 3)R0【變式跟蹤2】如圖所示，水平放置的U形框架上接一個阻值為R0的電阻，放在垂直紙面向里的、磁感應強度大小為B的勻強磁場中，一個半徑為L、質(zhì)

8、量為m的半圓形硬導體AC在水平向右的恒定拉力F作用下，由靜止開始運動距離d后速度達到v，半圓形硬導體AC的電阻為r，其余電阻不計下列說法正確的是 （ ）A此時AC兩端電壓為UAC = 2BLv B此時AC兩端電壓為UAC = 2BLvR0/(R0 + r)C此過程中電路產(chǎn)生的電熱為Q = Fdmv2/2D此過程中通過電阻R0的電荷量為q = 2BLd/(R0+r)考點3自感和渦流【例3】如圖所示的電路中，L1、L2 為完全相同的燈泡，線圈 L 的電阻忽略不計下列說法中正確的是 （ ）A合上開關(guān) S 接通電路時，L2 先亮 L1 后亮，最后一樣亮B合上開關(guān) S 接通電路時，L1 和 L2 始終一

9、樣亮C斷開開關(guān) S 切斷電路時，L2 立即熄滅，L1 過一會兒才熄滅D斷開開關(guān) S 切斷電路時，L1、L2 同時立即熄滅【變式跟蹤3】如圖所示的電路，D1和D2是兩個相同的小電珠，L是一個自感系數(shù)相當大的線圈，其電阻與R相同，由于存在自感現(xiàn)象，在開關(guān)S接通和斷開時，燈泡D1和D2先后亮暗的次序是（ ）A接通時D1先達最亮，斷開時D1后暗B接通時D2先達最亮，斷開時D2后暗C接通時D1先達最亮，斷開時D1先暗D接通時D2先達最亮，斷開時D2先暗 四考題再練 高考試題 1【2012·課標全國卷】如圖所示，一載流長直導線和一矩形導線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導線右側(cè)，且其長邊與長直導線

10、平行已知在t = 0到t = t1的時間間隔內(nèi)，直導線中電流i發(fā)生某種變化，而線框中的感應電流總是沿順時針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右設(shè)電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同，則i隨時間t變化的圖線可能是 （ ）【預測1】如圖所示，一帶鐵芯線圈置于豎直懸掛的閉合鋁框右側(cè)，與線圈相連的導線abcd內(nèi)有水平向里變化的磁場下列哪種變化磁場可使鋁框向左偏離 （ ）ABCDv0000ttttvvvvdl2【2013·新課標全國卷】如圖，在光滑水平桌面上有一邊長為l、電阻為R的正方形導線框；在導線框右側(cè)有一寬度為d（d > l）的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導線框的一邊

11、平行，磁場方向豎直向下導線框以某一初速度向右行動t = 0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域下列v t圖像中，可能正確描述上述過程的是 （ ）TDTTAtttt0000Bi2i2i2i2TTC【預測2】某學生設(shè)計了一個驗證法拉第電磁感應定律的實驗，實驗裝置如圖甲所示在大線圈中放置一個小線圈，大線圈與多功能電源連接多功能電源輸入到大線圈的電流i1的周期為T，且按圖乙所示的規(guī)律變化，電流i1將在大線圈的內(nèi)部產(chǎn)生變化的磁場，該磁場磁感應強度B與線圈中電流i1的關(guān)系為B = ki1（其中k為常數(shù)）小線圈與電流傳感器連接，并可通過計算機處理數(shù)據(jù)后繪制出小線圈中感應電流i2隨

12、時間t變化的圖象若僅將多功能電源輸出電流變化的頻率適當增大，則下圖所示各圖象中可能正確反映i2t變化的是（下圖中分別以實線和虛線表示調(diào)整前、后的i2t圖象） （ ） 五課堂演練 自我提升 1某同學為了驗證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵心的線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E，用導線將它們連接成如圖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，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為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是 （ ）A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2有一根橫截面積為S、電阻率

13、為的硬質(zhì)導線做成一個半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑如圖所示，在ab的左側(cè)存在一個均勻變化的勻強磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面，方向如圖所示磁感應強度大小隨時間的變化率為B/t = k（k < 0）則下列判斷中正確的是 （ ）A圓環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流 B圓環(huán)具有擴張趨勢C圓環(huán)中感應電流大小為krS/2 D圖中a、b兩點的電勢差Uab = kr2/43如圖所示，一由均勻電阻絲折成的正方形閉合線框abcd，置于磁感應強度方向垂直紙面向外的有界勻強磁場中，線框平面與磁場垂直，線框bc邊與磁場左右邊界平行若將該線框以不同的速率從圖示位置分別從磁場左、右邊界勻速拉出直至全部離開磁場，在此過

14、程中 （ ）A流過ab邊的電流方向相反 Bab邊所受安培力的大小相等C線框中產(chǎn)生的焦耳熱相等 D通過電阻絲某橫截面的電荷量相等4一導線彎成如圖所示的閉合線圈，圖甲中線圈以速度v向左勻速進入磁感應強度為B的勻強磁場，從線圈進入磁場開始到完全進入磁場為止圖乙中線圈以O(shè)O為軸從圖示位置（線圈平面與磁場平行）在磁感應強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動則（ ）A圖甲中，感應電動勢先增大后減小B圖甲中，感應電動勢的最大值E = BrvC圖乙中，線圈開始轉(zhuǎn)動時感應電動勢最大D圖乙中，線圈開始轉(zhuǎn)動時由于穿過線圈的磁通量為零，故感應電動勢最小5如圖所示，一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落，穿過一根豎直懸掛的條形磁鐵，

15、銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸線始終保持重合若取磁鐵中心O為坐標原點，建立豎直向下為正方向的x軸，則下圖中最能正確反映環(huán)中感應電流i隨環(huán)心位置坐標x變化的關(guān)系圖象是 （ ）6如圖所示，A是一邊長為L的正方形導線框虛線框內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁場寬度為3L.線框的bc邊與磁場左右邊界平行且與磁場左邊界的距離為L現(xiàn)維持線框以恒定的速度v沿x軸正方向運動規(guī)定磁場對線框作用力沿x軸正方向為正，且在圖示位置時為計時起點，則在線框穿過磁場的過程中，磁場對線框的作用力隨時間變化的圖象正確的是 （ ）參考答案： 一考點整理 基本概念 1改變 楞次定律2n/t E/(R + r) Blv 有效長度 Bl2

16、/23感應電動勢 能量4電流 LI/t 大小 形狀 是否有鐵芯 103 106 阻礙 相反 相同 延遲 突變 啟動器 產(chǎn)生瞬時高壓 降壓限流 雙線5渦流 二思考與練習 思維啟動 1C；由法拉第電磁感應定律E = n/t知，感應電動勢的大小與線圈匝數(shù)有關(guān)，A錯感應電動勢正比于/t，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，感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即“增反減同”，D錯誤2AB；合上開關(guān)S時，線圈L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流增大，并且阻礙作用逐漸變小直至為零，故A2先亮，A1后亮，最后一樣亮選項A正確斷開開關(guān)S時，線圈L中產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流減小，因電路穩(wěn)

17、定時通過A1和A2的電流大小相等，故斷開開關(guān)S時，A1和A2都逐漸熄滅，流過A2的電流方向向左選項B正確，C、D錯誤3AD；磁性小球穿過銅管或鋁管時，管中產(chǎn)生感應電流，又據(jù)楞次定律可知，感應電流產(chǎn)生的磁場阻礙小球的下落；而當小球穿過塑料管或膠木管時，管中不產(chǎn)生感應電流，小球做自由落體運動故選項 A、D 正確 三考點分類探討 典型問題 例1 C；當線框繞過圓心O的轉(zhuǎn)動軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，由于面積的變化產(chǎn)生感應電動勢，從而產(chǎn)生感應電流設(shè)半圓的半徑為r，導線框的電阻為R，即I1 = E/R = (/t)/R = B0S/Rt = (r2/2)B0/(R/) = B0r2/2R當線圈不動，磁感應強度

18、變化時，I2 = E/R = /Rt = BS/Rt = (B/t)( r2/2R)，因I1 = I2，可得B/t = B0/，C選項正確變式1 B；設(shè)原磁感應強度是B，線框面積是S，第1 s內(nèi)1 = 2BS BS = BS，第2 s內(nèi)2 = 2B·(S/2) 2BS = BS因為E = n/t，所以兩次電動勢大小相等，B正確例2 AD；當 = 0時，桿切割磁感線的有效長度l1 = 2a，所以桿產(chǎn)生的電動勢E1 = Bl1v = 2Bav，選項A正確此時桿上的電流I1 = E1/(a + 2a)R0 = 2Bv/( + 2)R0，桿受的安培力大小F1 = BI1l1 = 4B2av/

19、( + 2)R0，選項C錯誤當 = /3 時，桿切割磁感線的有效長度l2 = 2acos/3 = a，桿產(chǎn)生的電動勢E2 = Bl2v = Bav，選項B錯誤此時桿上的電流I2 = E2/(2a2a/6 + a)R0 = 3Bv/(5 + 3) R0，桿受的安培力大小F2 = BI2l2 = 3B2av/(5 + 3) R0，選項D正確變式2 BD；AC的感應電動勢為E = 2BLv，兩端電壓為UAC = ER0/(R0 + r) = 2BLvR0/(R0 + r)，A錯、B對；由功能關(guān)系得Fd = mv2/2 + QQ，C錯；此過程中平均感應電流為I平均 = 2BLd/( R0 + r)t，

20、通過電阻R0的電荷量為q = I平均t = 2 BLd/( R0 + r)，D對例3 A；接通電路時，由于線圈的自感作用，L1 支路相當于斷路，電流增大得慢，L1 后亮；穩(wěn)定后，線圈的作用消失，又相當于短路，L1、L2 并聯(lián)，亮度一樣；斷開開關(guān)，都過一會兒才熄滅變式3 A；當開關(guān)S接通時，D1和D2應該同時亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，流過線圈的電流由零變大時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢的方向是左邊正極，右邊負極，使通過線圈的電流從零開始慢慢增加，所以開始瞬時電流幾乎全部從D1通過，而該電流又將同時分路通過D2和R，所以D1先達最亮，經(jīng)過一段時間電路穩(wěn)定后，D1和D2達到一樣亮當開關(guān)S斷開時，電源電流立

21、即為零，因此D2立刻熄滅，而對D1，由于通過線圈的電流突然減弱，線圈中產(chǎn)生自感電動勢（右端為正極，左端為負極），使線圈L和D1組成的閉合電路中有感應電流，所以D1后滅 四考題再練 高考試題 1A；因通電導線周圍的磁場離導線越近磁場越強，而線框中左右兩邊的電流大小相等，方向相反，所以受到的安培力方向相反，導線框的左邊受到的安培力大于導線框的右邊受到的安培力，所以合力與左邊框受力的方向相同因為線框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右，根據(jù)左手定則，導線框處的磁場方向先垂直紙面向里，后垂直紙面向外，根據(jù)安培定則，導線中的電流先為正，后為負，所以選項A正確，選項B、C、D錯誤預測1 A；鋁框向左運

22、動，是為了阻礙本身磁通量的增加，由楞次定律可知：帶鐵芯線圈產(chǎn)生的電流增加，其產(chǎn)生的磁場增強為使線圈產(chǎn)生的電流變大，由法拉第電磁感應定律可知：線框abcd中的磁場的逐漸增加，選項A正確，B、C、D錯誤2D；由于線框在進入磁場過程要切割磁感線而產(chǎn)生感應電流，故線框受到安培力的作用做減速運動，A錯誤；安培力F安 = B2l2v/R，因v在減小，故F安在減小，加速度a = F安/m在減小，即線框進入磁場過程做加速度減小的變減速運動，B錯誤；由于d > l，若線框完全進入磁場中仍有速度，則線框?qū)诖艌鲋凶鰟蛩龠\動直至右邊滑出磁場，線框出磁場過程仍做加速度減小的減速運動，C錯誤，D正確預測2 D；

23、由題圖乙知電流i1隨時間線性變化，再由B = ki1知磁場也隨時間線性變化，則通過線圈的磁通量也隨時間線性變化，線圈中產(chǎn)生恒定的電動勢與感應電流，A、B皆錯誤當頻率加大后，磁通量變化率加大，產(chǎn)生的感應電動勢與感應電流加大，C錯誤，D正確 五課堂演練 自我提升 1C；從實物連接圖中可以看出，線圈L與小燈泡并聯(lián)，斷開開關(guān)S時，小燈泡A中原來的電流立即消失，線圈L與小燈泡組成閉合電路，由于自感，線圈中的電流逐漸變小，使小燈泡中的電流變?yōu)榉聪蚯遗c線圈中電流相同，小燈泡未閃亮說明斷開S前，流過線圈的電流較小，原因可能是線圈電阻偏大，故選項C正確2BD；由于磁場減弱，在線圈中產(chǎn)生順時針的感應電流，故A錯；根據(jù)電磁感應規(guī)律的推論：要阻礙磁通量減小，則題中線圈應擴張，B正確圓環(huán)中感應電流I = E/R = (kr2/2)/ (2r/S) = krS/4，故C錯；ab部分是整個電路的外電路，ab兩端電壓為外電壓，占整