【導與練】高考物理大一輪復習 第9章 第2講 法拉第電磁感應定律 自感 渦流 新人教選修32

第2講法拉第電磁感應定律自感渦流編輯ppt1.感應電動勢

(1)概念：在_______________中產生的電動勢．

(2)產生條件：穿過回路的________發(fā)生改變，與電路是否閉合______. (3)方向判斷：感應電動勢的方向用______________或__________判斷．法拉第電磁感應定律(考綱要求Ⅱ)電磁感應現(xiàn)象磁通量無關楞次定律右手定則編輯ppt2．法拉第電磁感應定律

(1)內容：感應電動勢的大小跟穿過這一電路的_________________成正比．

(2)公式：E＝n，其中n為線圈匝數(shù)．

(3)感應電流與感應電動勢的關系：遵守____________定 律，即I＝_________.磁通量的變化率閉合電路歐姆編輯ppt3．導體切割磁感線時的感應電動勢

(1)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有效長度．

(2)導體棒在磁場中轉動時，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動產生感應電動勢E＝Bl

＝

_______(平均速度等于中點位置的線速度lω)．Blv編輯ppt

判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”．

(1)線圈中磁通量越大，產生的感應電動勢越大．(

) (2)線圈中磁通量變化越大，產生的感應電動勢越大． (

) (3)線圈中磁通量變化越快，產生的感應電動勢越大． (

) (4)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產生的感應電動勢也越大． (

)

答案(1)×

(2)×

(3)√

(4)×編輯ppt自感、渦流(考綱要求Ⅰ)1.自感現(xiàn)象

(1)概念：由于導體本身的______變化而產生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感．(2)自感電動勢①定義：在自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢叫做________________.②表達式：E＝__________.電流自感電動勢編輯ppt (3)自感系數(shù)L ①相關因素：與線圈的_____、形狀、______以及是否有鐵芯有關． ②單位：亨利(H)，1mH＝______H,1μH＝_____H.2．渦流：當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導體中都會產生___________，這種電流像水的漩渦所以叫渦流．大小匝數(shù)10－310－6感應電流編輯ppt

判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”．

(1)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大． (

) (2)對于同一線圈，當電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大． (

) (3)自感電動勢阻礙電流的變化，但不能阻止電流的變化． (

)

答案(1)×

(2)√

(3)√編輯ppt1．(單選)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，關于線圈中產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

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．感應電流產生的磁場方向與原磁場方向始終相同基礎自測編輯ppt編輯ppt2．(單選)機場的安檢門可以利用渦流探測人身上攜帶的金屬物品，安檢門中接有線圈，線圈中通以交變電流．關于其工作原理，以下說法正確的是 (

)．

A．人身上攜帶的金屬物品會被地磁場磁化，在線圈中產生感應電流

B．人體在線圈交變電流產生的磁場中運動，產生感應電動勢并在金屬物品中產生感應電流

C．線圈產生的交變磁場不會在金屬物品中產生交變的感應電流

D．金屬物品中感應電流產生的交變磁場會在線圈中產生感應電流編輯ppt

解析一般金屬物品不一定能被磁化，且地磁場很弱，即使金屬物品被磁化磁性也很弱，同時，作為導體的人體電阻很大，且一般不會與金屬物品構成回路，故A、B錯誤；安檢門利用渦流探測金屬物品的工作原理是：線圈中交變電流產生交變磁場，使金屬物品中產生渦流，故C錯誤；該渦流產生的磁場又會在線圈中產生感應電流，而線圈中交變電流的變化可以被檢測，故D正確． 答案D編輯ppt3．(多選)在如圖9－2－1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S時，A2先亮，A1后亮，最后一樣亮

B．斷開開關S時，A1和A2都要過一會兒才熄滅

C．斷開開關S時，A2閃亮一下再熄滅

D．斷開開關S時，流過A2的電流方向向右圖9－2－1編輯ppt

解析合上開關S時，線圈L中產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S時，線圈L中產生的自感電動勢阻礙電流減小，因電路穩(wěn)定時通過A1和A2的電流大小相等，故斷開開關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． 答案AB編輯ppt4．(單選)有一個勻強磁場邊界是EF，在EF右側無磁場，左側是勻強磁場區(qū)域，如圖9－2－2甲所示．現(xiàn)有一個閉合的金屬線框以恒定速度從EF右側水平進入勻強磁場區(qū)域．線框中的電流隨時間變化的i－t圖象如圖乙所示，則可能的線框是下列四個選項中的 (

)．編輯ppt編輯ppt5．(2013·黃岡中學月考)(多選)如圖9－2－3所示，一個正方形金屬框放在表面是絕緣且光滑的斜面頂端，自靜止開始沿斜面下滑，下滑過程中穿過一段邊界與斜面底邊BB′平行的勻強磁場，已知金屬框的邊長L小于磁場的寬度d.則關于金屬框進入磁場過程中可能做的運動，下列說法正確的是 (

)．

A．勻速運動

B．勻加速運動

C．勻減速運動

D．先加速后勻速運動圖9－2－3編輯ppt編輯ppt圖9－2－4編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt【典例1】 (2013·江蘇卷，13)如圖9－2－5所示，勻強磁場中有一矩形閉合線圈abcd，線圈平面與磁場垂直．已知線圈的匝數(shù)N＝100，邊長ab＝1.0m、bc＝0.5m，電阻r＝2Ω.磁感應強度B在0～1s內從零均勻變化到0.2T．在1～5s內從0.2T均勻變化到－0.2T，取垂直紙面向里為磁場的正方向．求：圖9－2－5編輯ppt(1)0.5s時線圈內感應電動勢的大小E和感應電流的方向；(2)在1～5s內通過線圈的電荷量q；(3)在0～5s內線圈產生的焦耳熱Q.審題指導(1)0～1s內誰引起線圈中的磁通量發(fā)生變化？_______________________________________________.編輯ppt(2)感應電動勢的計算公式E＝________.(3)公式q＝It中的I應為電路中電流________值，如何計算電流I?(4)①公式Q＝I2rt中的I是恒定的還是變化的？______________________________________________.②在0～5s內線圈的電流一樣嗎？如何計算0～5內線圈產生的焦耳熱？____________________________________.編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt【跟蹤短訓】1．如圖9－2－6所示，虛線框內存在均勻變化的勻強磁場，三個電阻的阻值之比R1∶R2∶R3＝1∶2∶3，電路中導線的電阻不計．當S1、S2閉合，S3斷開時，閉合回路中感應電流為I；當S2、S3閉合，S1斷開時，閉合回路時感應電流為5I；當S1、S3閉合，S2斷開時，閉合回路中感應電流為 (

)．

A．0 B．3I C．6I D．7I圖9－2－6編輯ppt

解析設虛線框內磁感應強度變化率為k，上面回路中磁場面積為S，下面回路中磁場面積為nS，電阻R1＝R.當S1、S2閉合，S3斷開時，閉合回路中產生的感應電動勢E1＝kS，感應電流為I＝kS/3R；當S2、S3閉合，S1斷開時，閉合回路中產生的感應電動勢E2＝nkS，閉合回路中感應電流為5I＝nkS/5R；當S1、S3閉合，S2斷開時，閉合回路中產生的感應電動勢E3＝(n＋1)kS，閉合回路中感應電流為I′＝(n＋1)kS/4R，聯(lián)立解得I′＝7I，選項D正確． 答案D編輯ppt1．公式E＝Blv的使用條件

(1)勻強磁場．

(2)B、l、v三者相互垂直．2．E＝Blv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為相應的瞬時感應電動勢．熱點二導體切割磁感線產生感應電動勢的計算編輯ppt(3)有效性：公式中的L為導體切割磁感線的有效長度．如圖9－2－7中，棒的有效長度為ab間的距離．(4)相對性：E＝Blv中的速度v是導體相對磁場的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關系．圖9－2－7編輯ppt【典例2】

(2013·海南卷，6)如圖9－2－8，水平桌面上固定有一半徑為R的金屬細圓環(huán)，環(huán)面水平，圓環(huán)每單位長度的電阻為r，空間有一勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向豎直向下；一長度為2R、電阻可忽略的導體棒置于圓環(huán)左側并與環(huán)相切，切點為棒的中點．棒在拉力的作用下以恒定加速度a從靜止開始向右運動，運動過程中棒與圓環(huán)接觸良好．下列說法正確的是 (

)．圖9－2－8編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt反思總結感應電動勢兩個公式的比較編輯ppt【跟蹤短訓】2．如圖9－2－9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 (

)．圖9－2－9編輯ppt編輯ppt編輯ppt3．如圖9－2－10所示，在水平面內固定著U形光滑金屬導軌，軌道間距為50cm，金屬導體棒ab質量為0.1kg，電阻為0.2Ω，橫放在導軌上，電阻R的阻值是0.8Ω(導軌其余部分電阻不計)．現(xiàn)加上豎直向下的磁感應強度為0.2T的勻強磁場．用水平向右的恒力F＝0.1N拉動ab，使其從靜止開始運動，則 (

)．圖9－2－10編輯ppt編輯ppt編輯ppt1．自感現(xiàn)象的四大特點

(1)自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化．

(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，自感線圈就相當于普通導體．

(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．熱點三通電自感和斷電自感編輯ppt2．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、I2：①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2>I1，燈泡閃亮后逐漸變暗．兩種情況燈泡中電流方向均改變.編輯ppt【典例3】如圖9－2－11所示，線圈L的自感系數(shù)很大，且其電阻可以忽略不計，L1、L2是兩個完全相同的小燈泡，隨著開關S閉合和斷開的過程中，L1、L2的亮度變化情況是(燈絲不會斷) (

)．

圖9－2－11編輯pptA．S閉合，L1亮度不變，L2亮度逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；S斷開，L2立即不亮，L1逐漸變亮B．S閉合，L1亮度不變，L2很亮；S斷開，L1、L2立即不亮C．S閉合，L1、L2同時亮，而后L1逐漸熄滅，L2亮度不變；S斷開，L2立即不亮，L1亮一下才滅D．S閉合，L1、L2同時亮，而后L1逐漸熄滅，L2則逐漸變得更亮；S斷開，L2立即熄滅，L1亮一下才滅編輯ppt

解析當S接通時，因L的自感系數(shù)很大，對電流的阻礙作用較大，L1和L2串接后與電源相連，L1和L2同時亮．隨著L中電流的增大，L的直流電阻減小，L的分流作用增大，L1的電流逐漸減小為零，由于總電阻變小，總電流變大，L2的電流增大，L2燈變得更亮．當S斷開時，L2中無電流，立即熄滅，而電感L將阻礙本身的電流減小，L與L1組成閉合電路，L1燈要亮一下后再熄滅，綜上所述，選項D正確． 答案D編輯ppt反思總結

在分析自感現(xiàn)象問題時，應注意電路的結構，弄清楚自感線圈L與用電器的串、并聯(lián)關系，明確原電流的方向，再判斷自感電流的方向及大小變化．同時注意，L的自身電阻是不是能忽略不計．在斷開開關時，還要看線圈和用電器能否形成回路．編輯ppt【跟蹤短訓】4．如圖9－2－12所示的電路中，電源的電動勢為E，內阻為r，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值．在t＝0時刻閉合開關S，經過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S.下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是 (

)．圖9－2－12編輯ppt編輯ppt模型構建 “桿＋導軌”模型是電磁感應問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復習中的難點．“桿＋導軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點)；導軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運動等．物理建模10.電磁感應中的“桿＋導軌”模型編輯ppt模型分類及特點1．單桿水平式編輯ppt2.單桿傾斜式編輯ppt方法指導解決電磁感應中綜合問題的一般思路是“先電后力再能量”．編輯ppt【典例】

(2013·安徽卷，16)如圖9－2－13所示，足夠長平行金屬導軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5m，電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1Ω.一導體棒MN垂直于導軌放置，質量為0.2kg，接入電路的電阻為1Ω，兩端與導軌接觸良好，與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.5.在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度為0.8T．將導體棒MN由靜止釋放，運動一段時間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導體棒MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6) (

)．圖9－2－13編輯pptA．2.5m/s

1W

B．5m/s

1WC．7.5m/s

9W

D．15m/s

9W編輯ppt編輯ppt即學即練如圖9－2－14所示，質量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.3Ω，長度l＝0.4m的導體棒ab橫放在U型金屬框架上．框架質量m2＝0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2.相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長．電阻R2＝0.1Ω的MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B＝0.5T．垂直于ab施加F＝2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當ab運動到某處時，框架開始運動．圖9－2－14編輯ppt設框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s2.

(1)求框架開始運動時ab速度v的大??；(2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產生的熱量Q＝0.1J，求該過程ab位移x的大?。庉媝pt編輯ppt附：對應高考題組

1．(2011·北京理綜，19)某同學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S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關S，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象．雖經多次重復，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 (

)．編輯pptA．電源的內阻較大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)律可知在開關斷開的瞬間造成燈泡閃亮以及延時的原因是在線圈中產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成閉合的自感回路，與電源無關，故A錯誤；

編輯ppt

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，則產生的自感電流越大，燈泡更亮，故D錯誤． 答案C編輯ppt2．(2012·課標全國，19)如圖所示，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向