2022屆高考物理一輪復習-第2課時-法拉第電磁感應定律-自感課件-人教大綱版2

考綱要求三年考情熱點考向考點要求2007年2008年2009年法拉第電磁感應定律導體切割磁感線時的感應電動勢Ⅱ全國理綜Ⅱ(T21·選擇)天津理綜(T24·選擇)廣東物理(T18·計算)四川理綜(T23·計算)全國理綜Ⅱ(T24·計算)廣東物理(T18·計算)山東理綜(T22·選擇)全國理綜Ⅰ(T20·選擇)全國卷Ⅱ(T24·計算)天津卷(T4·選擇)北京卷(T23·計算)遼寧·寧夏卷(T19·選擇)福建卷(T18·選擇)四川卷(T24·計算)廣東卷(T18·計算)上海卷(T24·計算)山東卷(T21·選擇)1.關于各種圖象如Φ－t圖、B－t圖和I－t圖的考查是本章的一大熱點．其目的是重點考查楞次定律和法拉第電磁感應定律的應用．(見專題)2．利用E＝n及E＝Blv分析和計算感應電動勢的大小及對其方向的判定，也是高考中的重點考查對象．3．本章內容多與閉合電路相聯(lián)系，以對力學、電磁學中的相關規(guī)律的綜合運用能力的考查為主．以計算題為主(見專題)自感現(xiàn)象Ⅰ日光燈Ⅰ說明：1.導體切割磁感線時感應電動勢的計算，只限于l垂直于B、v的情況．2．在電磁感應現(xiàn)象里，不要求判斷內電路中各點電勢的高低.第2課時法拉第電磁感應定律自感第一頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第一頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1．法拉第電磁感應定律 (1)內容：電路中感應電動勢的大小， 跟穿過這一電路的

成正比． (2)公式：E＝

.其中n為線圈的

．磁通量的變化率匝數(shù)第二頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2．特殊情況(1)導體切割磁感線的情形：①一般情況：運動速度v和磁感線方向夾角為θ，則E＝

.②常用情況：運動速度v和磁感線方向垂直，則E＝

.(2)導體棒在磁場中轉動：導體棒以端點為軸，在垂直于磁感線的勻強磁場中勻速轉動產(chǎn)生感應電動勢E＝

(平均速度取中點位置線速度Lω)．BlvsinθBlvBωL2第三頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第三頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1．對法拉第電磁感應定律的理解 (1)感應電動勢的大小由穿過電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)共同決定，而與磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系． (2)磁通量的變化率是Φ－t圖象上某點切線的斜率． (3)若恒定，則E不變．用E＝n所求的感應電動勢為整個閉合電路的感應電動勢，而不是回路中某部分導體的電動勢．第四頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第四頁，編輯于星期四：二十點三十三分。(4)磁通量的變化常由B的變化或S的變化兩種情況引起．①當ΔΦ僅由B的變化引起時，E＝nS

②當ΔΦ僅由S的變化引起時，E＝nB

(5)由E＝n計算出的是Δt時間內的平均感應電動勢．第五頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第五頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2．公式E＝n與E＝BLv有何區(qū)別與聯(lián)系E＝nE＝BLv區(qū)別研究對象閉合回路回路中做切割磁感線運動的那部分導體適用范圍對任何電磁感應現(xiàn)象普遍適用只適用于導體切割磁感線運動的情況聯(lián)系(1)E＝BLv可由E＝n推導出來．(2)對于公式E＝n，當Δt→0時，E即為瞬時感應電動勢．(3)在B、L、v三者均不變時，兩公式均可求Δt時間內的平均感應電動勢.第六頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第六頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1．穿過閉合回路的磁通量Φ隨時間t變化的圖象分別如圖12－2－1①～④所示，下列關于回路中產(chǎn)生的感應電動勢的論述，正確的是()第七頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第七頁，編輯于星期四：二十點三十三分。A．圖①中，回路產(chǎn)生的感應電動勢恒定不變B．圖②中，回路產(chǎn)生的感應電動勢一直在變大C．圖③中，回路在0～t1時間內產(chǎn)生的感應電動勢小于在t1～t2時間內產(chǎn)生的感應電動勢D．圖④中，回路產(chǎn)生的感應電動勢先變小再變大答案：D第八頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第八頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1．自感現(xiàn)象 (1)自感現(xiàn)象：由于導體本身電流發(fā)生

而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象． (2)自感電動勢的方向：根據(jù)楞次定律判定． 自感電動勢總要阻礙導體中電流的

，當導體中的電流增大時，自感電動勢與原電流方向

；當導體中的電流減小時，自感電動勢與原電流方向

．變化變化相反相同第九頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第九頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2．自感現(xiàn)象的應用——日光燈原理 (1)日光燈的電路圖：主要由燈管、

和啟動器組成． (2)啟動器的作用：自動開關的作用 (3)鎮(zhèn)流器有兩個作用：啟動時，通過啟動器的通斷，在鎮(zhèn)流器中產(chǎn) 生

，從而激發(fā)日光燈管內的氣體導電．正常工作時，鎮(zhèn)流器的線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的變化，這時鎮(zhèn)流器就起著

的作用，保證日光燈的正常工作．鎮(zhèn)流器瞬間高電壓降壓限流第十頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1．自感現(xiàn)象理解要點 (1)自感現(xiàn)象的阻礙作用，只是延緩了過程的進行，但它不能阻止過程的發(fā)生． (2)在分析自感現(xiàn)象時，一般分析方法是：當流過線圈L的電流突然增大瞬間， 我們可以把L看成一個阻值很大的電阻；當流經(jīng)L的電流突然減小的瞬間， 我們可以把L看作一個電源，它提供一個跟原電流同向的電流．第十一頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十一頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2．通電和斷電自感比較如下表通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL?RA現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅(當抽掉鐵芯后，重做實驗，斷開開關S時，會看到燈A馬上熄滅)原因由于開關閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，使流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關S時，流過線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；在S斷開后，通過L的電流反向通過電燈A，且由于RL?RA，使得流過A燈的電流在開關斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉化情況電能轉化為磁場能磁場能轉化為電能第十二頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十二頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2．如圖12－2－2所示為日光燈電路，關于該電路，以下說法中正確的是() A．啟動過程中，啟動器斷開瞬間鎮(zhèn)流器L產(chǎn)生瞬時高電壓 B．日光燈正常發(fā)光后，鎮(zhèn)流器L使燈管兩端電壓低于電源電壓 C．日光燈正常發(fā)光后啟動器是導通的 D．圖中的電源可以是交流電源，也可以是直流電源第十三頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十三頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：啟動過程中，啟動器斷開瞬間，流過鎮(zhèn)流器的電流迅速減小，由于自感，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生自感電動勢，形成瞬時高壓，A項對．正常發(fā)光時，由于自感作用，鎮(zhèn)流器起到降壓限流作用，使燈管兩端電壓低于電源電壓，B項對．當日光燈正常工作時，啟動器已斷開，C項錯．只有交流電才能通過鎮(zhèn)流器起作用，D項錯．答案：AB

第十四頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十四頁，編輯于星期四：二十點三十三分。【例1】(2009·廣東卷，18)如圖12－2－3(a)所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路．線圈的半徑為r1，在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖12－2－3(b)所示．圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計．求0至t1時間內．第十五頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十五頁，編輯于星期四：二十點三十三分。(1)通過電阻R1上的電流大小和方向；(2)通過電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．第十六頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十六頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：(1)設k＝，由題圖(b)可知，磁感應強度B與時間t的函數(shù)關系為B＝B0－t＝B0－kt ①磁場的面積及線圈內的磁通量分別為S＝Φ＝BS＝(B0－kt) ②在0和t1時刻，單匝數(shù)圈中的磁通量分別為Φ0＝B0，Φ1＝(B0－kt1)即ΔΦ＝－

kt1 ③第十七頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十七頁，編輯于星期四：二十點三十三分。在0至t1時間內，線圈中的電動勢大小及電流分別為E＝

④I＝ ⑤根據(jù)楞次定律判斷，電阻R1上的電流方向應由b向a. ⑥(2)0至t1時間內，通過電阻R1上的電荷量q＝It1＝ ⑦電阻R1上產(chǎn)生的熱量Q＝2I2Rt1＝

⑧第十八頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十八頁，編輯于星期四：二十點三十三分。1－1如圖12－2－4所示，固定在水平桌面上的金屬架cdef，處在一豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度的大小為B0，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦地滑動，此時adeb構成一個邊長為l的正方形，金屬棒的電阻為r，其余部分的電阻不計．從t＝0時刻起，磁場開始均勻增加，磁感應強度變化率的大小為k(k＝)．求：用垂直于金屬棒的水平拉力F使金屬棒保持靜止，寫出F的大小隨時間t變化的關系式．第十九頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第十九頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：閉合回路adeb產(chǎn)生的感應電動勢為E＝ S＝kl2回路中的電流為I＝因為金屬棒始終靜止，在t時刻磁場的磁感應強度為B＝B0＋kt，所以F＝F安＝BIl＝答案：F＝

第二十頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十頁，編輯于星期四：二十點三十三分?！纠?】如圖12－2－5所示，一直導體棒質量為m、長為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內間距也為l的光滑平行導軌上，并與之密接，棒左側兩導軌之間連接一可控制的負載電阻(圖中未畫出)，導軌置于勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，方向垂直于導軌所在平面．開始時，給導體棒一個平行于導軌的初速度v0，在棒的運動速度由v0減小至v1的過程中，通過控制負載電阻的阻值使棒中的電流強度I保持恒定．導體棒一直在磁場中運動．若不計導軌電阻，求：第二十一頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十一頁，編輯于星期四：二十點三十三分。(1)此過程中導體棒所受安培力；(2)此過程中導體棒上感應電動勢的平均值；(3)此過程中負載電阻上消耗的平均功率．第二十二頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十二頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：(1)導體棒所受的安培力為F＝IBl.(2)該力大小不變，棒做勻減速運動，因此在棒的速度從v0減小至v1的過程中，平均速度為當棒的速度為v時，感應電動勢的大小為E＝Blv

棒中的平均感應電動勢為E＝

解得：第二十三頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十三頁，編輯于星期四：二十點三十三分。(3)導體棒中消耗的熱功率為P1＝I2r負載電阻上消耗的平均功率為P2＝

解得：

在此過程中導體棒及負載電阻上產(chǎn)生的總熱量是多少？解析：由能量轉化守恒定律得：Q＝

答案：

第二十四頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十四頁，編輯于星期四：二十點三十三分。2－1在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強磁場中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L＝0.4m，如圖12－2－6所示，框架上放置一質量為0.05kg，電阻為1Ω的金屬桿cd，框架電阻不計．若cd桿以恒定加速度a＝2m/s2，由靜止開始做勻變速運動，則 (1)在5s內平均感應電動勢是多少？ (2)第5s末，回路中的電流多大？ (3)第5s末，作用在cd桿上的水平外力多大？第二十五頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十五頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：(1)5s內的位移x＝at2＝25m5s內的平均速度＝5m/s(也可用 求解)故平均感應電動勢 ＝0.4V.(2)第5s末：v＝at＝10m/s此時感應電動勢：E＝BLv則回路電流為：I＝ A＝0.8A.(3)桿勻加速運動，則F－F安＝ma即F＝BIL＋ma＝0.164N.答案：(1)0.4V

(2)0.8A

(3)0.164N第二十六頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十六頁，編輯于星期四：二十點三十三分?！纠?】如圖12－2－7(a)、(b)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A的電阻，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則() A．在電路(a)中，斷開S，A將漸漸變暗 B．在電路(a)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗 C．在電路(b)中，斷開S，A將漸漸變暗 D．在電路(b)中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗第二十七頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十七頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：在(a)電路中，燈A和線圈L串聯(lián)，它們的電流相同，斷開S時，線圈上產(chǎn)生自感電動勢，阻礙原電流的減小，但流過燈A的電流仍逐漸減小，從而燈A只能漸漸變暗．(b)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，電源不再給燈供電，而線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的減小，通過R、A形成回路，燈A中電流突然變大，燈A變得更亮，然后漸漸變暗．故A、D正確．第二十八頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十八頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解決此類問題的關鍵：1．正確理解通電自感和斷電自感現(xiàn)象中自感電動勢對“原電流的變化”的阻礙作用，即延緩原電流的變化．2．純電感線圈在電流穩(wěn)定時相當于一根短路導線，非純電感線圈在電流穩(wěn)定時相當于一定值電阻．第二十九頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第二十九頁，編輯于星期四：二十點三十三分。3－1(2010·北京東城區(qū)第一次模擬)如圖12－2－8所示的電路，電源電動勢為E，線圈L的電阻不計．以下判斷正確的是() A．閉合S，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓為E B．閉合S，穩(wěn)定后，電容器的a極板帶正電 C．斷開S的瞬間，電容器的a極板將帶正電 D．斷開S的瞬間，電容器的a極板將帶負電第三十頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第三十頁，編輯于星期四：二十點三十三分。解析：由題意及自感現(xiàn)象規(guī)律可知，當開關S閉合且電路穩(wěn)定后，電容器與線圈L并聯(lián)，由于線圈的直流電阻不計，所以兩端電壓為零，故A、B兩項錯誤；斷開S的瞬間，由自感規(guī)律可知，線圈中要產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢引起的感應電流的方向與原電流的方向一致，因而電容器的a極板將帶正電，故C項正確．答案：C第三十一頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第三十一頁，編輯于星期四：二十點三十三分。勻強磁場的磁感應強度為B，方向豎直向上，在磁場中有一個總電阻為R，每邊長為L的正方形金屬框abcd，其中ab、cd邊的質量為m，其他兩邊質量不計，cd邊裝有固定的水平軸，現(xiàn)將金屬框從水平位置無初速度釋放，如12－2－9所示．若不計一切摩擦，金屬框經(jīng)時間t剛好到達豎直面位置a′b′cd.若在時間t內金屬框產(chǎn)生的焦耳熱為Q，求：ab邊在最低位置時受到的磁場力為多大？有三位學生對此題分別解答如下．請分析這三位同學的解答是否正確，并指出錯誤的原因或出錯的知識點．如果都不正確，請給出正確解答.第三十二頁，編輯于星期一：十三點五十八分。第三十二頁，編輯于