2025年高考物理一輪總復習課件 第12章 第30講 法拉第電磁感應定律、自感和渦流

第十二章電磁感應第30講法拉第電磁感應定律、自感和渦流知識梳理·易錯辨析核心考點·重點突破名師講壇·素養(yǎng)提升提能訓練練案[59]知識梳理·易錯辨析一、法拉第電磁感應定律1．感應電動勢(1)概念：在____________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件：只要穿過回路的__________發(fā)生變化，就能產(chǎn)生感應電動勢，與電路是否閉合無關(guān)。(3)方向判斷：產(chǎn)生感應電動勢的那部分電路(導體或線圈)相當于電源，電源的正、負極可由____________或____________判斷。電磁感應磁通量右手定則楞次定律2．法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的__________________成正比。(3)感應電流與感應電動勢的關(guān)系：遵循閉合電路的________定律，即I＝_______。磁通量的變化率歐姆3．導體切割磁感線的情形(1)垂直切割：E＝__________，式中l(wèi)為導體切割磁感線的有效長度。(2)不垂直切割：E＝____________________，式中θ為v與B的夾角。(3)勻速轉(zhuǎn)動：導體棒在垂直勻強磁場方向以角速度ω繞一端轉(zhuǎn)動切割磁感線時，E＝____________。BlvBlvsinθ二、自感、渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1．互感現(xiàn)象兩個互相靠近的線圈，當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的________會在另一個線圈中產(chǎn)生______________。這種現(xiàn)象叫作互感，這種感應電動勢叫作________電動勢。2．自感現(xiàn)象(1)概念：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。磁場感應電動勢互感電流(2)自感電動勢①定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫作______________。②表達式：E＝_________。(3)自感系數(shù)L①相關(guān)因素：與線圈的________、形狀、________以及是否有鐵芯等因素有關(guān)。②單位：亨利(H)，1mH＝__________H,1μH＝__________H。自感電動勢大小匝數(shù)10－310－63．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(chǎn)生____________，這種電流像水中的旋渦，所以叫渦流。4．電磁阻尼導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是________導體的運動。感應電流阻礙5．電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導體運動，在導體中會產(chǎn)生___________使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來。交流感應電動機就是利用____________的原理工作的。6．電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了____________的推廣應用。感應電流電磁驅(qū)動楞次定律1．線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應電動勢越大。(

)2．線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大。(

)3．線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應電動勢也越大。(

)4．線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大。(

)5．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。(

)6．自感電動勢阻礙電流的變化，但不能阻止電流的變化。(

)×√××√√核心考點·重點突破1法拉第電磁感應定律的理解及應用。(能力考點·深度研析)1．感應電動勢方向的確定(1)把產(chǎn)生感應電動勢的那部分電路或?qū)w當作電源的內(nèi)電路，那部分導體相當于電源。(2)感應電動勢的方向與電源內(nèi)部電流的方向一致，電源內(nèi)部電流的方向是由負極(低電勢)流向正極(高電勢)。(3)若電路是不閉合的，則先假設有電流通過，然后應用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向，從而確定電動勢的方向，電源正負極。2．法拉第電磁感應定律的理解3．應用法拉第電磁感應定律的三種情況特別提醒：以上三種情況都只有在B⊥S時才適用。當線框開始向上運動時有mg＝FA【跟蹤訓練】(2022·河北卷)將一根絕緣硬質(zhì)細導線順次繞成如圖所示的線圈，其中大圓面積為S1，小圓面積均為S2，垂直線圈平面方向有一隨時間t變化的磁場，磁感應強度大小B＝B0＋kt，B0和k均為常量，則線圈中總的感應電動勢大小為()DA．kS1

B．5kS2C．k(S1－5S2) D．k(S1＋5S2)(2024·貴州銅仁月考)如圖甲所示，一金屬線圈的橫截面積為S，匝數(shù)為n。t＝0時刻，磁場平行于線圈軸線向左穿過線圈，其磁感應強度B隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。則線圈兩端a和b之間的電勢差Uab()C2導體棒切割磁感線引起的感應電動勢的計算(能力考點·深度研析)1．導體平動切割磁感線時四點注意事項對于導體平動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算式E＝Blv，應從以下幾個方面理解和掌握。(1)正交性：B、l、v三者相互垂直，不相互垂直時，應取垂直的分量進行計算。(2)瞬時性：當v或l變化時，用E＝BLv計算感應電動勢的瞬時值。(3)相對性：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(guān)系。(4)有效性：l為導體切割磁感線的有效長度，即導體在與v垂直的方向上的投影長度，下圖中有效長度分別為：2．導體轉(zhuǎn)動切割磁感線時電動勢的計算當導體棒在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞導體棒上某一點以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，則：(1)以導體棒中點為軸時，E＝0(相同兩段的代數(shù)和)。?考向1平動切割磁感線(2023·遼寧卷)如圖，空間中存在水平向右的勻強磁場，一導體棒繞固定的豎直軸OP在磁場中勻速轉(zhuǎn)動，且始終平行于OP。導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像可能正確的是()C[解析]

如圖所示。導體棒勻速轉(zhuǎn)動，設速度為v，設導體棒從A到C過程，棒轉(zhuǎn)過的角度為θ，則導體棒垂直磁感線方向的分速度為v⊥＝vcosθ，根據(jù)u＝BLv⊥，可知導體棒兩端的電勢差u隨時間t變化的圖像為余弦圖像。故選C。?考向2導體轉(zhuǎn)動切割磁感線BCA．Uac＝2UabB．UaO＝9UcOD．若在eO間連接一個電壓表，則電壓表示數(shù)為零?考向3感生電動勢與動生電動勢同時存在(多選)(2021·湖北適應考)如圖所示，在MN右側(cè)區(qū)域有垂直于紙面向里的勻強磁場，其磁感應強度隨時間變化的關(guān)系為B＝kt(k為大于零的常量)。一高為a、電阻為R的正三角形金屬線框向右勻速運動。在t＝0時刻，線框底邊恰好到達MN處；在t＝T時刻，線框恰好完全進入磁場。在線框勻速進入磁場的過程中()ADA．線框中的電流始終為逆時針方向B．線框中的電流先逆時針方向，后順時針方向3自感現(xiàn)象及應用(基礎考點·自主探究)1．自感現(xiàn)象的四個特點(1)自感電動勢總是阻礙導體中電流的變化。(2)自感電動勢使線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。(3)自感電動勢只是延緩電流的變化，不能使電流停止或反向。(4)電流穩(wěn)定時，自感電動勢消失，自感線圈相當于普通導體。2．通電自感和斷電自感的比較

通電自感斷電自感電路圖器材燈泡A1、A2規(guī)格相同，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)，RL<RA現(xiàn)象S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮開關(guān)S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅【跟蹤訓練】(自感現(xiàn)象)如圖所示的電路中，L1、L2、L3是三個相同的燈泡，電感L的電阻和電源的內(nèi)阻可忽略，D為理想二極管。下列判斷正確的是()CA．開關(guān)S從斷開狀態(tài)突然閉合時，L1逐漸變亮，L2一直不亮，L3立即變亮B．開關(guān)S從斷開狀態(tài)突然閉合時，L1、L2逐漸變亮，L3立即變亮再熄滅C．開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，L1逐漸熄滅，L2突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅，L3立即熄滅D．開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，L1、L2逐漸熄滅，L3突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅[解析]

由于二極管具有單向?qū)щ娦?，所以開關(guān)S從斷開狀態(tài)突然閉合時，二極管不能導通，L2一直不亮；此時L1、L3和L串聯(lián)在同一回路中，L產(chǎn)生自感電動勢阻礙通過其電流增大，所以通過L1和L3的電流逐漸增大，L1和L3均逐漸變亮，故A、B錯誤；開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，通過L3的電流立即變?yōu)榱悖訪3立即熄滅；L產(chǎn)生自感電動勢阻礙通過其電流減小，此時自感電動勢的方向滿足二極管導通的條件，所以L1、L2和L串聯(lián)在同一回路中，通過L1的電流逐漸減小，L1逐漸熄滅，而由于L2開始時不亮，所以L2突然變亮，然后逐漸變暗熄滅，故C正確，D錯誤。(自感現(xiàn)象的圖像問題)某同學想對比自感線圈和小燈泡對電路的影響，他設計了如圖甲所示的電路，電路兩端電壓U恒定，A1、A2為完全相同的電流傳感器。先閉合開關(guān)K得到如圖乙所示的i－t圖像，等電路穩(wěn)定后，斷開開關(guān)(斷開開關(guān)的實驗數(shù)據(jù)未畫出)。下列關(guān)于該實驗的說法正確的是()DA．閉合開關(guān)時，自感線圈中電流為零，其自感電動勢也為零B．圖乙中的a曲線表示電流傳感器A2測得的數(shù)據(jù)C．斷開開關(guān)時，小燈泡會明顯閃亮后逐漸熄滅D．t1時刻小燈泡與線圈的電阻相等[解析]

閉合開關(guān)時，其線圈自感電動勢等于電源電動勢，自感線圈中電流為零，故A錯誤；A2中電流等于自感線圈中電流，自感線圈中電流從零開始逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定，故A2中數(shù)據(jù)應為題圖乙中b曲線，故B錯誤；斷開開關(guān)前，兩支路中電流相等，剛斷開開關(guān)時，回路中的電流不變，故燈泡不會發(fā)生明顯閃亮，而是逐漸熄滅，故C錯誤；t1時刻，兩支路中電壓相等，電流相等，則電阻相等，即小燈泡與線圈的電阻相等，故D正確。4渦流電磁阻尼與電磁驅(qū)動(基礎考點·自主探究)電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較

電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點成因由于導體在磁場中運動而產(chǎn)生感應電流，從而使導體受到安培力由于磁場相對導體運動引起穿過導體的磁通量變化而產(chǎn)生感應電流，從而使導體受到安培力效果安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動

電磁阻尼電磁驅(qū)動不同點能量轉(zhuǎn)化導體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導體的機械能，從而對外做功相同點兩者都是電磁感應現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動【跟蹤訓練】(渦流和電磁驅(qū)動)(多選)1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”。實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后。下列說法正確的是()ABA．圓盤上產(chǎn)生了感應電動勢B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動C．在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導致磁針轉(zhuǎn)動[解析]

圓盤在轉(zhuǎn)動中由于半徑方向的金屬條切割磁感線，從而在圓心和邊緣之間產(chǎn)生了感應電動勢，故A項正確；圓盤在徑向的金屬條切割磁感線過程中，內(nèi)部距離圓心遠近不同的點電勢不等，從而形成渦流，渦流產(chǎn)生的磁場又導致磁針轉(zhuǎn)動，故B項正確；由于圓盤面積不變，距離磁鐵的距離不變，故整個圓盤中的磁通量沒有變化，故C項錯誤；電流形成是自由電子的定向移動，圓盤本身沒有多余的電荷，圓盤轉(zhuǎn)動不會產(chǎn)生電流，故D項錯誤。(渦流和電磁阻尼)(多選)如圖所示為磁控健身車的車輪處的結(jié)構(gòu)示意圖，在金屬飛輪的外側(cè)有磁鐵與飛輪不接觸，人用力蹬車帶動飛輪旋轉(zhuǎn)時，需要克服磁鐵對飛輪產(chǎn)生的阻力，通過調(diào)節(jié)旋鈕拉線可以實現(xiàn)不同強度的健身需求(當拉緊旋鈕拉線時可以減小磁鐵與飛輪間的距離)，下列說法正確的是()ADA．飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力B．人蹬車頻率一定時，拉緊旋鈕拉線，飛輪受到的阻力減小C．控制旋鈕拉線不動時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，受到的阻力越小D．控制旋鈕拉線不動時，飛輪轉(zhuǎn)速越大，內(nèi)部的渦流越強[解析]

飛輪在磁場中做切割磁感線的運動，會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，根據(jù)楞次定律可知，磁場會對運動的飛輪產(chǎn)生阻力，以阻礙飛輪與磁場之間的相對運動，所以飛輪受到