高中物理復(fù)習(xí)12-2第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象課件

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感現(xiàn)象課

程

標(biāo)

準(zhǔn)素

養(yǎng)

目

標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解法拉第電磁感應(yīng)定律．2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象．3.能舉例說(shuō)明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用．物理觀念：法拉第電磁感應(yīng)定律、渦流、電磁驅(qū)動(dòng)、電磁阻尼、自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象．科學(xué)思維：利用磁場(chǎng)、磁感線等模型綜合分析電磁感應(yīng)問(wèn)題，從能量角度利用楞次定律分析問(wèn)題，從動(dòng)量角度分析電磁感應(yīng)類(lèi)問(wèn)題．考點(diǎn)一考點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)概念：在____________現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)．(2)產(chǎn)生條件：穿過(guò)回路的________發(fā)生改變，與電路是否閉合________．(3)“方向”判斷：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用________或________判斷．在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極電磁感應(yīng)磁通量無(wú)關(guān)楞次定律右手定則

變化率歐姆

例1[2023·湖北卷]近場(chǎng)通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊，其天線類(lèi)似一個(gè)壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大．如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長(zhǎng)分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時(shí)與內(nèi)部線圈絕緣．若勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直通過(guò)此線圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最接近(

)A．0.30VB．0.44VC．0.59VD．4.3V答案：B

例2[2023·天津卷]如圖，有一正方形線框靜止懸掛著，其質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)為l.空間中有一個(gè)三角形磁場(chǎng)區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝kt(k>0)，方向垂直于線框所在平面向里，且線框中磁場(chǎng)區(qū)域的面積為線框面積的一半，已知重力加速度為g，求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E；(2)線框開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻t0.

考點(diǎn)二考點(diǎn)二導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)【必備知識(shí)·自主落實(shí)】導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)若B、l、v相互垂直，則E＝Blv．

v是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度(2)v∥B時(shí)，E＝0.(3)公式中l(wèi)為有效長(zhǎng)度，示例圖：【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小計(jì)算切割方式表達(dá)式垂直切割E＝Blv傾斜切割E＝Blvsinθ，其中θ為v與B的夾角旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“方向”判斷(1)把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分電路或?qū)w當(dāng)作電源的內(nèi)電路，那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源．(2)若電路是不閉合的，則先假設(shè)有電流通過(guò)，然后應(yīng)用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向．(3)電源內(nèi)部電流的方向是由負(fù)極(低電勢(shì))流向正極(高電勢(shì))，外電路順著電流方向每經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻電勢(shì)都要降低．考向1導(dǎo)體棒平動(dòng)切割磁感線例3如圖所示，水平面內(nèi)光滑的平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，左端接電阻R，導(dǎo)軌上靜止放有一金屬棒．正方形虛線框內(nèi)有豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)正以速度v勻速向右移動(dòng)，則(

)A．電阻R兩端的電壓恒為BLvB．電阻R中有從a向b的電流C．導(dǎo)體棒以速度v向左運(yùn)動(dòng)D．導(dǎo)體棒也向右運(yùn)動(dòng)，只是速度比v小答案：D解析：根據(jù)楞次定律，磁場(chǎng)正以速度v勻速向右移動(dòng)，磁通量減小，則導(dǎo)體棒也向右運(yùn)動(dòng)，阻礙磁通量的減小，但由于要產(chǎn)生感應(yīng)電流，棒的速度比v小，C錯(cuò)誤，D正確；由此可認(rèn)為磁場(chǎng)不動(dòng)棒向左切割，感應(yīng)電流方向從b向a流過(guò)R，B錯(cuò)誤；產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小看棒與磁場(chǎng)的相對(duì)速度，故電阻R兩端的電壓小于BLv，A錯(cuò)誤．故選D.考向2導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線例4[2023·江蘇卷]如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，OC導(dǎo)體棒的O端位于圓心，棒的中點(diǎn)A位于磁場(chǎng)區(qū)域的邊緣．現(xiàn)使導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．O、A、C點(diǎn)電勢(shì)分別為φO、φA、φC，則(

)A．φO>φCB．φC>φAC．φO＝φAD．φO－φA＝φA－φC答案：A解析：由題圖可看出OA導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，則根據(jù)右手定則可知φO>φA，其中導(dǎo)體棒AC段不在磁場(chǎng)中，不切割磁感線，電動(dòng)勢(shì)為零，該段為等勢(shì)體，則φC＝φA，A正確，B、C錯(cuò)誤；根據(jù)以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，則φO－φA>φA－φC，D錯(cuò)誤．故選A.例5(多選)[2024·廣東汕頭統(tǒng)考三模]如圖甲是法拉第發(fā)明的銅盤(pán)發(fā)電機(jī)，也是人類(lèi)歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)．利用這個(gè)發(fā)電機(jī)給平行金屬板電容器供電，如圖乙．已知銅盤(pán)的半徑為L(zhǎng)，加在盤(pán)下側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，每塊平行板長(zhǎng)度為d，板間距離也為d，板間加垂直紙面向內(nèi)、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．

答案：BCD

考點(diǎn)三考點(diǎn)三

自感和渦流電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1．自感現(xiàn)象(1)概念：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的________的磁場(chǎng)在線圈本身激發(fā)出____________，這種現(xiàn)象稱(chēng)為自感．(2)自感電動(dòng)勢(shì)

滿足法拉第電磁感應(yīng)定律①定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫作____________．②表達(dá)式：E＝________．(3)自感系數(shù)L①相關(guān)因素：與線圈的________、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)．②單位：亨利(H)，1mH＝________H，1μH＝10－6H．2．渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流，看起來(lái)就像水中的漩渦，所以叫渦流．變化感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)

大小10－33．電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較

電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)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(yīng)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對(duì)外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1．自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)(1)自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化．(2)通電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(shí)，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(dòng)勢(shì)只是延緩了過(guò)程的進(jìn)行，但它不能使過(guò)程停止，更不能使過(guò)程反向．2．自感現(xiàn)象中燈泡“閃亮”與“不閃亮”的原因項(xiàng)目與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時(shí)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(shí)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考向1自感現(xiàn)象例6[2023·北京卷]如圖所示，L是自感系數(shù)很大、電阻很小的線圈，P、Q是兩個(gè)相同的小燈泡，開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)，P燈微亮，Q燈正常發(fā)光，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)(

)A．P與Q同時(shí)熄滅B．P比Q先熄滅C．Q閃亮后再熄滅D．P閃亮后再熄滅答案：D解析：由題知，開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，由于L的電阻很小，Q燈正常發(fā)光，P燈微亮，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)前通過(guò)Q燈的電流遠(yuǎn)大于通過(guò)P燈的電流，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，Q所在電路未閉合，立即熄滅，由于自感，L中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與P組成閉合回路，故P燈閃亮后再熄滅．故選D.例7(多選)[2024·湖南校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)]相同的電燈A1、A2和自感系數(shù)較大的電感線圈L接入如圖甲的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)．閉合開(kāi)關(guān)S待電路穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)時(shí)，t1時(shí)刻斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，t2時(shí)刻整個(gè)電路的電流均為零．t1前后通過(guò)電燈A2的電流—時(shí)間(iA2-t)圖像如圖乙，用I1和I2分別表示開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)瞬間通過(guò)電燈A2的電流大小．下列說(shuō)法正確的是(

)A．電感線圈的直流電阻不可忽略B．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S后，電燈A1、A2電流大小始終相等C．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S后，流過(guò)電燈A2的電流方向向左D．線圈的自感系數(shù)是由線圈本身決定，與是否有鐵芯無(wú)關(guān)答案：AB解析：因?yàn)橄嗤碾姛鬉1、A2，電路穩(wěn)定，由圖像可知通過(guò)電感線圈L支路的電流小于通過(guò)電燈A2支路的電流，所以電感線圈的直流電阻不可忽略，A正確；穩(wěn)定后當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)瞬間，由于線圈的自感現(xiàn)象，線圈中的電流只能逐漸減小，線圈L、電燈A1、A2構(gòu)成閉合回路，兩燈都過(guò)一會(huì)兒再熄滅，電燈A1、A2電流大小始終相等，且流過(guò)燈A2的電流方向向右，故B正確，C錯(cuò)誤；有鐵芯時(shí)線圈的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵芯時(shí)要大得多，D錯(cuò)誤．故選AB.考向2渦流現(xiàn)象例8[2023·全國(guó)乙卷]一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行了如下比較實(shí)驗(yàn)．用圖(a)所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機(jī)玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通．兩管皆豎直放置，將一很小的強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端．實(shí)驗(yàn)中電流傳感器測(cè)得的兩管上流過(guò)漆包線的電流I隨時(shí)間t的變化分別如圖(b)和圖(c)所示，分析可知(

)A.圖(c)是用玻璃管獲得的圖像B．在鋁管中下落，小磁體做勻變速運(yùn)動(dòng)C．在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D．用鋁管時(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的短答案：A解析：強(qiáng)磁體在鋁管中運(yùn)動(dòng)，鋁管會(huì)形成渦流，玻璃是絕緣體，故強(qiáng)磁體在玻璃管中運(yùn)動(dòng)，玻璃管不會(huì)形成渦流．強(qiáng)磁體在鋁管中加速后很快達(dá)到平衡狀態(tài)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而玻璃管中的磁體則一直做加速運(yùn)動(dòng)，故由圖像可知圖(c)的脈沖電流峰值不斷增大，說(shuō)明強(qiáng)磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運(yùn)動(dòng)情況相符，A正確；在鋁管中下落，脈沖電流的峰值一樣，磁通量的變化率相同，故小磁體做勻速運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；在玻璃管中下落，玻璃管為絕緣體，線圈的脈沖電流峰值增大，電流不斷在變化，故小磁體受到的電磁阻力在不斷變化，C錯(cuò)誤；強(qiáng)磁體分別從管的上端由靜止釋放，在鋁管中，磁體在線圈間做勻速運(yùn)動(dòng)，玻璃管中磁體在線圈間做加速運(yùn)動(dòng)，故用鋁管時(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的長(zhǎng)，D錯(cuò)誤．故選A.考向3電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)例9[2023·浙江1月]如圖甲所示，一導(dǎo)體桿用兩條等長(zhǎng)細(xì)導(dǎo)線懸掛于水平軸OO′，接入電阻R構(gòu)成回路．導(dǎo)體桿處于豎