《2020版高考物理大一轮复习第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流讲义（含解析）教科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理大一轮复习第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律、自感和涡流讲义（含解析）教科版（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲法拉第电磁感应定律、自感和涡流一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势.(2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关.(3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断.2.法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.(2)公式：En，其中n为线圈匝数.(3)感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路的欧姆定律，即I.(4)说明：当仅由B的变化引起时，则En；当仅由S的变化引起时，则En；当由B、S的变化同时引起时，则Enn.磁通量的变化率是t图像上某点切线的斜率.3.导体切
2、割磁感线时的感应电动势(1)导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用EBlv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度；(2)导体棒在磁场中转动时，导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势EBlBl2(平均速度等于中点位置的线速度l).自测1将多匝闭合线圈置于仅随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是()A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案C二、自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动1.自感现象(1)概念：由于导体本
3、身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势.(2)表达式：EL.(3)自感系数L的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关.2.涡流现象(1)涡流：块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的旋涡状感应电流.(2)产生原因：金属块内磁通量变化感应电动势感应电流.3.电磁阻尼导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动.4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而使导体运动起来.自测2(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图1所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此
4、弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有()图1A.选用铜质弦，电吉他仍能正常工作B.取走磁体，电吉他将不能正常工作C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D.弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化答案BCD解析铜质弦为非磁性材料，不能被磁化，选用铜质弦，电吉他不能正常工作，A项错误；若取走磁体，金属弦不能被磁化，其振动时，不能在线圈中产生感应电动势，电吉他不能正常工作，B项正确；由En可知，C项正确；弦振动过程中，穿过线圈的磁通量大小不断变化，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向不断变化，D项正确.命题点一对法拉第电磁感应定律的理解及应用1.求解感
5、应电动势的常见情况情景图研究对象回路(不一定闭合)一段直导线(或等效成直导线)绕一端垂直磁场转动的一段导体棒绕与B垂直的轴匀速转动的导线框表达式EnEBLvsinEBL2ENBSsint(从中性面位置开始计时)2.应用注意点公式En的应用，与B、S相关，可能是B，也可能是S，当Bkt时，kS.例1(多选)(2018全国卷20)如图2甲，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i，i的变化如图乙所示，规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势()图2A.在t时为零B.在t时改变方向C.在t时最大，且沿顺时针方向D.在tT时最大，且沿顺时针方向答
6、案AC解析在t时，it图线斜率为0，即磁场变化率为0，由ES知，E0，A项正确；在t和tT时，it图线斜率的绝对值最大，在t和tT时感应电动势最大.在到之间，电流由Q向P减弱，导线在R处产生垂直纸面向里的磁场，且磁场减弱，由楞次定律知，R产生的感应电流的磁场方向也垂直纸面向里，即R中感应电动势沿顺时针方向，同理可判断在到之间，R中电动势也为顺时针方向，在T到T之间，R中电动势为逆时针方向，C项正确，B、D项错误.变式1(多选)(2019山东省泰安市质检)如图3甲所示，线圈两端a、b与一电阻R相连，线圈内有垂直于线圈平面向里的磁场，t0时刻起，穿过线圈的磁通量按图乙所示的规律变化，下列说法正确的
7、是()图3A.t0时刻，R中电流方向为由a到bB.t0时刻，R中电流方向为由a到bC.0t0时间内R的电流小于t02t0时间内R的电流D.0t0时间内R的电流大于t02t0时间内R的电流答案AC解析由楞次定律可知0t0时间内线圈中的感应电流方向为逆时针方向，t02t0时间内线圈中感应电流的方向为顺时针方向，故A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律：EnnS，可知0t0时间内感应电动势大小是t02t0时间内的，感应电流为I，所以0t0时间内R的电流是t02t0时间内R的电流的，故C正确，D错误.例2轻质细线吊着一质量为m0.42kg、边长为L1m、匝数n10的正方形线圈，其总电阻为r1.在线圈的
8、中间位置以下区域分布着磁场，如图4甲所示.磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示.(g10m/s2)图4(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针；(2)求线圈的电功率；(3)求在t4s时轻质细线的拉力大小.答案(1)逆时针(2)0.25W(3)1.2N解析(1)由楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向.(2)由法拉第电磁感应定律得EnnL20.5V则P0.25W(3)I0.5A，由题图乙可知，t4s时，B0.6T，F安nBILF安Tmg联立解得T1.2N.拓展延伸(1)在例2中磁感应强度为多少时，细线的拉力刚好为0?(2)在例2中求6s内通过线圈横截面的电荷量
9、？答案(1)0.84T(2)3C解析(1)细线的拉力刚好为0时满足：F安mgF安nBIL联立解得：B0.84T(2)q0.56C3C.变式2(多选)(2018湖南省常德市期末检测)图5甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的受电线圈示意图，已知线圈匝数n100、电阻r1、横截面积S1.5103m2，外接电阻R7.线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，则()图5A.在t0.01s时通过R的电流方向发生改变B.在t0.01s时线圈中的感应电动势E0.6VC.在00.02s内通过电阻R的电荷量q1.5103CD.在0.020.03s内R产生的焦耳热为Q1.8103J答案
10、BC解析根据楞次定律可知，在00.01s内和在0.010.02s内电流方向相同，故A错误；在00.02s内，根据法拉第电磁感应定律可知：EnnS10041.5103V0.6V，故B正确；在00.02s内，产生的感应电流为IA0.075A，通过电阻R的电荷量为qIt0.0750.02C1.5103C，故C正确；在0.020.03s内，产生的感应电动势为EnnS10081.5103V1.2V，产生的感应电流为IA0.15A，R上产生的焦耳热为QI2Rt0.15270.01J1.575103J，故D错误.命题点二导体切割磁感线产生感应电动势1.大小计算：切割方式感应电动势的表达式垂直切割EBlv倾斜
11、切割EBlvsin，其中为v与B的夹角旋转切割(以一端为轴)EBl2说明(1)导体与磁场方向垂直；(2)磁场为匀强磁场.2.方向判断：(1)把产生感应电动势的那部分电路或导体当作电源的内电路，那部分导体相当于电源.(2)若电路是不闭合的，则先假设有电流通过，然后应用楞次定律或右手定则判断出电流的方向.(3)电源内部电流的方向是由负极(低电势)流向正极(高电势)，外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低.类型1平动切割磁感线例3(多选)(2017全国卷20)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1m、总电阻为0.005的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场
12、边界平行，如图6甲所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正).下列说法正确的是()图6A.磁感应强度的大小为0.5TB.导线框运动的速度的大小为0.5m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t0.4s至t0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N答案BC解析由Et图像可知，导线框经过0.2s全部进入磁场，则速度vm/s0.5 m/s，选项B正确；由题图乙可知，E0.01V，根据EBlv得，BT0.2T，选项A错误；根据右手定则及正方向的规定可知，磁感应强度的方向垂直于纸
13、面向外，选项C正确；在t0.4s至t0.6s这段时间内，导线框中的感应电流IA2A, 所受的安培力大小为FBIl0.220.1N0.04N，选项D错误.变式3(多选)(2018山东省临沂市上学期期末)如图7所示，矩形线框abcd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，线框ab长为2L，bc长为L，MN为垂直于ab并可在ab和cd上自由滑动的金属杆，且杆与ab和cd接触良好，abcd和MN上单位长度的电阻皆为r.让MN从ad处开始以速度v向右匀速滑动，设MN与ad之间的距离为x(0x2L)，则在整个过程中()图7A.当x0时，MN中电流最小B.当xL时，MN中电流最小C.MN中电
14、流的最小值为D.MN中电流的最大值为答案BCD解析MN中产生的感应电动势为EBLv，MN中电流I，当x0或x2L时，MN中电流最大，MN中电流的最大值为Imax，当xL时，MN中电流最小，MN中电流的最小值为Imin，故A错误，B、C、D正确.类型2转动切割磁感线例4(2018全国卷17)如图8，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位于PQS上，OM与轨道接触良好.空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B(过程).在过程、中，流过OM的电荷量相等，则等于()图8A.B.C.D.2答案B解析在过程中，根据法拉第电磁感应定律，有E1根据闭合电路欧姆定律，有I1且q1I1t1在过程中，有E2I2q2I2t2又q1q2，即所以.变式4(多选)(2016全国卷20)法拉第圆盘发电机的示意图如图9所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片
