2020版高考物理总复习第十章第2节法拉第电磁感应定律教学案新人教版.docx

第2节法拉第电磁感应定律【p183】夯实基础1感应电动势：在_电磁感应现象_中产生的电动势，依产生的方式不同，它可分为感生电动势和动生电动势两类产生感应电动势的那部分导体就相当于_电源_，导体的电阻相当于_电源内阻_2感应电流与感应电动势的关系：遵守_闭合电路欧姆_定律，即对纯电阻电路有：_I_3法拉第电磁感应定律(1)内容：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)感生电动势的计算公式：E_n_其中n为线圈匝数依此式得到的是感生电动势的平均值考点突破例1如图所示，闭合软导线摆成边长为L的正方形置于光滑水平面上，软导线所在空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，软导线的电阻率为，横截面积为S.从t0时刻起磁感应强度随时间开始变化，变化规律是BB0kt，当软导线达到稳定形状时，磁场方向仍然垂直纸面向里，则()A软导线稳定时成圆形B稳定时软导线中的电流为C从t0时刻起到磁感应强度减为零的过程，通过软导线某个横截的电荷量为D若磁感应强度减为零后按照Bkt的规律反向增加，软导线围成的面积有扩大的趋势【解析】周长相等时，圆形面积最大，原磁场在均匀减小，根据楞次定律“增缩减扩”的原理，软导线稳定时成圆形，A正确；根据4L2r可得，r，圆的面积S0r2，感应电动势大小为E，稳定时软导线中的电流为I，其中R，联立可得电流I，B正确；如果磁感应强度保持B0不变，仅改变线圈形状，q，C错误；磁感应强度减为零后按照Bkt规律反向增加，软导线围成的面积有变小趋势，D错误【答案】AB【小结】对法拉第电磁感应定律的理解(对于某一线圈)针对训练1如图所示，矩形线圈的面积为S，共有N匝，总电阻为R.垂直于线圈平面的磁场在均匀变化线圈与水平放置相距为d的两平行金属板M、N相连，M、N间有匀强磁场B.一电子以速度v射入两板间，要使电子能匀速向右运动，则线圈内的磁场将如何变化？【解析】电子向右匀速运动，根据左手定则判断电子受洛伦兹力方向向上，那么电场力的方向应向下电场方向向上，N板应带正电，M板带负电只有矩形线圈中的磁场均匀增加时，根据楞次定律，才可能产生的感应电动势使M板带负电，N板带正电因为电子匀速通过电磁场区域，则Beve即EBvd而EN将式联立，得Bvd，则只有矩形线圈中的磁场以的变化率均匀增加，才能使电子向右匀速运动2如图甲，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置若A线圈中通有如图乙所示的变化电流i，则下列说法正确的是(B)At1到t2时间内B线圈电流方向与A线圈内电流方向相反Bt1到t3时间内B线圈电流方向一直没有发生变化Ct1时刻两线圈间作用力最大Dt2时刻两线圈间作用力最大【解析】在t1到t2时间内，若设逆时针(从左向右看)方向为正，则线圈A电流方向逆时针且大小减小，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，出现相互吸引现象，故A错误；由上可知在t1到t2时间内，线圈B的电流方向逆时针方向，在t2到t3时间内，线圈A电流方向顺时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，所以在t1到t3时间内B线圈电流方向一直没有发生变化，故B正确；由题意可知，在t1时刻，线圈A中的电流最大，而磁通量的变化率为零，所以线圈B感应电流为零，因此两线圈间作用力为零，故C错误；在t2时刻，线圈A中的电流为零，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流也是最大，但A、B间的相互作用力为零，故D错误【p184】夯实基础动生电动势的计算1一般公式：如图所示，运动速度v和磁感线方向夹角为，则E_Blvsin_.动生电动势的一般计算公式EBlvsin 可以由法拉第电磁感应定律公式E推导出来，所以法拉第电磁感应定律是普遍适用的规律，对一切电磁感应现象都适用，动生电动势的计算公式EBlvsin 只是一个特例2常用公式：导体与磁感线垂直，运动速度v和磁感线方向垂直，则E_Blv_(1)在EBlv中(要求Bl、Bv、lv，即B、l、v三者两两垂直)，式中的l应该取与B、v均垂直的有效长度(所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度，下图中的有效长度均为ab的长度)(2)公式EBlv中，v是相对磁场的速度若v为平均速度，则E为平均电动势；若v为瞬时速度，则E为瞬时电动势3导体棒在磁场中转动导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生的感应电动势EBlv_Bl2_(平均速度等于中点位置线速度l)考点突破例2如图所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E，将此棒弯成两段长度相等且相互成1200角的折弯，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为E，等于()A. B. C1 D.【解析】设金属棒的长度为L，左侧的金属棒有效的切割长度为L，垂直切割磁感线，产生的感应电动势为EBLv，右侧的金属棒有效的切割长度为L，垂直切割磁感线，产生的感应电动势为EBLv，则，故选项B正确【答案】B针对训练3如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合；磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里，磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度匀速转动半周，在线框中产生感应电流现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率的大小应为(A)A. B. C. D. 【解析】若要电流相等，则产生的电动势相等设半圆半径为L，从静止开始绕过圆心O以角速度匀速转动时，线框中产生的感应电动势大小为EB0L2；根据法拉第定律得ESL2；联立得，故A正确4(多选)把一块金属板折成U形的金属槽，截面MNPQ(正视图)如图所示，放置在方向垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中，并以速率v1水平向左匀速运动一带电微粒从槽口左侧以速度v2射入，恰能做匀速圆周运动，下列说法正确的是(ABD)A微粒一定带负电B微粒的比荷C微粒做圆周运动的周期为TD微粒做圆周运动的半径为r【解析】金属槽在匀强磁场中向左匀速运动时，将切割磁感线，上、下两板间产生电势差，由右手定则可判断出上板为正，下板为负，板间电场方向向下微粒进入槽后做匀速圆周运动，重力与电场力平衡，电场力方向向上，与电场方向相反，所以微粒带负电，故A正确板间场强EBv1；因为微粒做匀速圆周运动，则重力等于电场力，方向相反，故有mgqE，得比荷，故B正确向心力由洛伦兹力提供，得到qv2Bm，得r，周期T，故C错误，D正确5用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框a、b、c、d，以相同的水平速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是(B)AUaUbUcUd BUaUbUdUcCUaUbUcUd DUbUaUdUc【解析】在线框进入磁场的过程中，MN两端的电压等于线框回路中的路端电压，根据线框长度和电阻的关系依据闭合电路欧姆定律，可知UaBlv，UbBlv，UcB2lvBlv，UdB2lvBlv，所以UaUbUdI1B与I1、I2大小无关，但必须使线圈自感系数L足够大C自感系数L越大，切断时间越短，则I2也越大D不论自感系数L多大，开关S断开后I2只能减小，不会增大【解析】当断开开关，因为线圈阻碍作用，A这一支路电流立即消失，因为线圈阻碍电流的减小，所以通过L的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且A和L构成回路，通过L的电流也流过A，且为使小灯泡能比原来更亮一些，必须使I1I2，B、C错误，A、D正确7焊接无缝钢管需要先用感应加热的方法对焊口两侧进行预热如图所示，将被加热管道置于感应线圈中，当感应线圈中通以电流时管道发热，则下列说法中正确的是(B)A感应线圈电阻越大，加热效果越好B感应线圈中电流应该采用高频交流电C塑料管道用这种感应加热焊接的方式更容易实现D感应线圈加热管道产生热量不符合焦耳定律【解析】当增大感应线圈电阻，相当于减小了交流电的电流，电流的峰值变小，在频率不变的情况下，单位时间电流的变化量变小，即电流的变化率变小，则磁场的变化率变小，磁通量的变化率变小，加热效果减弱，故A错误；高频焊接利用高频交变电流产生高频交变磁场，在焊接的金属工件中就产生感应电流，根据法拉第电磁感应定律分析可知，电流变化的频率越高，磁通量变化频率越高，产生的感应电动势越大，感应电流越大，焊缝处的温度升高的越快，故B正确；采用塑料管不可能在焊缝中产生电流，故C错误；感应加热是利用电磁感应现象，产生涡流而发热，不是利用线圈电阻产生的焦耳热直接焊接的，仍然符合焦耳定律，故D错误考 点 集 训【p334】A组1(多选)如图所示电路中，电源电动势为E(内阻不可忽略)，线圈L的电阻不计以下判断正确的是(BC)A闭合S稳定后，电容器两端电压为EB闭合S稳定后，电容器的a极板带负电C断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右D断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右【解析】闭合S稳定后，L相当于一段导线，R1被短路，所以C两端的电压等于R2两端的电压，故A错误；由图知b板带正电，故B正确；断开S的瞬间，L相当于电源，与R1组成回路，R1中电流方向自左向右，故C正确；断开S的瞬间，电容器放电，R2中电流向左；故D错误2(多选)将一铜圆盘置入如图所示的不同磁场中，磁感线和盘面垂直，若给盘一初始角速度使其绕过圆心垂直于纸面的轴转动，不计摩擦和空气阻力，圆盘能停下来的是(ABD)【解析】将圆盘看成过圆心的若干个导体棒，当圆盘转动时，等效成切割磁感应线，从而产生感应电流，受到安培力作用因磁场的不均匀，导致等效棒产生的感应电动势不能相互抵消，从而出现感应电流，受到安培力作用，则圆盘最终会停止，故A正确；因磁场的不均匀，且只有一半，从而出现感应电流，受到安培力作用，则圆盘最终会停止，故B正确；因磁场均匀，那么圆盘中没有感应电流，不会受到安培力的作用，则圆盘不会停止，故C错误；虽磁场均匀，但只有一半，因此圆盘中出现感应电流，受到安培力作用，则圆盘最终会停止，故D正确3(多选)如图甲所示，水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根光滑的导体棒ab、cd，两棒间用绝缘丝线系住已知平行导轨MN、PQ间距为L1，导体棒ab、cd间距为L2，导轨电阻可忽略，每根导体棒在导轨之间的电阻为R.开始时匀强磁场垂直纸面向里，磁感强度B随时间t的变化如图乙所示则以下说法正确的是(CD)A在0t0时间内回路电流方向是abdcaB在t0时刻回路中产生的感应电动势EC在0t0时间内导体棒中电流为D在时刻绝缘丝线所受拉力为【解析】0t0时间内磁感应强度减小，根据楞次定律，回路内产生的感应电流方向为顺时针方向，即电流方向是acdba，故A错误；由图乙可知，磁感应强度的变化率：，回路面积SL1L2，在t0时刻回路中产生的感应电动势：ESL1L2，故B错误；0t0时间内回路中产生的感应电流大小：I，故C正确；在时刻绝缘丝线所受拉力为IL1，故D正确4(多选)图甲为磁控健身车，图乙为其车轮处结构示意图，在金属飞轮的外侧有磁铁与飞轮不接触，人用力蹬车带动飞轮旋转时，需要克服磁铁对飞轮产生的阻碍，通过调节旋钮拉线可以实现不同强度的健身需求(当拉紧旋钮拉线时可以减小磁铁与飞轮间的距离)，下列说法正确的是(AD)A飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力B人蹬车频率一定时，拉紧旋钮拉线，飞轮受到的阻力越小C控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，受到的阻力越小D控制旋钮拉线不动时，飞轮转速越大，内部的涡流越强【解析】飞轮在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的飞轮产生阻力，以阻碍飞轮与磁场之间的相对运动，所以飞轮受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，故A正确；拉紧旋钮拉线，磁铁越靠近飞轮，飞轮所在处的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大；飞轮受到的阻力越大，故B错误；控制旋钮拉线不动时，则有磁铁和飞轮间的距离一定，飞轮转速越大，根据法拉第电磁感应定律可知，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，内部的涡流越强，故D正确，C错误5图中L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、R0、开关和电池E可构成闭合回路线圈上的箭头表示线圈中电流的正方向，当电流的流向与箭头所示的方向相同时电流为正开关S1和S2都处于断开状态设在t0时刻，接通开关S1，经过一段时间，在tt1时刻，再接通开关S2，则能较正确地表示L中的电流I随时间t的变化的图线是(A)【解析】在t0时刻，接通开关S1，通过线圈的电流从无到有增大，线圈中产生自感电动势，阻碍电流增大，使得线圈中电流只能逐渐增大，而方向不变，仍为正方向当电流稳定后，线圈中不产生自感电动势，电流一定在tt1时刻，再接通开关S2，线圈和R被短路，线圈中电流将要减小，由于自感电动势的阻碍，使得线圈中电流只能逐渐减小到零，根据楞次定律，电流方向与原来方向相同，仍为正方向故选A.6(多选)如图所示，在垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框现用外力使线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动，运动中线框的AB边始终与磁场右边界平行已知ABBCl，线框导线的总电阻为R.则线框离开磁场的过程中(AB)A线框中的电动势随时间均匀增大B通过线框截面的电荷量为C线框所受外力的最大值为D线框中的热功率与时间成正比【解析】三角形线框向外匀速运动的过程中，由于有效切割磁感线的长度lvt，所以线框中感应电动势的大小EBlvBv2t，故选项A正确；线框离开磁场的运动过程中，通过线圈的电荷量QItt，选项B正确；当线框恰好刚要完全离开磁场时，线框有效切割磁感线的长度最大，则FBIl，选项C错误；线框的热功率为PFvBIvtv，选项D错误7如图所示，铜线圈水平固定在铁架台上，铜线圈的两端连接在电流传感器上，传感器与数据采集器相连，采集的数据可通过计算机处理，从而得到铜线圈中的电流随时间变化的图线利用该装置探究条形磁铁从距铜线圈上端某一高度处由静止释放后，沿铜线圈轴线竖直向下穿过铜线圈的过程中产生的电磁感应现象两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流时间图线条形磁铁在竖直下落过程中始终保持直立姿态，且所受空气阻力可忽略不计则下列说法中正确的是(C)A若两次实验条形磁铁距铜线圈上端的高度不同，其他实验条件均相同，则甲图条形磁铁距铜线圈上端的高度大于乙图条形磁铁距铜线圈上端的高度B若两次实验条形磁铁的磁性强弱不同，其他实验条件均相同，则甲图条形磁铁的磁性比乙图条形磁铁的磁性强C甲图条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能小于乙图条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能D两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下【解析】对比图甲和图乙可知，甲中的感应电流小于乙中的，则可知甲图中条形磁铁到达线圈的速度比乙图中的小，则下落的高度比乙中的小，故A错；如果高度相同，故到达的速度相同，则甲中的磁性较弱，故B错；由于两个过程中都有感应电流，要产生焦耳热，则必然有机械能的损耗，感应电流大些，则损耗的机械能相应就大，故C正确；由楞次定律可得，两个过程中所受的安培力均是向上的，则D错B组8(多选)如图所示，在半径为R的半圆形区域内，有磁感应强度为B的垂直纸面向里的有界匀强磁场，PQM为圆内接三角形，且PM为圆的直径，三角形的各边由材料相同的细软弹性导线组成(不考虑导线中电流间的相互作用)设线圈的总电阻为r且不随形状改变，此时PMQ37(取sin 370.6)，下列说法正确的是(AD)A穿过线圈PQM中的磁通量大小为0.96BR2B若磁场方向不变，只改变磁感应强度B的大小，且BB0kt，则此时线圈中产生的感应电流大小为IC保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，线圈中有感应电流且电流方向不变D保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，线圈中会产生焦耳热【解析】穿过线圈PQM中的磁通量大小为BSB2Rcos 372Rsin 370.96BR2，故A正确由BB0kt得，k，根据法拉第电磁感应定律得：感应电动势ES0.96kR2，线圈中产生的感应电流大小为I，故B错误保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，PQM的面积先增大后减小，将产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流方向先沿逆时针方向后沿顺时针方向，而且产生焦耳热，故C错误，D正确9(多选)在如下甲、乙、丙三图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电，丙图中的直流电源电动势为E，除电阻R外，导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长今给导体棒ab一个向右相同的初速度v0，以下说法正确的是(CD)A在导体棒刚开始运动时，甲、乙、丙三种情况中通过电阻R的电流相同B三种情形下导体棒ab最终都将静止C最终只有乙中导体棒ab静止，甲、丙中导体棒ab都将做匀速直线运动D在导体棒ab运动的全部过程中，三个电阻R产生的热量大小是Q甲Q乙Q丙【解析】导体棒刚开始运动时，导体棒产生的感应电动势为EBLv0，乙中，感应电流为I；丙图中，感应电动势与电池的电动势方向相同，感应电流为I，故A错误图甲中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电，当电容器C极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时，电路中没有电流，ab棒不受安培力，向右做匀速运动；图乙中，导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流，通过电阻R转化为内能，ab棒速度减小，当ab棒的动能全部转化为内能时，ab棒静止；图丙中，导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动，速度减为零后再在安培力作用下向左做加速运动，当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时，电路中没有电流，ab棒向左做匀速运动，故B错误，C正确甲中棒的部分动能转化