高中物理第四章电磁感应第二讲法拉第电磁感应定律自感现象破题致胜复习检测新人教版.docx

第二讲 法拉第电磁感应定律 自感现象自主复习考点一：法拉第电磁感应定律1.公式：【n：线圈的匝数；：磁通量的变化量；：对应于所用的时间；：磁通量的变化率】2.对公式的理解 适用于单匝线圈，多匝线圈每匝间是串联的，故有 公式可用于任何原因引起的电动势，回路不要求闭合 E由n及决定，、与无关 较长时，E为时间内的平均值，时, E为瞬时值 -图像上，某点切线斜率表示该时刻的瞬时值； 某两点连线的斜率表示该段时间内的平均值 当B变化引起感应电动势时，E是整个回路中的感应电动势，不是某部分导体产生的感应电动势，但在处理时习惯上仍将处于磁场内的部分作为电源，其余部分作为外电路解题指导：当仅由B的变化引起时，当仅由S的变化引起时，二者都变化时，例题1. 如图所示，用同样的导线制成的两闭合线圈A、B，匝数均为20匝，半径rA=2rB，在线圈B所围区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场，则线圈A、B中产生感应电动势之比EA：EB和两线圈中感应电流之比IA：IB分别为（ ） A1：1 1：2 B1：1 1：1 C1：2 1：2 D1：2 1：1根据电阻定律，相同，则电阻之比 RA：RB=rA：rB=2：1根据欧姆定律得，产生的感应电流之比IA：IB=1：2【答案】A例题2. 如图甲所示,一个电阻值为R,匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路.线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示.图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计.求0至t1时间内()通过电阻R1上的电流大小和方向;()通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量. 【答案】() () 例题3. 如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长Ia=3Ib,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则( ) A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为9:1C.a、b线圈中感应电流之比为3:4D.a、b线圈中电功率之比为3:1 【答案】B 考点二：导体切割磁感线产生的电动势1.公式：2.方向：可由右手定则判定，四指的指向为低电势到高电势3.有效性：L是导体的有效长度，即导体两端点连线在垂直于B、v方向上的投影长度 在计算回路中电流时，L是接入回路中的长度 L是处于磁场中的长度 解题指导：使用条件：匀强磁场；平动切割（棒上各点速度相同）；B、L、v三者相互垂直，不垂直时取垂直分量，任意两者平行时E=0 例题1：如图所示,P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为L1,处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中.一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上,在外力作用下向左做匀速直线运动.质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内,两顶点a、b通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里,金属框恰好处于静止状态.不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力. (1)通过ab边的电流Iab是多大？(2)导体杆ef的运动速度v是多大？ 【答案】(1) (2) 例题2：如图所示, 平行金属导轨AGT和DEF足够长,导轨宽度L=2.0m,电阻不计, AG和DE部分水平、粗糙;GT和EF部分光滑、倾斜,倾角=53,整个空间存在垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=l.0T.金属杆M质量m1=2.0kg,电阻R1=l,轻弹簧K-端固定于O点,O点在bb中点的正上方,另一端系于金属杆M的中点,轻弹簧劲度系数k=30N/m,金属杆M初始在图中aa位置静止,弹簧伸长量l=0.2m,与水平方向夹角=60,ab=bc=ab=bc.另一质量m2=1.0kg,电阻R2=2的金属杆P从导轨GT和EF上的ss位置静止释放,后来金属杆M开始滑动,金属杆P从开始下滑x=达到平衡状态,此时金属杆M刚好到达cc位置静止,已知重力加速度g=10m/s2,求:(1)金属杆P的最终速度大小;(2)金属杆M在cc位置静止时所受的摩擦力;(3)从金属杆P开始运动到达到平衡状态的过程中,若金属杆M克服摩擦力做功Wf=2J则金属杆P上产生的热量是多少. 【答案】(1)6m/s(2)f=1.8N,方向水平向左(3) 考点三：自感现象1.自感电路中阻碍自感电流变化的原因（1）当自感电路中电流增大时，增大的电流的能量转化为自感线圈中的磁场能量，而表现出阻碍这种增大的现象。（2）当自感电路中电流减小时，自感线圈储存的磁场能量会释放出来，转化为电流的能量，而表现出阻碍这种减小的现象2.分析自感支路对其他并联支路的影响的方法（1）当电源接通，自感电路中电流由零开始增大的瞬时，相当于此电路中电阻突然增大到极大，等效于该支路在瞬间断开（2）当电源断开，通过自感线圈的电流从原来的数值沿原来的方向逐渐减小到零。此时自感线圈相当于一个电源，由此确定其他支路的电路结构，确定电流分配，再比较各支路中电流与原来电流的大小、方向关系，进而得出结论。（3）当电路结构改变时，首先分析电路结构改变前后稳定时各支路中的电流，再分析各支路中电流变化情况：不受自感影响的支路中电流从原来数值与方向突变到新的数值与方向，受自感影响的支路电流有一个渐变的过程，仍需抓住通过线圈的电流是从原来的数值沿原来的方向逐渐变化到新的数值与方向解题指导：开关断开后，若通过自感线圈中的电流仍能形成通路，则流过自感线圈中的电流将从原来的数值沿原来的方向流动，流动中电流逐渐减小到零,断电的线圈可等效为一个电源，其电动势大小与其外电路有关，与通电线圈中电流有关。例题1：如图所示的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计.开关K从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有( ) A.a先变亮，然后逐渐变暗B.b先变亮，然后逐渐变暗C.c先变亮，然后逐渐变暗D.b、c都逐渐变暗 【答案】AD例题2. 如图所示，电路中A、B是完全相同的灯泡，L是一自感很大带铁芯的线圈，线圈直流电阻不计，则下列说法正确的是（ ） A开关断开瞬间，A灯与B灯同时熄灭 B开关断开瞬间，A灯与B灯都逐渐熄灭 C开关闭合瞬间，A灯与B灯同时亮 D开关闭合瞬间，A灯先亮B灯后亮解析：开关K闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光由于线圈的电阻可以忽略，灯A稳定时被短路，流过A灯电流减小，B灯电流逐渐增大，则A灯变暗，B灯变亮； 断开开关K的瞬间，线圈与A灯构成一个通路，流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，自感电流流过A灯，所以A灯突然闪亮一下再熄灭；B灯的电流突然消失，立即熄灭【答案】C例题3.如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关.关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是( ) A.合上开关,a先亮,b后亮;断开开关,a、b同时熄灭B.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭C.合上开关,b先亮,a后亮;断开开关,a、b同时熄灭D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭 【答案】C巩固练习一、选择题1关于感应电动势的大小，下列说法中正确的是（ ）A. 磁通量越大，则感应电动势越大B. 磁通量越小，则感应电动势一定越小C. 磁通量增加，感应电动势有可能减小D. 磁通量变化越大，则感应电动势也越大2如图所示，边长为L，匝数为N的正方形线圈abcd位于纸面内，线圈内接有电阻值为R的电阻，过ab中点和cd中点的连线OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁场的磁感应强度为B.当线圈转过90时，通过电阻R的电荷量为( ) A. B. C. D. 3如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中( ) A. PQ中电流一直增大B. PQ中电流一直减小C. 线框消耗的电功率先增大后减小D. 线框消耗的电功率先减小后增大4如图所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的大小随时间变化。下列说法中正确的是（ ） 当磁感应强度增加时，线框中的感应电流可能减小当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变A. 只有正确 B. 只有正确 C. 只有正确 D. 只有正确5如图所示，边长为L的正方形单匝线框有一半水平放置在与水平方向夹角为30的匀强磁场中，线框的左侧接入电阻R，右侧接入电容为C的电容器，其余电阻不计。若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向)，则在0t1时间内 A. 电容器a板带正电B. 电容器所带的电荷量为零C. 线框中产生的感应电动势大小为D. 通过电阻R的电流为6如图12所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度朝两个方向匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中（ ） A. 通过导体框截面的电荷量相同B. 导体框所受安培力方向相同C. 导体框中产生的焦耳热相同D. 导体框bc边两端电势差大小相等7如图所示，半径为r的金属环绕通过其直径的轴OO 以角度匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B。从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，在转过30角的过程中，环中产生的感应电动势平均值为（ ） A. B. C. D. 8如图所示, 开关S闭合时, 小灯泡能正常发光. 当S断开时 A. 小灯泡立即熄灭B. 小灯泡将闪亮一下再熄灭C. 小灯泡的亮度变小, 逐渐熄灭D. 小灯泡的灯丝将因电流过大而烧断9一个面积S4102 m2、匝数n100的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，则下列判断正确的是( ) A. 在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/sB. 在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零C. 在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 VD. 在第3 s末线圈中的感应电动势等于零10磁场垂直穿过金属圆环向里（图1），磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图2所示。E1、E2、E3分别表示Oa、ab、bc三段过程中，金属环中感应电动势的大小，则（ ） A. E1最大 B. E2最大 C. E2最小 D. E3最大11如图所示，是研究自感通电实验的电路图，、是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开电键S.重新闭合电键S，则( ) A. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮B. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮C. 稳定后，L和R两端电势差一定相同D. 稳定后，和两端电势差不相同12如图甲所示，一个圆形线圈的匝数一个圆形线圈的匝数，线圈面积S=200cm2，线圈的电阻，线圈外接一个阻值的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是 ( ) A. 线圈中的感应电流方向为顺时针方向B. 电阻R两端的电压随时间均匀增大C. 线圈电阻消耗的功率为W D. 前4s内通过R的电荷量为0.08C13. 如图,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;将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,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.则等于( ) A. B. C. D. 二、填空题14如图所示是一演示实验的电路图。图中L是一带铁芯的线圈，A是一灯泡。起初，开关处于闭合状态，电路是接通的。现将开关断开，则在开关断开的瞬间，通过灯泡A的电流方向是从_（用图中字母a,b表示） 15如图 甲所示，导体圆环所围的面积为10 cm2，电容器的电容为2F(电容器的体积很小)，垂直穿过圆环的匀强磁场的磁感应强度随时间变化的图线如图乙所示，则在1s末电容器的带电荷量为_；4 s末电容器的带电荷量为_，带正电的极板是_(填“a”或“b”) 16一个100匝的闭合圆形线圈，总电阻为15.0，面积为50cm2，放在匀强磁场中，线圈平面根据磁感线方向垂直，匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图（b）所示设t=0时，B的方向如图（a）所示，垂直于纸面向里则线圈在0410-3s内的平均感应电动势的大小是_；在2s内线圈中产生的热量是_ 17如图所示，通有稳恒电流的螺线管竖直放置，闭合铜环沿螺线管的轴线加速下落，在下落过程中，环面始终保持水平。位置2处于螺线管的中心，位置1、3与位置2等距离，则铜环在1、3两位置时的磁通量大小1_3 ，磁通量的变化率_（填“，或”） 三、解答题18轻质细线吊着一质量为m=0.42kg、边长为L=1m、匝数n=10的正方形线圈，其总电阻为.在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图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（） （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t=4s时轻质细线的拉力大小19如图（a）所示，面积S=0.2m2、匝数n=630匝，总电阻r=1.0的线圈处在变化的磁场中，磁感应强度B随时间t按图（b）所示规律变化，方向垂直线圈平面，图（a）中的传感器可看成一个纯电阻R，并标有“3V、0.9W”，滑动变阻器R0上标有“10、1A”，试回答下列问题： （1）设磁场垂直纸面向外为正方向，试判断通过理想电流表的电流方向（2）若滑动变阻器触头置于最左端，为了保证电路的安全，图（b）中的t0最小值是多少？ 参考答案与解析1C【解析】线圈中产生的感应电动势大小由磁通量变化快慢决定，与磁通量的大小无关；磁通量减小，磁通量变化可能变快，故感应电动势可能变大；磁通量增加，磁通量变化可能变慢，故感应电动势可能减小；线圈中产生的感应电动势大小由磁通量变化快慢决定，与磁通量变化的大小无关2B【解析】当正方形线圈abcd有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中时，磁通量为： ，根据3C过程中， 从零增大到，从而可以判断电流先减小后增大，电源的内阻为，PQ从靠近ad向bc靠近过程中，外电路的并联等效电阻从零增大到又减小到零，外电路的电阻等于电源内阻的时候消耗的功率最大，所以外电路的功率应该先增大后减小4D【解析】设闭合回路的面积是S，设电路总电阻为R，由法拉第电磁感应定律可得：感应电动势，由欧姆定律可得：感应电流；S与R是定值，（2）当磁感应强度B减小，磁感应强度的变化率增大时，感应电流变大；当磁感应强度的变化率减小时，感应电流减小，当磁感应强度的变化率不变时，感应电流不变，即当磁感应强度B减小时，感应电流I可能增大，可能不变，可能减小，故错误，正确；5C【解析】A、穿过线框的磁通量先向上减小，后向下增大，根据楞次定律可以判断，感应电流为逆时针，b板带正电 BC、根据法拉第电磁感应定律： ，电容器所带的电荷量： D、在0t1时间内，感应电动势恒定，电容器所带的电荷量，没有充放电情况，通过电阻R的电流为零 6AD【解析】电荷量可知两种情况磁通量变化相同，电荷量相同；由左手定则可知安培力方向相反；焦耳热等于拉力做的功，拉力等于安培力BIL，可知拉力大小不同，但移动距离相同，可知拉力做功不同，焦耳热不同；3v向右拉出时，感应电动势E=3BLv，bc两端电压为U=，向左拉出时E=BLv，bc两端电压为路端电压bc两端电压为3Lv/4 7C8C【解析】原来开关闭合时，线圈中有从右向左的电流，当开关断开时，灯所在电路上线圈产生自感电动势，阻碍电流的减小，电流只能从原来的值逐渐减小，所以小灯泡的亮度变小，逐渐熄灭9AC【解析】由图象的斜率求得： ，因此；开始的2s内穿过线圈的磁通量的变化量不等于零；根据法拉第电磁感应定律得： ，可知它们的感应电动势大小为8V；由图看出，第3s末线圈中的磁通量为零，但磁通量的变化率不为零，感应电动势也不等于零10CD【解析】由法拉第电磁感应定律可知，由图知应有ab段中磁通量的变化率较小，而bc段中磁通量的变化率 最大，故有E2E1E311BC【解析】闭合瞬间，L相当于断路，A2立刻变亮，A1逐渐变亮，稳定后，两个灯泡的亮度相同，说明它们两端的电压相同，L和R两端电势差一定相同12CD【解析】13.B14b到a【解析】在S断开前，自感线圈L中有向右的电流，断开S后瞬间，L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，电流逐渐减小为零。原来