高考物理一轮复习 法拉第电磁感应定律 互感 自感教学案.docVIP

法拉第电磁感应定律 互感 自感 一考点整理 基本概念 1感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动； 产生条件：穿过回路的磁通量发生 ，与电路是否闭合无关 方向判断：感应电动势的方向用 或右手定则判断2法拉第电磁感应定律：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；e = ，其中n为线圈匝数 感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路欧姆定律，即i = 导体切割磁感线时的感应电动势： 导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用e = 求出，式中l为导体切割磁感线的 ； 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e = = blv中点（棒中点位置的线速度l/2）3互感现象：两个相互靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生 ，这种现象叫互感 应用；利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器、收音机的磁性天线 危害；互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间，电力工程和电子电路中，有时会影响电路正常工作4自感现象：由于导体本身的 变化而产生的电磁感应现象称为自感自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势；e = （其中l叫做自感系数，l与线圈的 、 、匝数以及 有关，单位：亨利h，1 mh = h，1 h = h）自感电动势的方向：自感电动势总是_原来导体中电流的变化当回路中的电流增加时，自感电动势和原来电流的方向_；当回路中的电流减小时，自感电动势和原来电流的方向_自感对电路中的电流变化有_作用，使电流不能_ 自感现象的应用：如日光灯电路中的镇流器，无线电设备中和电容器一起组成的振荡电路等日光灯电路是由启动器、镇流器和灯管组成的_在日光灯启动时起到开关作用，正常工作时断开；镇流器的作用是在灯开始点亮时起_的作用，在日光灯正常发光时起_作用 防止：制作精密电阻时，采用_绕法，防止自感现象的发生，减小因自感而造成的误差5涡流：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭合回路，叫做_ 二思考与练习 思维启动 1将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，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2在如图所示的电路中，a1和a2是两个相同的灯泡，线圈l的自感系数足够大，电阻可以忽略不计下列说法中正确的是 （ ）a合上开关s时，a2先亮，a1后亮，最后一样亮b断开开关s时，a1和a2都要过一会儿才熄灭c断开开关s时，a2闪亮一下再熄灭d断开开关s时，流过a2的电流方向向右3如图所示，a、b 为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度两个相同的磁性小球，同时从 a、b 管上端的管口无初速度释放，穿过 a 管的小球比穿过 b 管的小球先落到地面，下面对于两管的描述中可能正确的是 （ ）aa 管是用塑料制成的，b 管是用铜制成的ba 管是用铝制成的，b 管是用胶木制成的ca 管是用胶木制成的，b 管是用塑料制成的da 管是用胶木制成的，b 管是用铝制成的 三考点分类探讨 典型问题 考点1法拉第电磁感应定律的应用【例1】如图所示，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 b/t的大小应为 （ ）a4b0/ b2b0/ cb0/ db0/2【变式跟踪1】一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s时间内均匀地增大到原来的两倍接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为（ ）a0.5 b1 c2 d4考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算【例2】半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为r0圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为b杆在圆环上以速度v平行于直径cd向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心o开始，杆的位置由确定，如图所示则 （ ）a = 0时，杆产生的电动势为2bavb = 时，杆产生的电动势为 bavc = 0时，杆受的安培力大小为2b2av/( + 2)r0d = 时，杆受的安培力大小为3b2av/(5 + 3)r0【变式跟踪2】如图所示，水平放置的u形框架上接一个阻值为r0的电阻，放在垂直纸面向里的、磁感应强度大小为b的匀强磁场中，一个半径为l、质量为m的半圆形硬导体ac在水平向右的恒定拉力f作用下，由静止开始运动距离d后速度达到v，半圆形硬导体ac的电阻为r，其余电阻不计下列说法正确的是 （ ）a此时ac两端电压为uac = 2blv b此时ac两端电压为uac = 2blvr0/(r0 + r)c此过程中电路产生的电热为q = fdmv2/2d此过程中通过电阻r0的电荷量为q = 2bld/(r0+r)考点3自感和涡流【例3】如图所示的电路中，l1、l2 为完全相同的灯泡，线圈 l 的电阻忽略不计下列说法中正确的是 （ ）a合上开关 s 接通电路时，l2 先亮 l1 后亮，最后一样亮b合上开关 s 接通电路时，l1 和 l2 始终一样亮c断开开关 s 切断电路时，l2 立即熄灭，l1 过一会儿才熄灭d断开开关 s 切断电路时，l1、l2 同时立即熄灭【变式跟踪3】如图所示的电路，d1和d2是两个相同的小电珠，l是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与r相同，由于存在自感现象，在开关s接通和断开时，灯泡d1和d2先后亮暗的次序是（ ）a接通时d1先达最亮，断开时d1后暗b接通时d2先达最亮，断开时d2后暗c接通时d1先达最亮，断开时d1先暗d接通时d2先达最亮，断开时d2先暗 四考题再练 高考试题 1【2012课标全国卷】如图所示，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行已知在t = 0到t = t1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右设电流i正方向与图中箭头所示方向相同，则i随时间t变化的图线可能是 （ ）【预测1】如图所示，一带铁芯线圈置于竖直悬挂的闭合铝框右侧，与线圈相连的导线abcd内有水平向里变化的磁场下列哪种变化磁场可使铝框向左偏离 （ ）abcdv0000ttttvvvvdl2【2013新课标全国卷】如图，在光滑水平桌面上有一边长为l、电阻为r的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d（d l）的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下导线框以某一初速度向右行动t = 0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域下列v t图像中，可能正确描述上述过程的是 （ ）tdttatttt0000bi2i2i2i2ttc【预测2】某学生设计了一个验证法拉第电磁感应定律的实验，实验装置如图甲所示在大线圈中放置一个小线圈，大线圈与多功能电源连接多功能电源输入到大线圈的电流i1的周期为t，且按图乙所示的规律变化，电流i1将在大线圈的内部产生变化的磁场，该磁场磁感应强度b与线圈中电流i1的关系为b = ki1（其中k为常数）小线圈与电流传感器连接，并可通过计算机处理数据后绘制出小线圈中感应电流i2随时间t变化的图象若仅将多功能电源输出电流变化的频率适当增大，则下图所示各图象中可能正确反映i2t变化的是（下图中分别以实线和虚线表示调整前、后的i2t图象） （ ） 五课堂演练 自我提升 1某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈l、小灯泡a、开关s和电池组e，用导线将它们连接成如图所示的电路检查电路后，闭合开关s，小灯泡发光；再断开开关s，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 （ ）a电源的内阻较大 b小灯泡电阻偏大 c线圈电阻偏大 d线圈的自感系数较大2有一根横截面积为s、电阻率为的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的一条直径如图所示，在ab的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场，磁场垂直圆环所在平面，方向如图所示磁感应强度大小随时间的变化率为b/t = k（k l，若线框完全进入磁场中仍有速度，则线框将会在磁场中做匀速运动直至右边滑出磁场，线框出磁场过程仍做加速度减小的减速运动，c错误，d正确预测2 d；由题图乙知电流i1随时间线性变化，再由b = ki1知磁场也随时间线性变化，则通过线圈的磁通量也随时间线性变化，线圈中产生恒定的电动势与感应电流，a、b皆错误当频率加大后，磁通量变化率加大，产生的感应电动势与感应电流加大，c错误，d正确 五课堂演练 自我提升 1c；从实物连接图中可以看出，线圈l与小灯泡并联，断开开关s时，小灯泡a中原来的电流立即消失，线圈l与小灯泡组成闭合电路，由于自感，线圈中的电流逐渐变小，使小灯泡中的电流变为反向且与线圈中电流相同，小灯泡未闪亮说明断开s前，流过线圈的电流较小，原因可能是线圈电阻偏大，故选项c正确2bd；由于磁场减弱，在线圈中产生顺时针的感应电流，故a错；根据电磁感应规律的推论：要阻碍磁通量减小，则题中线圈应扩张，b正确圆环中感应电流i = e/r = (kr2/2)/ (2r/s) = krs/4，故c错；ab部分是整个电路的外电路，ab两端电压为外电压，占整个电动势的一半，uab = e/2 = kr2/4，则选项d正确3d；线框离开磁场，磁通量减小，由楞次定律可知线框中的感应电流方向为a d c b a，故a错误；由法拉第电磁感应定律得e = blv，i = e/r，f = bil = b2l2v/r，v不同，f不同，故b错误；线框离开磁场的时间t = l/v，产生的热量q = i2rt = b2l3v/r，故c错误；通过导体横截面的电荷量q = it = bl2/r与速率无关，故d正确4ac；图甲中，在闭合线圈进入磁场的过程中，因导线切割磁感线的有效长度先变大后变小，所以由e = blv可知，感应电动势e先变大后变小，选项a正确；导线切割磁感线的有效长度最大值为2r，感应电动势最大，为e = 2brv，故选项b错误；图乙中，虽然线圈开始转动时穿过它的磁通量最小，但磁通量的变化率/t最大，因此感应电动势e最大，选项c正确，d错误5b；闭合铜环在下落过程中穿过铜环的磁场方向始终向上，磁通量先增加后减少，由楞次定律可判断感应电流的方向要发生变化，d项错误；因穿过闭合铜环的磁通量的变化率不是均匀变化，所以感应电流随x的变化关系不可能是线性关系，a项错误；铜环由静止开始下落，速度较小，所以穿过铜环的磁通量的变