2022届新教材高考物理一轮复习第十一章电磁感应第2节法拉第电磁感应定律及其应用课件新人教版

1、第第2 2节法拉第电磁感应定律及其应用节法拉第电磁感应定律及其应用第十一章第十一章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊【知识梳理】 一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)概念:在中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的发生改变,与电路是否闭合。(3)方向判断:感应电动势的方向用或判断。电磁感应现象磁通量无关楞次定律右手定则2.法拉第电磁感应定律(1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一电路的成正比。(2)公式:e= ,其中n为线圈匝数。(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的定律,即i=。磁通量的变化率欧姆3.导体切割磁感线的情形切割方式电动势表达式说明平动切割e=导体棒与磁场

2、方向垂直速度v与磁场垂直磁场为匀强磁场转动切割(以一端为轴)e= 注:e=blv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系。blv 二、自感、涡流1.自感现象(1)概念:由于导体本身的变化而产生的电磁感应现象称为自感。(2)自感电动势定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作。表达式:e=。(3)自感系数l相关因素:与线圈的、形状、以及是否有铁芯有关。单位:亨利(h),1mh=h,1h=h。电流自感电动势大小匝数10-310-62.涡流当线圈中的电流发生变化时,在它附近的任何导体中都会产生,这种电流像水的漩涡所以叫涡流。3.电磁阻尼导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受

3、到安培力,安培力的方向总是导体的运动。4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生使导体受到安培力而运动起来。感应电流阻碍感应电流【考点自诊】 1.判断下列说法的正误。(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。()(3)公式e=blv中的l是导体棒的总长度。()(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。()(5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。()(6)对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈中的自感电动势越大。() 2.(新教材人教版选择性必修第二册p31“思考与讨论”改编)如图,导体棒cd在匀强磁场中运动,导体棒中的自由电荷是电子。自由电荷会随着导体棒运

4、动,并因此受到洛伦兹力。不必考虑自由电荷的热运动,导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?导体棒一直运动下去,自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电势比较高?答案见解析解析导体棒中自由电子相对于纸面斜向下运动;导体棒一直运动下去,自由电子不会总是沿着导体棒运动,因为自由电子运动后形成电场,最终洛伦兹力与电场力平衡;c端电势高。3.(新教材人教版选择性必修第二册p35“思考与讨论”改编)磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,指针也固定在铝框上(如图)。铝框的作用是什么?答案见解析解析假定仪表工作时指针向右转动,铝框中有感应电流,铝框要受到安培力阻碍指针向右偏

5、转,起到减缓的作用,防止打坏指针。4.(新教材人教版选择性必修第二册p43习题改编)如图所示,匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b,磁场方向与线圈所在平面垂直,磁感应强度b随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为21,匝数之比为12。线圈中产生的感应电动势分别为ea和eb,某时刻磁通量分别为a和b,不考虑两线圈间的相互影响,则a、b线圈中产生的感应电动势之比eaeb是多少?答案2 1关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律的应用(师生共研师生共研)1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较物理量 磁通量磁通量的变化量磁通量的变化率

6、意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某段时间内穿过某个面的磁通量变化多少穿过某个面的磁通量变化的快慢大小=bscos=2-1=bs=sb=b2s2-b1s12.法拉第电磁感应定律应用的三种情况3.在有关图像问题中,磁通量的变化率是-t图像上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。【典例1】 (多选)(2019全国卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线mn所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为s,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心o在mn上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度b随时间t的变化关系如图(b)所

7、示。则在t=0到t=t1的时间间隔内()a.圆环所受安培力的方向始终不变b.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向c.圆环中的感应电流大小为d.圆环中的感应电动势大小为图(a)图(b)答案bc解析根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,b正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,解题指导(1)根据楞次定律判定感应电流方向,但要注意若由此盲目认为安培力方向始终不变,易错选。(2)根据感应电动势中计算电动势,然后根据闭合电路欧姆定律计算电流,但要注意s有效为圆环回路在磁场中的有效面积,而不是圆环回路的面积。素养微点1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤

8、(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。2.几点注意(1)公式 是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。(2)用公式 求感应电动势时,s为线圈在磁场范围内的有效面积。(3)通过某一回路截面的电荷量q仅与n、和回路总电阻r总有关,与时间长短无关。推导如下:【对点演练】 1.(多选)(2020广东深圳高三二模)如图甲所示,用横截面积为s、电阻率为的硬质导线绕成边长为l匝数为n的正方形线框abcd,置于垂直于线框平面的匀强磁场中。从t=0开始,磁感应强度b随时间t的变化规律如图乙所示。则在0

9、t0时间内()a.线框中的电流先增大后减小b.线框四条边所受安培力先向内后向外答案见解析解析导体棒中自由电子相对于纸面斜向下运动;导体棒一直运动下去,自由电子不会总是沿着导体棒运动,因为自由电子运动后形成电场,最终洛伦兹力与电场力平衡;c端电势高。2.(2020北京卷)如图甲所示,n=200匝的线圈(图中只画了2匝),电阻r=2,其两端与一个r=48的电阻相连,线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。(1)判断通过电阻r的电流方向;(2)求线圈产生的感应电动势e;(3)求电阻r两端的电压u。答案(1)ab(2)10v(3)9.6v解析(1)线圈中垂直于纸面向里的磁场增大,

10、为了阻碍线圈中磁通量的增大,根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外,根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向,所通过电阻r的电流方向为ab。考点二考点二导体棒切割磁感线产生感应电动势的分析与导体棒切割磁感线产生感应电动势的分析与计算计算(师生共研师生共研)导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况 切割方式电动势表达式说明垂直切割e=blv导体棒与磁场方向垂直磁场为匀强磁场倾斜切割e=blvsin其中为v与b的夹角旋转切割(以一端为轴)e= bl2【典例2】 如图所示,abcd为水平放置的平行“u”形光滑金属导轨,ab与cd的间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度

11、大小为b,导轨电阻不计,金属杆mn倾斜放置,与导轨成角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则()答案 b解析 金属杆的运动方向与金属杆不垂直,电路中感应电动势的大小为e=blv(l为切割磁感线的有效长度),选项a错误;电路中感应电流的大小为解题指导审题关键词句分析解读导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场导体棒与磁场方向垂直金属杆mn倾斜放置,与导轨成角金属杆切割磁感线的有效长度并不是它的实际长度,而是它沿垂直速度方向的投影的长度保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)导体棒切割磁感线产生感应电动势,金属

12、杆相当于电源破题 根据e=blv,l是有效的切割长度,求解感应电动势。根据闭合电路欧姆定律求感应电流的大小。由f=bil求安培力,由功率公式求解金属杆的热功率。【典例3】 (2020浙江卷)如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上,磁感应强度大小为b的匀强磁场。长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴oo上,随轴以角速度匀速转动。在圆环的a点和电刷间接有阻值为r的电阻和电容为c、板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是()答案 b解题指导1.明确转动切割产生电动势通常有三

13、种情况:(1)以中点为轴时,e=0(不同两段的代数和)。本题选项a的判定属于第2种情况。2.匀速转动产生的电动势可认为是不变的。素养微点应用法拉第电磁感应定律的四种情况 3.(2021年1月辽宁省适应性测试)如图所示,“凹”字形金属线框右侧有一宽度为3l的匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向里。线框在纸面内向右匀速通过磁场区域,t=0时,线框开始进入磁场。设逆时针方向为感应电流的正方向,则线框中感应电流i随时间t变化的图像可能正确的是()【对点演练】 答案 a4.如图所示,半径为r的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为b,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒mn以速率

14、v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计,导体棒与圆形导轨接触良好。求:(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;(2)mn从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;(3)当mn通过圆导轨中心时,通过r的电流。考点三考点三自感和涡流、电磁阻尼自感和涡流、电磁阻尼(师生共研师生共研)通电自感和断电自感的比较 自感类型通电自感断电自感电路图自感类型 通电自感断电自感器材要求 a1、a2同规格r=rl,l较大l很大(有铁芯)现象在s闭合瞬间,灯a2立即亮起来,灯a1逐渐变亮,最终一样亮在开关s断开时,灯a渐渐熄灭或闪亮一下再熄灭原因由于开关闭合时流过电感线圈的电流迅速增大,线

15、圈中产生了自感电动势,阻碍了电流的增大,使流过灯a1的电流比流过灯a2的电流增加得慢s断开时,自感阻碍电流的减小,使电流继续存在一段时间;灯a中有反向电流通过不会立即熄灭。若原来的ilia,则a灯先闪亮一下再熄灭能量转化情况电能转化为磁场能磁场能转化为电能【典例4】 (2017北京卷)图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,l1和l2为电感线圈。实验时,断开开关s1瞬间,灯a1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关s2,灯a2逐渐变亮,而另一个相同的灯a3立即变亮,最终a2与a3的亮度相同。下列说法正确的是()a.图甲中,a1与l1的电阻值相同b.图甲中,闭合s1,电路稳定后,a1中电流大于l1

16、中电流c.图乙中,变阻器r与l2的电阻值相同d.图乙中,闭合s2瞬间,l2中电流与变阻器r中电流相等答案 c解析 题图甲中,s1断开的瞬间,灯a1闪亮,故稳定时il1ia1,又由于rl1和ra1两端电压相等,故电阻rl1i1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变【对点演练】 5.(2020福建福州模拟)如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,l是自感系数很大的线圈,其电阻与r相等,下列说法正确的是()a.在断开s2的情况下,若突然闭合s1,a、b灯均逐渐亮起来b.在闭合s2的情况下,若突然闭合s1,a灯立即发光,b灯逐渐亮起来c.闭合s1、s2待电路稳定后,若突然断开s1,则a、b灯均不会立即熄灭d.闭合s1、s2待电路稳定后,若突然断开s1,则a灯不会立即熄灭,而b灯立即熄灭答案 d解析在断开s2的情况下,若突然闭合s1时,由于线圈的自感现象,出现自感电动势阻碍电流的增大,a灯立即亮,b灯逐渐亮,选项a错误;在闭合s2的情况下,若突然闭合s1时,由于线圈的自感很大,相当于断路,两灯立即亮,选项b错误;当同时闭合s1、s2,待电路稳定后突然将s1断开,b灯立即熄灭,因自感现象,l与a组成回路,a灯不会立即熄灭,而是逐渐熄灭,选项c错误,d正确。6.(2020全国卷)管道高频焊机可以