2027届新高考物理热点精准复习　法拉第电磁感应定律　自感、涡流

2027届新高考物理热点精准复习法拉第电磁感应定律

自感、涡流【学习目标】1.理解“变化”是产生感应电动势的关键;理解“变化率”的核心地位;能区分“感生电动势”和“动生电动势”两种不同的产生机制。2.能利用法拉第电磁感应定律和楞次定律进行定量计算和定性判断;能推导导体棒切割磁感线时的电动势公式;能分析自感现象中“阻碍原电流变化”的本质;能对“涡流”的利与弊进行辩证分析。3.体验科学家发现重要规律的过程,培养设计实验、获取和处理信息、基于证据得出结论的探究能力。4.了解法拉第发现电磁感应定律的历史背景和意义,体会科学家坚持不懈、勇于探索的科学精神;能举例说明电磁感应定律在日常生活和工业生产中的广泛应用;能分析自感现象和涡流在电路保护和潜在危害中的双重角色,从而树立节能环保和可持续发展的意识。知识构建基础转化1.(多选)(2025·黑吉辽内蒙古卷,9)如图,“L”形导线框置于磁感应强度大小为B、水平向右的匀强磁场中。线框相邻两边均互相垂直,各边长均为l。线框绕b、e所在直线以角速度ω顺时针匀速转动,be与磁场方向垂直。t=0时,abef与水平面平行,则(

)AB2.如图甲所示,横截面积S=50cm2、匝数n=100、电阻r=50Ω的线圈,沿线圈轴向有匀强磁场,设图示磁场方向为正方向,磁感应强度随图乙所示规律变化,则0～0.2s内(

)A.磁通量的变化量为0.04WbB.磁通量的变化率为0.2Wb/sC.a点的电势比b点的电势高0.2VD.在a、b间接一个理想电流表时,电流表示数为0.4AC考点一对法拉第电磁感应定律的理解及应用1.法拉第电磁感应定律应用的三种情况2.识别图像中的感应电动势[例1]【对电磁感应定律的理解】

(多选)(2025·安徽合肥模拟)如图所示,半径为r1、粗细均匀的单匝圆形金属线圈内有一半径为r2的圆形区域存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直于线圈平面向外,磁感应强度B随时间t的变化关系为B=B0+kt,B0、k为正的常量,线圈电阻为R,则磁感应强度从B0增大到2B0时间内(

)AC(1)导体棒进入磁场B2前流过导体棒的感应电流大小和方向;【答案】(1)0.4A,方向为b到a

(2)导体棒刚好进入磁场B2时的速度大小。【答案】(2)8m/s【解析】

(2)导体棒沿斜面下滑一段距离后进入磁场B2中匀速下滑,由平衡条件可得B2I2L=mgsinθ,导体棒在磁场B2中切割磁感线产生的感应电流方向为b到a,回路中的感应电动势为E1+E2,由闭合电路欧姆定律可得E1+E2=I2R,其中E2=B2Lv,解得v=8m/s。考点二电磁感应中导体切割磁感线问题如图所示,长为l的导体棒以O端为圆心,在垂直于磁场的平面内以角速度ω匀速转动,磁感应强度大小为B。模理探真·深度学习(1)在时间t内导体棒扫过的面积是多少?(2)导体棒两端产生的感应电动势是多少?1.平动切割(1)对公式E=Blv的理解。适用条件①磁场为匀强磁场;②B、l、v三者互相垂直有效性公式中的l为导体棒切割磁感线的有效长度,如图中的有效切割长度均为ab相对性E=Blv中的速度v是导体棒相对磁场的速度。若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系(2)当B与l、v垂直,但l与v不垂直时,E=Blvsinθ,其中θ为v与l的夹角,如图所示。[例3]【平动切割问题】(2025·四川卷,14)如图所示,长度均为s的两根光滑金属直导轨MN和PQ固定在水平绝缘桌面上,两者平行且相距l,M、P连线垂直于导轨,定滑轮位于N、Q连线中点正上方h处。MN和PQ单位长度的电阻均为r,M、P间连接一阻值为2sr的电阻。空间有垂直于桌面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。用过定滑轮的不可伸长绝缘轻绳拉动质量为m、电阻不计的金属杆沿导轨向右做匀速直线运动,速度大小为v。零时刻,金属杆位于M、P连线处。金属杆在导轨上时与导轨始终垂直且接触良好,重力加速度大小为g。求:(1)金属杆在导轨上运动时,回路的感应电动势;【答案】(1)Blv

【解析】

(1)金属杆在导轨上运动时,切割磁感线,产生感应电动势E=Blv。(2)金属杆在导轨上与M、P连线相距为d时,回路的热功率;(3)金属杆在导轨上保持速度大小v做匀速直线运动的最大路程。[例4]【转动切割问题】(2025·江苏卷,15)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成。工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴OO′转动。外转子半径为r1,由四个相同的单匝线圈紧密围成,每个线圈的电阻均为R,直边的长度均为L,与轴线平行。内转子半径为r2,由四个形状相同的永磁体组成,磁体产生径向磁场,线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度ω0匀速转动,某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。(1)若内转子固定,求ab边产生感应电动势的大小E;【答案】(1)BLω0r1

【解析】

(1)根据题意可知,ab转动时的线速度为v=ω0r1,则ab边产生的感应电动势E=BLv=BLω0r1。(2)若内转子固定,求外转子转动一周,线圈abcd产生的焦耳热Q;(3)若内转子不固定,外转子带动内转子匀速转动,此时线圈中感应电流为I,求线圈abcd中电流的周期T。考点三自感与涡流电磁阻尼和电磁驱动通电自感和断电自感的比较项目灯泡与线圈串联灯泡与线圈并联电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流突然增大,然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2:(1)若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;(2)若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况下灯泡中电流方向均改变能量转化情况通电时电能转化为磁场能,断电时磁场能转化为电能[例5]【自感问题】(2023·北京卷,5)如图所示,L是自感系数很大、电阻很小的线圈,P、Q是两个相同的小灯泡,开始时,开关S处于闭合状态,P灯微亮,Q灯正常发光,断开开关(

)A.P与Q同时熄灭

B.P比Q先熄灭C.Q闪亮后再熄灭

D.P闪亮后再熄灭D【解析】

由题知,开关S闭合时,由于L的电阻很小,Q灯正常发光,P灯微亮,通过线圈的电流远大于通过P灯的电流,断开开关时,Q灯所在电路断开,Q灯立即熄灭,由于自感,L中产生感应电动势,与P组成闭合回路,电流从线圈原来的值逐渐减小到零,故P灯闪亮后再熄灭。故选D。[变式](1)若一开始开关断开,当闭合开关,P、Q两灯如何变化?【答案】(1)P、Q两灯先瞬间变亮,后P灯亮度逐渐减小至微亮,Q灯亮度逐渐增大直至正常发光。(2)开关S断开瞬间,流经P灯的电流方向如何变化?【答案】(2)断开瞬间,流经P灯的电流由自左向右变为自右向左。分析自感问题的三个技巧方法点拨[例6]【涡流问题】(2025·河南卷,5)如图,一金属薄片在力F作用下自左向右从两磁极之间通过。当金属薄片中心运动到N极的正下方时,沿N极到S极的方向看,下列图中能够正确描述金属薄片内涡电流绕行方向的是(

)CA B C D【解析】

根据题意,当金属薄片中心运动到N极正下方时,薄片右侧的磁通量在减小,左侧的磁通量在增大,由于两极间的磁场方向竖直向下,根据楞次定律和安培定则可知,薄片右侧的涡电流方向为顺时针,薄片左侧的涡电流方向为逆时针。故选C。[例7]【电磁驱动】(2025·山西临汾阶段练习)如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动。从上向下看,当磁铁逆时针转动时,则(

)A.线圈将逆时针转动,转速与磁铁相同B.线圈将逆时针转动,转速比磁铁小C.只有线圈位置与磁场垂直时,线圈才会转动D.若使磁铁停止转动,线圈会由于空气阻力而慢慢停下来B