2020届高三物理一轮复习 第十章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流第十章电磁感应一、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．2．法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的成正比．(2)公式：E＝nΔΦΔt，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＝.电磁感应现象磁通量无关楞次定律右手定则磁通量的变化率欧姆ER＋r3．导体切割磁感线的情形(1)若B、l、v相互垂直，则E＝.(2)v∥B时，E＝0.二、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①定义：在自感现象中产生的感应电动势叫作．②表达式：E＝LΔIΔt.Blv电流自感电动势(3)自感系数L①相关因素：与线圈的、形状、以及是否有铁芯有关．②单位：亨利(H)，1mH＝H,1μH＝H.2．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．大小匝数10－310－6感应电流■判一判记一记易错易混判一判(1)磁通量变化越大，产生的感应电动势也越大．()(2)磁通量变化越快，产生的感应电动势就越大．()(3)磁场相对导体棒运动时，导体棒中也可能产生感应电动势．()(4)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势越大．()×√√×(5)线圈中的电流越大，自感系数也越大．()(6)自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化．()(7)当导体在匀强磁场中垂直磁场方向运动时(运动方向和导体垂直)，感应电动势为E＝BLv.()(8)涡流就是自感．()×√√×规律结论记一记(1)在应用公式计算感应电动势时，应注意公式的适用条件：E＝nΔΦΔt适用于磁通量变化易求的情形；E＝Blv适用于导体棒平动切割磁感线的情形；E＝Blv＝12Bl2ω适用于导体棒转动切割磁感线的情形．(2)解题中常用到的二级结论①计算通过导体截面的电荷量的两个途径：q＝ItI＝ER，E＝nΔΦΔt→q＝nΔΦRFA＝BLI，FA·Δt＝Δp→q＝ΔpBL②安培力做功时的能量转化：电能机械能．③平动直杆所受的安培力：FA＝B2L2vR总；热功率：P热＝B2L2v2R总.考点一对法拉第电磁感应定律的理解及应用自主学习型1．感应电动势的决定因素(1)由E＝nΔΦΔt知，感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt和线圈匝数n共同决定，磁通量Φ较大或磁通量的变化量ΔΦ较大时，感应电动势不一定较大．(2)ΔΦΔt为单匝线圈产生的感应电动势大小．2．法拉第电磁感应定律的两个特例(1)回路与磁场垂直的面积S不变，磁感应强度发生变化，则ΔΦ＝ΔB·S，E＝nΔBΔt·S.(2)磁感应强度B不变，回路与磁场垂直的面积发生变化，则ΔΦ＝B·ΔS，E＝nBΔSΔt.1．[法拉第电磁感应定律应用]A、B两闭合圆形导线环用相同规格的导线制成，它们的半径之比rA∶rB＝2∶1，在两导线环包围的空间内存在一正方形边界的匀强磁场区域，磁场方向垂直于两导线环所在的平面，如图所示．在磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中，下列说法正确的是()A．两导线环内所产生的感应电动势相等B．A环内所产生的感应电动势大于B环内所产生的感应电动势C．流过A、B两导线环的感应电流的大小之比为1∶4D．流过A、B两导线环的感应电流的大小之比为1∶1某一时刻穿过A、B两导线环的磁通量均为穿过磁场所在区域面积上的磁通量，设磁场区域的面积为S，则Φ＝BS，由E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtS(S为磁场区域面积)，对A、B两导线环，有EAEB＝1，所以A正确，B错误；I＝ER，R＝ρlS1(S1为导线的横截面积)，l＝2πr，所以IAIB＝EArBEBrA＝12，C、D错误．A2．[法拉第电磁感应定律与楞次定律应用]如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，面积为S.若在t1到t2时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2，则该段时间线圈两端a和b之间的电势差φa－φb()A．恒为nSB2－B1t2－t1B．从0均匀变化到nSB2－B1t2－t1C．恒为－nSB2－B1t2－t1D．从0均匀变化到－nSB2－B1t2－t1根据法拉第电磁感应定律得，感应电动势E＝nΔΦΔt＝nB2－B1St2－t1，由楞次定律和右手螺旋定则可判断b点电势高于a点电势，因磁场均匀变化，所以感应电动势恒定，因此a、b两点电势差恒为φa－φb＝－nSB2－B1t2－t1，选项C正确．C3．[电动势及电荷量的综合问题](2018·高考全国卷Ⅰ)如图，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆．M端位于PQS上，OM与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则B′B等于()A.54B.32C.74D．2过程Ⅰ回路中磁通量变化ΔΦ1＝14BπR2，设OM的电阻为R，流过OM的电荷量Q1＝ΔΦ1R.过程Ⅱ回路中磁通量变化ΔΦ2＝12(B′－B)πR2，流过OM的电荷量Q2＝ΔΦ2R.又Q2＝Q1，联立解得B′B＝32，选项B正确．B[易错警示]应用法拉第电磁感应定律应注意的3个问题1．公式E＝nΔΦΔt求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值．2．利用公式E＝nSΔBΔt求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积．3．通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关．推导如下：q＝IΔt＝nΔΦΔt·RΔt＝nΔΦR.考点二切割类电动势的计算自主学习型1．三种切割方式感应电动势大小的计算切割方式感应电动势的表达式情景垂直切割E＝Blv倾斜切割E＝Blvsinθ，其中θ为v与B的夹角旋转切割(以一端为轴)E＝12Bl2ω2.E＝Blv的三个特性(1)正交性：本公式要求磁场为匀强磁场，而且B、l、v三者互相垂直．(2)有效性：公式中的l为导体切割磁感线的有效长度．如图，导体棒的有效长度为ab间的距离．(3)相对性：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．1．[平动切割](多选)(2017·高考全国卷Ⅱ)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图(a)所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)．下列说法正确的是()A．磁感应强度的大小为0.5TB．导线框运动速度的大小为0.5m/sC．磁感应强度的方向垂直于纸面向外D．在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N由E­t图象可知，线框经过0.2s全部进入磁场，则速度v＝lt＝0.10.2m/s＝0.5m/s，选项B正确；导体框进入磁场过程中cd边切割磁感线，由图象可知，E＝0.01V，根据E＝Blv得，B＝Elv＝0.010.1×0.5T＝0.2T，选项A错误；根据右手定则及正方向的规定可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项C正确；在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框中的感应电流I＝ER＝0.010.005A＝2A,所受的安培力大小为F＝BIl＝0.2×2×0.1N＝0.04N，选项D错误．BC2．[转动切割]如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)()A．由c到d，I＝Br2ωRB．由d到c，I＝Br2ωRC．由c到d，I＝Br2ω2RD．由d到c，I＝Br2ω2R由右手定则判定通过电阻R的电流的方向是由d到c；而金属圆盘产生的感应电动E＝12Br2ω，所以通过电阻R的电流大小是I＝Br2ω2R，选项D正确．D考点三自感现象和涡流师生互动型1．自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．2．自感中“闪亮”与“不闪亮”问题与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡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I2I1，灯泡闪亮后逐渐变暗．两种情况灯泡中电流方向均改变[典例](2017·高考北京卷)图1和图2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1中，A1与L1的电阻值相同B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等[思路点拨](1)弄清电路结构及电感线圈、灯泡的位置．(2)电感线圈在电路中的作用是阻碍电流变化．[解析]在图1中断开S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明断开S1前，L1中的电流大于A1中的电流，故L1的阻值小于A1的阻值，A、B选项均错误；在图2中，闭合S2瞬间，由于L2的自感作用，通过L2的电流很小，D错误；闭合S2后，最终A2与A3亮度相同，说明两支路电流相等，故R与L2的阻值相同，C项正确．[答案]C[易错警示](1)通过自感线圈中的电流不能发生突变，即通电过程中，电流逐渐变大；断电过程中，电流逐渐变小，此时线圈可等效为“电源”，该“电源”与其他电路元件形成回路．(2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题的判断，在于对电流大小的分析，若断电后通过灯泡的电流比原来强，则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭．1．[自感现象分析](多选)如图所示，A、B、C是三个完全相同的灯泡，L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)，则()A．S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭B．S闭合时，B灯立即亮，然后逐渐熄灭C．电路接通稳定后，三个灯亮度相同D．电路接通稳定后，S断开时，C灯逐渐熄灭因线圈L的直流电阻可忽略不计，S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭，A正确．S闭合时，B灯先不太亮，然后逐渐变亮，B错误．电路接通稳定后，B、C灯亮度相同，A灯不亮，C错误．电路接通稳定后，S断开时，C灯逐渐熄灭，D正确．AD2．[含容电路自感现象分析](多选)(2019·贵州贵阳模拟)在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计．以下判断正确的是()A．闭合S，稳定后，电容器的a极板带正电B．闭合S，稳定后，电容器两端电压小于EC．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的电流方向向右闭合S，稳定后，电容器相当于断路，线圈L相当于短路，所以电容器b极板与电源正极相连，带正电荷，A项错误；电源有内阻，电容器两端电压等于电路的路端电压，小于电源电动势，B项正确；断开S瞬间，电容器与R2构成回路放电，通过R2的电流方向向左，D项错误；断开S瞬间，由于自感现象，线圈L相当于临时电源，阻碍原来的电流减小，通过线圈的电流方向不变，R1与线圈L构成回路，所以通过R1的