（新课标）2020年高考物理一轮总复习 第十章 第二讲 法拉第电磁感应定律 自感 涡流课件

基础复习课第二讲法拉第电磁感应定律自感涡流抓基础·双基夯实研考向·考点探究栏目导航随堂练·知能提升[小题快练]1．判断题(1)线圈中磁通量越大，产生的感应电动势越大．()(2)线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势越大．()(3)线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大．()(4)线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大．()(5)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．()(6)自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化．()××√×√√2．下面关于涡流的说法中正确的是()A．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C．涡流有热效应，但没有磁效应D．在硅钢中不能产生涡流A3.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v0抛出．设在整个过程中，棒的取向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是()A．越来越大B．越来越小C．保持不变D．无法判断C4.(2015·重庆卷)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－t1C考点一法拉第电磁感应定律的应用(自主学习)1．对法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率ΔΦΔt共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系．(2)磁通量的变化率ΔΦΔt对应Φ－t图线上某点切线的斜率．2．应用法拉第电磁感应定律的四种情况情景图研究对象回路(不一定闭合)一段直导线(或等效成直导线)绕一端转动的一段导体棒绕与B垂直的轴转动的导线框表达式E＝nΔΦΔtE＝BLvsinθE＝12BL2ωE＝NBSωsinωt1－1.[E＝nΔΦΔt的应用](2016·北京卷)如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直．磁感应强度B随时间均匀增大．两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响．下列说法正确的是()A．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向答案：B1－2.[B－t图象的问题](多选)如图甲所示，圆形闭合线圈内存在方向垂直纸面向外的磁场，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是()A．0～1s内线圈的磁通量不断增大B．第4s末的感应电动势为0C．0～1s内与2～4s内的感应电流大小相等D．0～1s内感应电流方向为顺时针方向答案：AD1－3.[法拉第电磁感应定律的应用](2015·江苏卷)做磁共振(MRI)检查时，对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流．某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响，将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈，线圈的半径r＝5.0cm，线圈导线的截面积A＝0.80cm2，电阻率ρ＝1.5Ω·m.如图所示，匀强磁场方向与线圈平面垂直，若磁感应强度B在0.3s内从1.5T均匀地减为零，求：(计算结果保留一位有效数字)(1)该圈肌肉组织的电阻R；(2)该圈肌肉组织中的感应电动势E；(3)0.3s内该圈肌肉组织中产生的热量Q.解析：(1)由电阻定律得R＝ρ2πrA，代入数据得R≈6×103Ω.(2)感应电动势E＝ΔB·πr2Δt，代入数据得E≈4×10－2V.(3)由焦耳定律得Q＝E2RΔt，代入数据得Q＝8×10－8J.答案：(1)6×103Ω(2)4×10－2V(3)8×10－8J[反思总结]应用法拉第电磁感应定律应注意的三个问题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.考点二导体棒切割磁感线产生感应电动势的计算(自主学习)1．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．如图中，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．2．导体转动切割磁感线当导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E＝Blv＝12Bl2ω，如图所示．2－1.(2019·西藏拉萨中学月考)如图，水平桌面上固定有一半径为R的光滑金属细圆环，环面水平，圆环总电阻为r；空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向下；一长度为2R、电阻可忽略的导体棒AC置于圆环左侧并与环相切，切点为棒的中点．一拉力作用于棒中点使其以恒定加速度a从静止开始向右运动，运动过程中棒与圆环接触良好．下列说法正确的是()A．棒通过整个圆环所用的时间为2RaB．棒经过环心时流过棒的电流为4BR2aRrC．棒经过环心时所受安培力的大小为16B2R22aRrD．棒运动过程中产生的感应电流在棒中由A流向C解析：由于棒做匀加速运动，棒通过整个环的时间为：2R＝12at2，即t＝2Ra，故A错误；棒经过环心时速度为：v2＝2aR，即v＝2aR，此时产生电流为：I＝BLvr心＝B·2R2aRr4＝8BR2aRr，故B错误；棒经过环心时受到的安培力为：F＝BIL＝16B2R22aRr，故C正确．当棒运动过程中，由右手定则可得感应电流方向为从C到A，故D错误．答案：C2－2.[平动切割](多选)(2018·江西赣州高三二模)1831年10月28日，法拉第展示了他发明的圆盘发电机，其示意图如图所示，水平铜盘可绕竖直铜轴转动，两铜片M、N分别与铜盘边缘和铜轴连接，使整个铜盘处于竖直向上的匀强磁场中．M和N之间连接阻值为R的电阻和滑动变阻器RP，若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向．已知铜盘的半径为L，铜盘转动的角速度为ω，铜盘连同两铜片对电流的等效电阻值为r，磁感应强度为B，下列说法正确的是()A．导体R中的电流方向从a到bB．铜盘转动产生的感应电动势大小为12BL2ωC．导体R的最大功率为B2L4Rω24R＋r2D．如果RP＝R＋r，则滑动变阻器的最大功率为B2L4ω216R＋r解析：若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向，根据右手定则可知，导体R中的电流方向从b到a，故A错误；根据法拉第电磁感应定律得：铜盘转动产生的感应电动势为E＝12BL2ω，故B正确；根据闭合电路欧姆定律得：I＝Er＋R＋RP，则导体R的功率为P＝I2R＝Er＋R＋RP2R，当RP＝0时，导体R的功率最大，即Pm＝B2L4Rω24R＋r2，故C正确；把导体R等效成电源的内阻，则电流的等效内阻为r′＝r＋R，此时外电路只有RP，故当RP＝r＋R时，滑动变阻器的功率最大，即P′m＝B2L4ω216R＋r，故D正确．答案：BCD考点三通电自感和断电自感(自主学习)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．2．三点注意、三个技巧3－1.(2018·辽宁本溪检测)图中L是绕在铁芯上的线圈，它与电阻R、R0、开关和电池E可构成闭合电路．线圈中的箭头表示线圈电流的正方向，当电流的流向与箭头的方向相同时，该电流为正，否则为负．开关K1和K2都处在断开状态．设在t＝0时刻接通K1，经过一段时间后，在t＝t1时刻，再接通K2，则能正确表示L中的电流i随时间t变化的图线是下面给出的四个图中的()解析：只闭合K1，由于线圈的自感现象，L中的电流逐渐增大；最后增大到稳定值，再闭合K2，导线把线圈L和电阻R短路，由于线圈的自感现象，L中的电流由原值开始逐渐减小，方向不变，最后减小到零．故选A.答案：A3－2.[涡流]如图，在一根竖直放置的铜管的正上方某处从静止开始释放一个强磁体，在强磁体沿着铜管中心轴线穿过铜管的整个过程中，不计空气阻力，那么()A．由于铜是非磁性材料，故强磁体运动的加速度始终等于重力加速度B．由于铜是金属材料，能够被磁化，使得强磁体进入铜管时加速度大于重力加速度，离开铜管时加速度小于重力加速度C．由于铜是金属材料，在强磁体穿过铜管的整个过程中，铜管中都有感应电流，强磁体的加速度始终小于重力加速度D．由于铜是金属材料，铜管可视为闭合回路，强磁体进入和离开铜管时产生感应电流，在进入和离开铜管时加速度都小于重力加速度，但在铜管内部时加速度等于重力加速度答案：C1．电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物，下列相关的说法中正确的是()A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗A2．(多选)(2019·江苏高级中学开学检测)在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一与磁场方向垂直长度为L的金属杆aO，已知ab＝bc＝cO＝L3，a、c与磁场中以O为圆心的同心圆金属轨道始终接触良好．一电容为C的电容器接在轨道上，如图所示，当金属杆在与磁场垂直的平面内以O为轴，以角速度ω顺时针匀速转动时()BCA．Uac＝2UabB．Uac＝2UbOC．电容器带电量Q＝49BL2ωCD．若在eO间连接一个理想电压表，则电压表示数为零解析：根据杆转动切割磁感线产生感应电动势的公式E＝12BL2ω得：aO、bO、cO间的电势差分别为：UaO＝12BL2ω，UbO＝12B2L32ω＝29BL2ω，UcO＝12BL32ω＝118BL2ω，则Uac＝UaO－UcO＝49BL2ω，可得Uac＝2UbO，故A错误，B正确；电容器板间电压等于ac间的电势差，则电容器所带电量为Q＝CUac＝49BL2ωC，故C正确；若在eO间连接一个电压表，UeO＝UcO＝118BL2ω，故D错误．3．(多选)如图甲所示，线圈的匝数n＝100匝，横截面积S＝50cm2，线圈总电阻r＝10Ω，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁场的磁感应强度随时间做如图乙所示变化，则在开始的0.1s内，下列说法正确的是()BDA．磁通量的变化量为0.25WbB．磁通量的变化率为2.5×10－2Wb/sC．a、b间电压为0D．在a、b间接一个理想电流表时，电流表的示数为0.25A4．(多选)如图所示，一导线弯成直径为d的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列说法中正确的是()ADA．感应电流方向为逆时针方向B．CD段直导线始终不受安培力C．感应电动势的最大值E＝BdvD．感应电动势的平均值E＝18πBdv