2019年高考物理大一轮复习-第10章-电磁感应-第2讲-法拉第电磁感应定律-自感-涡流-新人教版.ppt

电磁感应电磁感应第第 十十 章章第二讲法拉第电磁感应定律第二讲法拉第电磁感应定律自感涡流自感涡流0202核心考点探究突破0303模拟演练稳基提能栏目导航0101基础再现双基落实0404课后回顾高效练习0101基础再现双基落实1感应电动势感应电动势(1)概念：在概念：在_现象中产生的电动势现象中产生的电动势(2)产生条件：穿过回路的磁通量发生产生条件：穿过回路的磁通量发生_，与电路是否，与电路是否_无关无关(3)方向：用方向：用_定律或定律或_定则判断定则判断一一法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律电磁感应电磁感应 变化变化 闭合闭合 楞次楞次 右手右手 2法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(1)内内容容：闭闭合合电电路路中中感感应应电电动动势势的的大大小小，跟跟穿穿过过这这一一电电路路的的_成正比成正比(2)公式：公式：E_，其中，其中n为线圈匝数为线圈匝数(3)感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路的欧姆定律，即感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路的欧姆定律，即I_.磁通量的变化率磁通量的变化率 1如如图图所所示示电电路路，闭闭合合电电路路一一部部分分导导体体ab处处于于匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度为为B，ab的长度为的长度为L，以速度，以速度v匀速切割磁感线，试证明导体匀速切割磁感线，试证明导体ab产生的感应电动势产生的感应电动势EBLv.二二导体切割磁感线产生的感应电动势导体切割磁感线产生的感应电动势EBLv 2如下图几种情况中，金属导体中产生的感应电动势是：如下图几种情况中，金属导体中产生的感应电动势是：3如如图图所所示示，长长度度为为l的的金金属属杆杆ab，a端端为为周周定定转转轴轴，在在磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中，在在垂垂直直于于B的的平平面面内内按按顺顺时时针针方方向向以以角角速速度度做做匀匀速速圆圆周周运运动动，试试求求金金属属杆杆中中产产生生的的感感应应电电动动势势的的大小大小三三自感和涡流现象自感和涡流现象电流电流 大小大小 匝数匝数(4)自感现象自感现象“阻碍阻碍”作用的理解：作用的理解：流流过过线线圈圈的的电电流流增增加加时时，线线圈圈中中产产生生的的自自感感电电动动势势与与电电流流方方向向_，阻阻碍电流的碍电流的_，使其缓慢地增加，使其缓慢地增加流流过过线线圈圈的的电电流流减减小小时时，线线圈圈中中产产生生的的自自感感电电动动势势与与电电流流方方向向_，阻阻碍电流的碍电流的_，使其缓慢地减小，使其缓慢地减小线圈就相当于电源，它提供的电流从原来的线圈就相当于电源，它提供的电流从原来的IL逐渐变小逐渐变小相反相反 增加增加 相同相同 减小减小(5)对照教材实验：如图所示，先闭合开关使灯泡发光然后断开开关对照教材实验：如图所示，先闭合开关使灯泡发光然后断开开关开关闭合时，开关闭合时，a、b两点哪点电势高两点哪点电势高_.开开关关断断开开时时，产产生生感感应应电电动动势势的的线线圈圈相相当当于于_，线线圈圈提提供供的的感感应应电电流流的方向是的方向是_，此时，此时a、b两点哪点电势高两点哪点电势高_.设闭合开关电路稳定时两支路的电流分别为设闭合开关电路稳定时两支路的电流分别为IA和和IL，若若ILIA，断开开关时看到的现象是灯泡，断开开关时看到的现象是灯泡_.若若ILIA，断开开关时看到的现象是灯泡，断开开关时看到的现象是灯泡_.a 电源电源 逆时针逆时针 b 逐渐熄灭逐渐熄灭 闪亮一下然后熄灭闪亮一下然后熄灭 2涡流现象涡流现象(1)涡涡流流：块块状状金金属属放放在在_磁磁场场中中，或或者者让让它它在在磁磁场场中中运运动动时时，金金属属块块内内产生的漩涡状感应电流产生的漩涡状感应电流(2)产生原因：金属块内产生原因：金属块内_变化变化感应电动势感应电动势感应电流感应电流(3)涡涡流流的的利利用用：冶冶炼炼金金属属的的高高频频感感应应炉炉利利用用_产产生生焦焦耳耳热热使使金金属熔化；家用电磁炉也是利用涡流原理制成的属熔化；家用电磁炉也是利用涡流原理制成的(4)涡涡流流的的减减少少：各各种种电电机机和和变变压压器器中中，用用涂涂有有绝绝缘缘漆漆的的硅硅钢钢片片叠叠加加成成的的铁铁芯芯，以减少涡流以减少涡流变化变化 磁通量磁通量 强大涡流强大涡流 1判断正误判断正误(1)线圈中磁通量越大，产生的感应电动势越大线圈中磁通量越大，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线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大()(4)线圈中的电流越大，自感系数也越大线圈中的电流越大，自感系数也越大()(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()答案：答案：(1)(2)(3)(4)(5)2(人人教教版版选选修修32P17第第1题题改改编编)将将闭闭合合多多匝匝线线圈圈置置于于仅仅随随时时间间变变化化的的磁磁场场中中，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感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案：答案：C3(人人教教版版选选修修32P21第第4题题改改编编)如如图图2所所示示，纸纸面面内内有有一一矩矩形形导导体体线线框框abcd，置置于于垂垂直直纸纸面面向向里里、边边界界为为MN的的匀匀强强磁磁场场外外，线线框框的的ab边边平平行行磁磁场场边边界界MN，线线框框以以垂垂直直于于MN的的速速度度匀匀速速地地完完全全进进入入磁磁场场，线线框框上上产产生生的的热热量量为为Q1，通通过过线线框框导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量为为q1，现现将将线线框框进进入入磁磁场场的的速速度度变变为为原原来来的的两两倍倍，线线框框上上产产生生的的热热量为量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则有，则有()AQ2Q，q2q1BQ22Q1，q22q1CQ22Q1，q2q1DQ24Q1，q22q1答案：答案：A4(人人教教32例例题题改改变变)(多多选选)如如图图是是电电子子感感应应加加速速器器的的示示意意图图，上上、下下为为电电磁磁铁铁的的两两个个磁磁极极，磁磁极极之之间间有有一一个个环环形形真真空空室室，电电子子在在真真空空室室中中做做圆圆周周运运动动上上图图为为侧侧视视图图，下下图图为为真真空空室室的的俯俯视视图图，电电子子从从电电子子枪枪右右端端逸逸出出(不不计计初初速速度度)，当当电电磁磁铁铁线线圈圈电电流流的的方方向向与与图图示示方方向向一一致致时时，使使电电子子在在真真空空室室中中沿沿虚虚线线加加速速击击中中电电子子枪枪左左端端的靶，下列说法中正确的是的靶，下列说法中正确的是()A真空室中磁场方向竖直向上真空室中磁场方向竖直向上B真空室中磁场方向竖直向下真空室中磁场方向竖直向下C电流应逐渐减小电流应逐渐减小D电流应逐渐增大电流应逐渐增大答案：答案：AD5如如图图所所示示，在在一一个个光光滑滑金金属属框框架架上上垂垂直直放放置置一一根根长长L0.4 m的的金金属属棒棒ab，其其电电阻阻r0.1.框框架架左左端端的的电电阻阻R0.4.垂垂直直框框面面的的匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B0.1 T当用外力使棒当用外力使棒ab以速度以速度v5 m/s向右匀速运动时，向右匀速运动时，ab棒中棒中产生的感应电动势产生的感应电动势E_，通过通过ab棒的电流棒的电流I_.外力的大小外力的大小F_.ab棒两端的电势差棒两端的电势差Uab_，在电阻在电阻R上消耗的功率上消耗的功率PR_，在在ab棒上消耗的发热功率棒上消耗的发热功率Pr_，切割运动中产生的电功率切割运动中产生的电功率P_.答案：答案：0.2 V0.4 A0.016 N0.16 V0.064 W0.016 W0.08 W1求解感应电动势方法求解感应电动势方法0202核心考点探究突破考点一考点一 法拉第电磁感应定律的理解和应用法拉第电磁感应定律的理解和应用(2017天天津津卷卷)如如图图所所示示，两两根根平平行行金金属属导导轨轨置置于于水水平平面面内内，导导轨轨之之间间接接有有电电阻阻R.金金属属棒棒ab与与两两导导轨轨垂垂直直并并保保持持良良好好接接触触，整整个个装装置置放放在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于导导轨轨平平面面向向下下现现使使磁磁感感应应强强度度随随时时间间均均匀减小，匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是始终保持静止，下列说法正确的是()Aab中的感应电流方向由中的感应电流方向由b到到aBab中的感应电流逐渐减小中的感应电流逐渐减小Cab所受的安培力保持不变所受的安培力保持不变Dab所受的静摩擦力逐渐减小所受的静摩擦力逐渐减小D 应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况；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；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(2018河河北北唐唐山山摸摸底底)如如图图甲甲所所示示，水水平平放放置置的的平平行行金金属属导导轨轨连连接接一一个个平平行行板板电电容容器器C和和电电阻阻R，导导体体棒棒MN放放在在导导轨轨上上且且接接触触良良好好，整整个个装装置置放放于于垂垂直直导导轨轨平平面面的的磁磁场场中中，磁磁感感应应强强度度B的的变变化化情情况况如如图图乙乙所所示示(图示磁感应强度方向为正图示磁感应强度方向为正)，MN始终保持静止，则始终保持静止，则0t2时间内时间内()A电容器电容器C的电荷量大小始终不变的电荷量大小始终不变B电容器电容器C的的a板先带正电后带负电板先带正电后带负电CMN所受安培力的大小始终不变所受安培力的大小始终不变DMN所受安培力的方向先向右后向左所受安培力的方向先向右后向左AD 解解析析：磁磁感感应应强强度度均均匀匀变变化化，产产生生恒恒定定电电动动势势，电电容容器器C的的电电荷荷量量大大小小始始终终没没变变，选选项项A正正确确，B错错误误；由由于于磁磁感感应应强强度度变变化化，根根据据楞楞次次定定律律和和左左手手定定则则可可知知，MN所受安培力的方向先向右后向左，选项所受安培力的方向先向右后向左，选项C错误，错误，D正确正确1(多多选选)如如图图所所示示，闭闭合合金金属属导导线线框框放放置置在在竖竖直直向向上上的的匀匀强强磁磁场场中中，匀匀强强磁磁场场的磁感应强度随时间变化下列说法正确的是的磁感应强度随时间变化下列说法正确的是()A当磁感应强度增加时，线框中的感应电流可能减小当磁感应强度增加时，线框中的感应电流可能减小B当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大C当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大D当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变AD 2(2016浙浙江江卷卷)如如图图所所示示，a、b两两个个闭闭合合正正方方形形线线圈圈用用同同样样的的导导线线制制成成，匝匝数数均均为为10匝匝，边边长长la3lb，图图示示区区域域内内有有垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，且且磁磁感感应应强强度度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则()A两线圈内产生顺时针方向的感应电流两线圈内产生顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为线圈中感应电动势之比为9 1Ca、b线圈中感应电流之比为线圈中感应电流之比为3 4Da、b线圈中电功率之比为线圈中电功率之比为3 1B 1计算：计算：考点二考点二 导体切割磁感线产生感应电动势导体切割磁感线产生感应电动势 2判判断断：(1)把把产产生生感感应应电电动动势势的的那那部部分分电电路路或或导导体体当当作作电电源源的的内内电电路路，那那部部分分导导体体相相当当于于电电源源(2)若若电电路路是是不不闭闭合合的的，则则先先假假设设有有电电流流通通过过，然然后后应应用用楞楞次次定定律律或或右右手手定定则则判判断断出出电电流流的的方方向向(3)电电源源内内部部电电流流的的方方向向是是由由负负极极(低低电电势势)流流向向正正极极(高电势高电势)，外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低，外电路顺着电流方向每经过一个电阻电势都要降低C C 3(2018广广东东“四四校校”第第一一次次联联考考)如如图图所所示示，在在一一磁磁感感应应强强度度B0.5 T的的匀匀强强磁磁场场中中，垂垂直直于于磁磁场场方方向向水水平平放放置置着着两两根根相相距距为为L0.1 m的的平平行行金金属属导导轨轨MN和和PQ，导导轨轨电电阻阻忽忽略略不不计计，在在两两根根导导轨轨的的端端点点N、Q之之间间连连接接一一阻阻值值R0.3 的的电电阻阻导导轨轨上上正正交交放放置置着着金金属属捧捧ab，其其电电阻阻r0.2.当当金金属属棒棒在在水水平平拉拉力力作作用用下下以以速速度度v4.0 m/s向左做匀速运动时向左做匀速运动时()Aab棒所受安培力大小为棒所受安培力大小为0.02 NBN、Q间电压为间电压为0.2 VCa端电势比端电势比b端电势低端电势低D回路中感应电流大小为回路中感应电流大小为1 AA B 1自感现象的四大特点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电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体(4)线线圈圈的的自自感感系系数数越越大大，自自感感现现象象越越明明显显，自自感感电电动动势势只只是是延延缓缓了了过过程程的的进进行行但它不能使过程停止，更不能使过程反向但它不能使过程停止，更不能使过程反向考点三考点三 自感和涡流自感和涡流2自感中自感中“闪亮闪亮”与与“不闪亮不闪亮”问题问题(2018河河南南洛洛阳阳模模拟拟)(多多选选)如如图图所所示示，电电路路中中A、B是是规规格格相相同同的的灯灯泡泡，L是是电电阻阻可可忽忽略略不不计计的的电电感感线线圈圈，那那么么下下列列判判断断正正确确的是的是()A闭合开关闭合开关S时，时，A、B一起亮，然后一起亮，然后A变暗后熄灭变暗后熄灭B闭合开关闭合开关S时，时，B先亮，先亮，A逐渐变亮，最后逐渐变亮，最后A、B一样亮一样亮C断开开关断开开关S时，时，A立即熄灭，立即熄灭，B由亮变暗后熄灭由亮变暗后熄灭D断开开关断开开关S时，时，B立即熄灭，立即熄灭，A闪亮一下后熄灭闪亮一下后熄灭AD 解解析析：闭闭合合开开关关S时时，A、B一一起起亮亮，稳稳定定后后，A灯灯熄熄灭灭，B灯灯更更亮亮，A正正确确，B错误；断开开关错误；断开开关S时，时，B灯立即熄灭，灯立即熄灭，A灯闪亮一下后熄灭，灯闪亮一下后熄灭，C错误，错误，D正确正确分析自感现象的两点注意分析自感现象的两点注意(1)通通过过自自感感线线圈圈中中的的电电流流不不能能发发生生突突变变，即即通通电电过过程程，线线圈圈中中电电流流逐逐渐渐变变大大，断断电电过过程程，线线圈圈中中电电流流逐逐渐渐变变小小，方方向向不不变变此此时时线线圈圈可可等等效效为为“电电源源”，该该“电电源源”与其他电路元件形成回路与其他电路元件形成回路(2)断断电电自自感感现现象象中中灯灯泡泡是是否否“闪闪亮亮”问问题题的的判判断断，在在于于对对电电流流大大小小的的分分析析，若若断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(多多选选)如如图图所所示示的的电电路路中中，电电源源电电动动势势为为E，内阻为，内阻为r，线圈，线圈L的电阻不计，以下判断正确的是的电阻不计，以下判断正确的是()A闭合闭合S，稳定后，电容器的，稳定后，电容器的a极板带正电极板带正电B闭合闭合S，稳定后，电容器两端电压小于，稳定后，电容器两端电压小于EC断开断开S的瞬间，通过的瞬间，通过R1的电流方向向右的电流方向向右D断开断开S的瞬间，通过的瞬间，通过R2的电流方向向右的电流方向向右BC 解解析析：闭闭合合S，稳稳定定后后，R2的的电电压压是是路路端端电电压压，而而电电容容器器两两端端的的电电压压等等于于R2两两端端的的电电压压，小小于于E，电电容容器器的的b板板带带正正电电，A错错误误，B正正确确；断断开开S的的瞬瞬间间，线线圈圈L与与R1组组成成闭闭合合回回路路，通通过过R1的的电电流流向向右右，C正正确确；电电容容器器通通过过R2放放电电，通通过过R2的的电电流流向左，向左，D错误错误5(2018浙浙江江五五校校联联考考)如如图图1所所示示的的是是工工业业上上探探测测物物件件表表面面层层内内部部是是否否存存在在缺缺陷陷的的涡涡流流探探伤伤技技术术其其原原理理是是用用电电流流线线圈圈使使物物件件内内产产生生涡涡电电流流，借借助助探探测测线线圈圈测测定定涡涡电电流流的的改改变变，从从而而获获得得构构件件内内部部是是否否断断裂裂及及位位置置的的信信息息如如图图2所所示示的的是是一一个个带带铁铁芯芯的的线线圈圈L、开开关关S和和电电源源用用导导线线连连接接起起来来的的跳跳环环实实验验装装置置，将将一一个个套套环环置置于于线线圈圈L上上且且使使铁铁芯芯穿穿过过其其中中，闭闭合合开开关关S的的瞬瞬间间，套套环环将将立立刻刻跳跳起起关关于于对对以以上上两两个个运运用用实例理解正确的是实例理解正确的是()B A涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象涡流探伤技术运用了互感原理，跳环实验演示了自感现象B能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料能被探测的物件和实验所用的套环必须是导电材料C以上两个案例中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源以上两个案例中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源D以上两个案例中的线圈所连接电源也可以都是稳恒电源以上两个案例中的线圈所连接电源也可以都是稳恒电源解解析析：涡涡流流探探伤伤技技术术运运用用了了互互感感原原理理，跳跳环环实实验验演演示示了了互互感感现现象象，选选项项A错错误误；能能被被探探测测的的物物件件和和实实验验所所用用的的套套环环必必须须是是导导电电材材料料，能能使使的的在在套套环环中中形形成成感感应应电电流流，选选项项B正正确确；以以上上两两个个案案例例中中涡涡流流探探伤伤技技术术的的线线圈圈必必须须用用交交流流电电源源，而而跳跳环环实实验验演演示所连接电源是直流电源，选项示所连接电源是直流电源，选项CD错误错误A在电路甲中，断开在电路甲中，断开S后，后，A将逐渐变暗将逐渐变暗B在电路甲中，断开在电路甲中，断开S后，后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗将先变得更亮，然后才逐渐变暗C在电路乙中，断开在电路乙中，断开S后，后，A将逐渐变暗将逐渐变暗D在电路乙中，断开在电路乙中，断开S后，后，A将先变得更亮，然后才逐渐变暗将先变得更亮，然后才逐渐变暗6(多多选选)如如图图甲甲、乙乙所所示示的的电电路路中中，电电阻阻R和和自自感感线线圈圈L的的电电阻阻值值都都很很小小，且且小小于灯泡于灯泡A的电阻，接通的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡，使电路达到稳定，灯泡A发光，则发光，则()AD