第2課時法拉第電磁感應定律自感和渦流 基礎回顧 核心探究 演練提升 基礎回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 法拉第電磁感應定律1 感應電動勢 1 概念 由產(chǎn)生的電動勢 2 產(chǎn)生條件 穿過回路的發(fā)生改變 與電路是否閉合 3 方向判斷 感應電動勢的方向用或判斷 2 法拉第電磁感應定律 1 內(nèi)容 電路中感應電動勢的大小 跟穿過這個電路的成正比 2 公式 E n 其中n為線圈匝數(shù) 3 感應電流與感應電動勢的關系 遵守閉合電路的定律 即I 電磁感應 磁通量 無關 楞次定律 右手定則 磁通量的變化率 歐姆 3 導體切割磁感線時的感應電動勢 Lv t BLv t BLv vcos vsin BLvsin 1 勻速轉(zhuǎn)動 如圖 導體棒以某一端點為軸 在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應電動勢E BL 平均速度等于中點位置的線速度L 2 下面圖示情況 a b c d四段導體兩端的感應電動勢各為多大 Ea Eb Ec Ed 導體b向垂直于導體棒的方向運動時 感應電動勢最大 最大是 BLv BLv BLv BLv 二 自感 渦流1 自感 1 概念 由于導體線圈本身的變化而引起的電磁感應現(xiàn)象 叫做自感 2 自感電動勢 定義 在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做 表達式 EL 3 自感系數(shù)L 相關因素 跟線圈的 體積 以及是否有鐵芯有關 單位 亨利 H 1mH H 1 H H 2 渦流當線圈中的電流發(fā)生變化時 在它附近的任何導體中都會產(chǎn)生 這種電流像水的旋渦 所以叫渦流 電流 自感電動勢 匝數(shù) 形狀 感應電流 10 3 10 6 自主檢測 1 思考判斷 1 磁通量變化越大 產(chǎn)生的感應電動勢也越大 2 磁通量變化越快 產(chǎn)生的感應電動勢就越大 3 磁場相對導體棒運動時 導體棒中也能產(chǎn)生感應電動勢 4 線圈匝數(shù)n越多 磁通量越大 產(chǎn)生的感應電動勢越大 5 線圈中的電流越大 自感系數(shù)也越大 6 自感電動勢阻礙電流的變化 但不能阻止電流的變化 答案 1 2 3 4 5 6 2 2018 惠州調(diào)研 多選 如圖 甲 所示 面積S 1m2的導體圓環(huán)內(nèi)通有垂直于圓平面向里的磁場 磁場的磁感應強度B隨時間t變化的關系如圖 乙 所示 B取向里為正 以下說法正確的是 A 環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流B 環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流C 環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢大小為1VD 環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢大小為2V AC 3 2018 無錫模擬 如圖所示 三個燈泡L1 L2 L3的電阻關系為R1 R2 R3 電感線圈L的電阻可忽略 D為理想二極管 開關S從閉合狀態(tài)突然斷開時 下列判斷正確的是 A L1逐漸變暗 L2 L3均先變亮 然后逐漸變暗B L1逐漸變暗 L2立即熄滅 L3先變亮 然后逐漸變暗C L1立即熄滅 L2 L3均逐漸變暗D L1 L2 L3均先變亮 然后逐漸變暗 B 解析 開關S處于閉合狀態(tài)時 由于R1I2 I3 開關S從閉合狀態(tài)突然斷開時 L產(chǎn)生自感電動勢 由于二極管的反向截止作用 L2立即熄滅 電感線圈 L1 L3組成閉合回路 L1逐漸變暗 通過L3的電流由I3變?yōu)镮1 再逐漸減小 故L3先變亮 然后逐漸變暗 選項B正確 核心探究分類探究 各個擊破 考點一法拉第電磁感應定律的理解與應用 典例1 2018 合肥校級模擬 多選 在如圖 甲 所示的電路中 螺線管匝數(shù)n 1500匝 橫截面積S 20cm2 螺線管導線電阻r 1 0 R1 4 0 R2 5 0 C 30 F 在一段時間內(nèi) 穿過螺線管的磁場的磁感應強度B按如圖 乙 所示的規(guī)律變化 則下列說法中正確的是 A 螺線管中產(chǎn)生的感應電動勢為1 2VB 閉合S 電路中的電流穩(wěn)定后電容器上極板帶正電C 電路中的電流穩(wěn)定后 電阻R1的電功率為5 10 2WD S斷開后 流經(jīng)R2的電荷量為1 8 10 5C AD 方法技巧應用法拉第電磁感應定律注意點 多維訓練 1 導學號58826210 法拉第電磁感應定律的理解 2018 山東棗莊檢測 如圖 甲 所示 圓形線圈垂直放在勻強磁場里 第1s內(nèi)磁場方向指向紙里 如圖 乙 若磁感應強度大小隨時間變化的關系如圖 甲 那么 下面關于線圈中感應電流的說法正確的是 A 在第1s內(nèi)感應電流增大 電流方向為順時針B 在第2s內(nèi)感應電流減小 電流方向為逆時針C 在第3s內(nèi)感應電流大小不變 電流方向為順時針D 在第4s內(nèi)感應電流大小不變 電流方向為順時針 C 2 法拉第電磁感應定律的應用 2016 北京卷 16 如圖所示 勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a b 磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應強度B隨時間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢分別為Ea和Eb 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說法正確的是 A Ea Eb 4 1 感應電流均沿逆時針方向B Ea Eb 4 1 感應電流均沿順時針方向C Ea Eb 2 1 感應電流均沿逆時針方向D Ea Eb 2 1 感應電流均沿順時針方向 B 考點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算 公式E BLv的 四性 1 正交性 公式是在一定條件下得出的 除磁場為勻強磁場外 還需B L v三者互相垂直 2 瞬時性 若v為瞬時速度 則E為相應的瞬時感應電動勢 3 有效性 公式中的L為導體切割磁感線的有效長度 即導體與v垂直方向上的投影長度 如圖中有效長度分別為 4 相對性 公式中的速度v是導體相對磁場的速度 若磁場也在運動 應注意速度間的相對關系 典例2 2017 江蘇卷 13 如圖所示 兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi) 其右端接一阻值為R的電阻 質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導軌上 其左側(cè)的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應強度大小為B 方向豎直向下 當該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后 金屬桿的速度變?yōu)関 導軌和金屬桿的電阻不計 導軌光滑且足夠長 桿在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 求 1 MN剛掃過金屬桿時 桿中感應電流的大小I 2 MN剛掃過金屬桿時 桿的加速度大小a 3 PQ剛要離開金屬桿時 感應電流的功率P 審題圖示 反思總結 1 在應用公式E BLv求解電動勢時 其中 v 為相對于磁場的速度大小 2 求解切割類電磁感應中電流 安培力 電功 電功率 加速度 動量 動能等物理量時 牛頓運動定律 功能關系 動能定理及直流電路規(guī)律同樣適用 多維訓練 1 轉(zhuǎn)動切割 2016 全國 卷 20 多選 法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示 銅圓盤安裝在豎直的銅軸上 兩銅片P Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸 圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中 圓盤旋轉(zhuǎn)時 關于流過電阻R的電流 下列說法正確的是 A 若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定 則電流大小恒定B 若從上向下看 圓盤順時針轉(zhuǎn)動 則電流沿a到b的方向流動C 若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方向可能發(fā)生變化D 若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍 則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 AB 2 導學號58826211 含電容器的平動切割 2018 山東濰坊質(zhì)檢 如圖所示 平行光滑金屬導軌傾斜放置 與水平面間的夾角為 間距為L 導軌上端與一電容為C的電容器相連 勻強磁場磁感應強度為B 方向垂直于導軌平面向上 質(zhì)量為m的導體棒垂直放在導軌上并由靜止釋放 導軌足夠長 則導體棒 A 做變加速直線運動B 先做變加速直線運動 再做勻速運動C 做勻加速直線運動且加速度大小為gsin D 做勻加速直線運動且加速度大小為 D 考點三自感和渦流 1 自感現(xiàn)象的四大特點 1 自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化 2 通過線圈中的電流不能發(fā)生突變 只能緩慢變化 3 電流穩(wěn)定時 自感線圈就相當于普通導體 4 線圈的自感系數(shù)越大 自感現(xiàn)象越明顯 自感電動勢只是延緩了過程的進行 但它不能使過程停止 更不能使過程反向 2 自感中 閃亮 與 不閃亮 問題 典例3 2018 宜春模擬 如圖所示 電路中的A B是兩個完全相同的燈泡 L是一個自感系數(shù)很大 電阻可忽略的自感線圈 C是電容很大的電容器 當開關S斷開與閉合時 關于A B兩燈泡發(fā)光情況的說法 其中正確的是 A S剛閉合瞬間 B燈亮一下又逐漸變暗 A燈逐漸變亮B S剛閉合瞬間 A燈亮一下又逐漸變暗 B燈逐漸變亮C S閉合足夠長時間后 A燈泡和B燈泡一樣亮D S閉合足夠長時間后再斷開 B燈立即熄滅 A燈逐漸熄滅 B 核心點撥 1 S剛閉合時 電容器充電 自感線圈阻礙電流增大 2 S閉合足夠長時間后 電容器支路無電流 自感線圈相當于短路 解析 S剛閉合后 燈泡A與自感線圈并聯(lián) 由于自感阻礙電流的增大 所以A燈亮一下 然后逐漸熄滅 B燈與電容器并聯(lián) 由于電容器充電 所以B燈逐漸變亮 故A錯誤 B正確 S閉合足夠長時間后 C中無電流 相當于斷路 L相當于短路 所以B燈很亮 而A燈不亮 故C D錯誤 方法總結解決自感問題的三個技巧 針對訓練 2018 太原模擬 電磁爐熱效率高達90 爐面無明火 無煙無廢氣 火力 強勁 安全可靠 如圖所示是描述電磁爐工作原理的示意圖 下列說法正確的是 A 當恒定電流通過線圈時 會產(chǎn)生恒定磁場 恒定磁場越強 電磁爐加熱效果越好B 在鍋和電磁爐中間放一紙板 則電磁爐不能起到加熱作用C 電磁爐的鍋不能用陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋 主要原因是這些材料的導熱性能較差D 電磁爐通電線圈加交變電流后 在鍋底產(chǎn)生渦流 進而發(fā)熱工作 D 解析 電磁爐是通過鍋體中的渦流加熱的 而鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的 所加的電流是交流 不是直流 電流不恒定 故A錯誤 D正確 在鍋和電磁爐中間放一紙板 不會影響電磁爐的加熱作用 故B錯誤 金屬鍋自身能夠產(chǎn)生渦流而直接加熱 但陶瓷鍋或耐熱玻璃鍋屬于絕緣材料 里面不會產(chǎn)生渦流 故C錯誤 演練提升真題體驗 強化提升 高考模擬 1 法拉第電磁感應定律的應用 2017 天津卷 3 如圖所示 兩根平行金屬導軌置于水平面內(nèi) 導軌之間接有電阻R 金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸 整個裝置放在勻強磁場中 磁場方向垂直于導軌平面向下 現(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小 ab始終保持靜止 下列說法正確的是 A ab中的感應電流方向由b到aB ab中的感應電流逐漸減小C ab所受的安培力保持不變D ab所受的靜摩擦力逐漸減小 D 解析 根據(jù)楞次定律 感應電流產(chǎn)生的磁場向下 再根據(jù)安培定則 可判斷ab中感應電流方向從a到b A錯誤 磁場變化是均勻的 根據(jù)法拉第電磁感應定律 感應電動勢恒定不變 感應電流I恒定不變 B錯誤 安培力F BIL 由于I L不變 B減小 所以ab所受的安培力逐漸減小 根據(jù)力的平衡條件 靜摩擦力逐漸減小 C錯誤 D正確 2 平動切割 2018 遵義模擬 多選 如圖所示 阻值為R的金屬棒從圖示位置ab分別以v1 v2的速度沿光滑水平導軌 電阻不計 勻速滑到a b 位置 若v1 v2 1 2 則在這兩次過程中 A 回路電流I1 I2 1 2B 產(chǎn)生的熱量Q1 Q2 1 4C 通過任一截面的電荷量q1 q2 1 1D 外力的功率P1 P2 1 2 AC 3 自感現(xiàn)象 2017 北京卷 19 圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖 L1和L2為電感線圈 實驗時 斷開開關S1瞬間 燈A1突然閃亮 隨后逐漸變暗 閉合開關S2 燈A2逐漸變亮 而另一個相同的燈A3立即變亮 最終A2與A3的亮度相同 下列說法正確的是 A 圖1中 A1與L1的電阻值相同B 圖1中 閉合S1 電路穩(wěn)定后 A1中電流大于L1中電流C 圖2中 變阻器R與L2的電阻值相同D 圖2中 閉合S2瞬間 L2中電流與變阻器R中電流相等 C 解析 圖1中 開關S1斷開瞬間 燈A1突然閃亮 隨后逐漸變暗 說明電路穩(wěn)定時IL1 IA1 故RL1 RA1 選項A B錯誤 圖2中 電路穩(wěn)定后A2與A3的亮度相同 說明兩支路電流相等 故R RL2 選項C正確 閉合S2瞬間 L2對電流的變化起阻礙作用 L2所在支路的電流小于滑動變阻器所在支路的電流 選項D錯誤 4 電磁感應的綜合應用 2016 全國 卷 24 如圖 兩固定的絕緣斜面傾角均為 上沿相連 兩細金屬棒ab 僅標出a端 和cd 僅標出c端 長度均為L 質(zhì)量分別為2m和m 用兩根不可伸長的柔軟輕導線將它們連成閉合回路abdca 并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上 使兩金屬棒水平 右斜面上存在勻強磁場 磁感應強度大小為B 方向垂直于斜面向上 已知兩根導線剛好不在磁場中 回路電阻為R 兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為 重力加速度大小為g 已知金屬棒ab勻速下滑 求 解析 1 設導線的張力的大小為T 右斜面對ab棒的支持力的大小為N1 作用在ab棒上的安培力的大小為F 左斜面對cd棒的支持力大小為N2 對于ab棒 由力的平衡條件得2mgsin N1 T F N1 2mgcos 對于cd棒 同理有mgsin N2 T N2 mgcos 聯(lián)立 式得F mg sin 3 cos 答案 1 mg sin 3 cos 1 作用在金屬棒ab上的安培力的大小 2 金屬棒運動速度的大小 拓展增分 電磁感應在生活中的應用的有關問題有關現(xiàn)代信息和STS問題中信息題 命題背景有電磁爐 電子秤 電磁卡 電磁焊接術 衛(wèi)星懸繩發(fā)電 磁懸浮列車等 是高考命題的重點之一 解題策略是認真審題 挖掘題干給定的信息 靈活運用給定的信息是解題的關鍵 示例 2017 湖南長沙三模 隨著科技的不斷發(fā)展 無線充電已經(jīng)進入人們的視線 小到手表 手機 大到電腦 電動汽車的充電 都已經(jīng)實現(xiàn)了從理論研發(fā)到實際應用的轉(zhuǎn)化 下圖給出了某品牌的無線充電手機利用電磁感應方式無線充電的原理圖 關于無線充電 下列說法正確的是 A 無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是 電流的磁效應 B 只有將充電底座接到直流電源上才能對手機進行充電C 接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同D 只要有無線充電底座 所有手機都可以進行無線充電 C 解析 由于題干給定的是無線充電手機利用電磁感應方式 因此其工作原理是電磁感應現(xiàn)象 故A錯誤 當充電設備通以恒定直流 發(fā)射線圈不會產(chǎn)生交變磁場 那么不能夠正常使用 故B錯誤 接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同 故C正確 被充電手機內(nèi)部有一 接收線圈 與手機電池相連 當有交變磁場時 則出現(xiàn)感應電動勢 而普通手機無此功能 不能夠利用無線充電設備進行充電 故D錯誤