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    22届高中物理一轮总复习 26 法拉第电磁感应定律及其应用(新高考)课件PPT

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    这是一份22届高中物理一轮总复习 26 法拉第电磁感应定律及其应用(新高考)课件PPT,共52页。PPT课件主要包含了内容索引,必备知识预案自诊,知识梳理,考点自诊,关键能力学案突破,对点演练等内容,欢迎下载使用。

    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①: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:感应电动势的大小跟穿过这一电路的             成正比。 (2)公式②:E= ,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=     。 
    3.导体切割磁感线的情形
    ③注: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。  
    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=     。 (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),1 mH=    H,1 μH=     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。 3.电磁阻尼导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是    导体的运动。 4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生         使导体受到安培力而运动起来。 
    1.判断下列说法的正误。(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。(  )(3)公式E=Blv中的l是导体棒的总长度。(  )(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。(  )(5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。(  )(6)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。(  )
    2.(新教材人教版选择性必修第二册P31“思考与讨论”改编)如图,导体棒CD在匀强磁场中运动,导体棒中的自由电荷是电子。自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。不必考虑自由电荷的热运动,导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?导体棒一直运动下去,自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电势比较高?
    答案见解析解析导体棒中自由电子相对于纸面斜向下运动;导体棒一直运动下去,自由电子不会总是沿着导体棒运动,因为自由电子运动后形成电场,最终洛伦兹力与电场力平衡;C端电势高。
    3.(新教材人教版选择性必修第二册P35“思考与讨论”改编)磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,指针也固定在铝框上(如图)。铝框的作用是什么?
    答案见解析解析假定仪表工作时指针向右转动,铝框中有感应电流,铝框要受到安培力阻碍指针向右偏转,起到减缓的作用,防止打坏指针。
    4.(新教材人教版选择性必修第二册P43习题改编)如图所示,匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b,磁场方向与线圈所在平面垂直,磁感应强度B随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为2∶1,匝数之比为1∶2。线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,某时刻磁通量分别为Φa和Φb,不考虑两线圈间的相互影响,则a、b线圈中产生的感应电动势之比Ea∶Eb是多少?
    1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率 的比较
    2.法拉第电磁感应定律应用的三种情况
    3.在有关图像问题中,磁通量的变化率 是Φ-t图像上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。
    【典例1】 (多选)(2019全国卷Ⅰ)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t=0到t=t1的时间间隔内(  )
    A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为D.圆环中的感应电动势大小为
    答案BC解析根据楞次定律可知,圆环中的感应电流始终沿顺时针方向,B正确。从0到t1,电流方向未变,磁场方向改变,根据左手定则,安培力方向必定改变,
    解题指导(1)根据楞次定律判定感应电流方向,但要注意若由此盲目认为安培力方向始终不变,易错选。(2)根据感应电动势 中计算电动势,然后根据闭合电路欧姆定律计算电流,但要注意S有效为圆环回路在磁场中的有效面积,而不是圆环回路的面积。
    1.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;(2)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。2.几点注意(1)公式 是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。(2)用公式 求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积。(3)通过某一回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路总电阻R总有关,与时间长短无关。推导如下:
    1.(多选)(2020广东深圳高三二模)如图甲所示,用横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线绕成边长为L匝数为n的正方形线框abcd,置于垂直于线框平面的匀强磁场中。从t=0开始,磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。则在0~t0时间内(  )A.线框中的电流先增大后减小B.线框四条边所受安培力先向内后向外
    2.(2020北京卷)如图甲所示,N=200匝的线圈(图中只画了2匝),电阻r=2 Ω,其两端与一个R=48 Ω的电阻相连,线圈内有指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。(1)判断通过电阻R的电流方向;(2)求线圈产生的感应电动势E;(3)求电阻R两端的电压U。
    答案(1)a→b (2)10 V (3)9.6 V解析(1)线圈中垂直于纸面向里的磁场增大,为了阻碍线圈中磁通量的增大,根据楞次定律可知线圈中感应电流产生的磁场垂直于纸面向外,根据安培定则可知线圈中的感应电流为逆时针方向,所通过电阻R的电流方向为a→b。
    导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况
    【典例2】 如图所示,abcd为水平放置的平行“U”形光滑金属导轨,ab与cd的间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则(  )
    答案 B 解析 金属杆的运动方向与金属杆不垂直,电路中感应电动势的大小为E=Blv(l为切割磁感线的有效长度),选项A错误;电路中感应电流的大小为
    破题 根据E=BLv,L是有效的切割长度,求解感应电动势。根据闭合电路欧姆定律求感应电流的大小。由F=BIL求安培力,由功率公式求解金属杆的热功率。
    【典例3】 (2020浙江卷)如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上,磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO'上,随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、
    板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是(  )
    解题指导1.明确转动切割产生电动势通常有三种情况:(1)以中点为轴时,E=0(不同两段的代数和)。本题选项A的判定属于第2种情况。2.匀速转动产生的电动势可认为是不变的。
    应用法拉第电磁感应定律的四种情况
    3.如图所示,固定平行导轨间有磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场,导轨间距为l且足够长,左端接阻值为R的定值电阻,导轨电阻不计。现有一长为2l的金属棒垂直放在导轨上,金属棒始终与导轨接触良好,电阻不计,在金属棒以O点为轴沿顺时针方向以角速度ω转过60°的过程中(  )
    4.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计,导体棒与圆形导轨接触良好。求:(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;(2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;(3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流。
    通电自感和断电自感的比较
    【典例4】 (2017北京卷)图甲和图乙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.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等
    答案 C 解析 题图甲中,S1断开的瞬间,灯A1闪亮,故稳定时IL1>IA1,又由于RL1和RA1两端电压相等,故电阻RL1破题 线圈在电路中发生自感现象,根据楞次定律可知,感应电流要“阻碍”使原磁场变化的电流的变化。电流突然增大时,会感应出逐渐减小的反向电流,使电流逐渐增大;电流突然减小时,会感应出逐渐减小的同向电流,使电流逐渐减小。
    1.明确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.弄清自感中“闪亮”与“不闪亮”问题
    5.(2020福建福州模拟)如图所示的电路中,A、B为两个完全相同的灯泡,L是自感系数很大的线圈,其电阻与R相等,下列说法正确的是(  )A.在断开S2的情况下,若突然闭合S1,A、B灯均逐渐亮起来
    B.在闭合S2的情况下,若突然闭合S1,A灯立即发光,B灯逐渐亮起来C.闭合S1、S2待电路稳定后,若突然断开S1,则A、B灯均不会立即熄灭D.闭合S1、S2待电路稳定后,若突然断开S1,则A灯不会立即熄灭,而B灯立即熄灭
    答案 D解析 在断开S2的情况下,若突然闭合S1时,由于线圈的自感现象,出现自感电动势阻碍电流的增大,A灯立即亮,B灯逐渐亮,选项A错误;在闭合S2的情况下,若突然闭合S1时,由于线圈的自感很大,相当于断路,两灯立即亮,选项B错误;当同时闭合S1、S2,待电路稳定后突然将S1断开,B灯立即熄灭,因自感现象,L与A组成回路,A灯不会立即熄灭,而是逐渐熄灭,选项C错误,D正确。
    6.(2020全国卷Ⅱ)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为(  )A.库仑B.霍尔C.洛伦兹D.法拉第
    答案 D解析 线圈中的高频交变电流产生交变磁场,钢管处于交变磁场中,由于电磁感应产生交变电流,交变电流通过接缝处,接缝处电阻很大,根据焦耳定律Q=I2Rt知,接缝处会产生大量的热量,熔化材料。此焊接过程利用的电磁学规律是电磁感应,电磁感应的发现者是法拉第,A、B、C错误,D正确。
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