2023版高考物理一轮总复习专题10电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习专题10电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感涡流课件，共56页。PPT课件主要包含了电磁感应现象，电源内阻，闭合电路欧姆，变化率，Blv，自感电动势，水的旋涡，安培力，感应电流，电磁驱动等内容，欢迎下载使用。

必 备 知 识·深 悟 固 基
一、法拉第电磁感应定律1．感应电动势(1)感应电动势：在______________中产生的电动势．产生感应电动势的那部分导体就相当于________，导体的电阻相当于____________．(2)感应电流与感应电动势的关系：遵循_____________定律，即I＝________.
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，跟穿过这一电路的磁通量的________成正比．(2)公式：E＝________，n为线圈匝数．
二、自感与涡流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，由于自感而产生的感应电动势叫作____________．(2)表达式：E＝________.(3)自感系数L的影响因素：与线圈的________、形状、________以及是否有铁芯有关．
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像____________状的感应电流．(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到________，安培力方向总是________导体的运动．(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生__________，使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来．交流感应电动机就是利用__________的原理工作的．
(1)感应电动势的方向与电源电动势的方向一样，都规定为在电源内部由负极指向正极．(2)穿过线圈的磁通量与匝数无关，感应电动势与匝数有关，n匝线圈相当于n个相同的电源串联．(3)ω为导体棒绕一端旋转的角速度．
1．[法拉第电磁感应定律的理解]关于电磁感应，下列说法正确的是(　　)A．穿过回路的磁通量越大，产生的感应电动势越大B．穿过回路的磁通量减小，产生的感应电动势一定变小C．穿过回路的磁通量变化越快，产生的感应电动势越大D．穿过回路的磁通量变化越大，产生的感应电动势越大【答案】C
3．[两种感应电动势](多选)如图所示，水平放置的平行金属导轨AB、CD相距l＝0.50 m，AC间接一电阻R＝0.20 Ω，MN到AC的距离L＝0.40 m，整个装置放在方向垂直于导轨平面的磁场中．导体棒MN垂直放在导轨上，既能固定也能无摩擦地沿导轨滑动，导轨的电阻均可忽略不计，导体棒的电阻也为0.20 Ω，则有(　　)
A．若导体棒向右滑动，则N端电势高B．若磁场是B＝0.40 T的匀强磁场，则当MN以v＝4.0 m/s水平向右匀速滑动时，水平外力的大小是0.4 N
C．若导体棒固定，图中磁场中的磁感应强度随时间均匀减小，则M端电势高D．若导体棒固定，磁场中的磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋0.5t) T，则A、C两点间电压为0.05 V【答案】BD　
4．[自感]如图所示电路，D1和D2是两个相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻与R相同，由于存在自感现象，在开关S接通和断开时，灯泡D1和D2亮暗的先后顺序是(　　)A．接通时D1灯先达最亮，断开时D1灯后暗B．接通时D2灯先达最亮，断开时D2灯后暗C．接通时D1灯先达最亮，断开时D1灯先暗D．接通时D2灯先达最亮，断开时D2灯先暗【答案】A
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1　法拉第电磁感应定律的理解与应用　[基础考点]
1．(2019年全国卷Ⅰ)(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图甲中虚线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甲所示．磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示．则在0～t1内(　　)
2．(多选)如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200 cm2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示．下列说法正确的是(　　)A．电阻R两端的电压保持不变B．初始时刻穿过线圈的磁通量为0.4 WbC．线圈电阻r消耗的功率为4×10－4 WD．前4 s内通过R的电荷量为4×10－4 C
　　　　甲　　　　　　　　乙
3．(2021年石家庄质量检测)如图甲所示，导体棒MN置于水平导轨上，P、Q之间有阻值为R的电阻，PQNM所围的面积为S，不计导轨和导体棒的电阻．导轨所在区域内存在沿竖直方向的磁场，规定磁场方向竖直向上为正，在0～2t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示，导体棒MN始终处于静止状态．下列说法正确的是(　　)
考点2　导体切割磁感线产生感应电动势的计算　[能力考点]
1．E＝Blv的特性(1)正交性：要求磁场为匀强磁场，而且B、l、v三者互相垂直．(2)有效性：l为导体切割磁感线的有效长度．如图甲中，导体棒的有效长度为a、b间的距离．(3)相对性：v是导体相对磁场的速度，若磁场也在运动，则应注意速度间的相对关系．
甲　　　 　　　　　乙
例1　(2021年广东卷)(多选)如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc和de，ab与de平行，bc是以O为圆心的圆弧导轨，圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图的匀强磁场，金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上，若杆OP绕O点在匀强磁场区域内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有(　　)A．杆OP产生的感应电动势恒定B．杆OP受到的安培力不变C．杆MN做匀加速直线运动D．杆MN中电流逐渐减小
1．(2021年河北卷)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B.导轨间距最窄处为一狭缝，取狭缝所在处O点为坐标原点．狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为θ，一电容为C的电容器与导轨左端相连．导轨上的金属棒与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v向右匀速运动，忽略所有电阻．下列说法正确的是(　　)
A．通过金属棒的电流为2BCv2tan θB．金属棒到达x0时，电容器极板上的电荷量为BCvx0tan θ
C．金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电D．金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定【答案】A　
金属棒到达x0时，其切割磁感线产生感应电动势的有效长度为L＝2x0tan θ，在回路内产生的感应电动势E＝BLv＝2Bvx0tan θ，电容器极板上的电荷量为Q＝CE＝2BCvx0tan θ，B错误；由楞次定律可判断出金属棒运动过程中，电容器的上极板带正电，C错误；金属棒运动过程中，金属棒所受安培力FA＝BIL＝BI·2vttan θ，金属棒匀速运动，F＝FA，外力F做功的功率P＝Fv随时间增大，D错误．
2．(2021年山东卷)迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道绕地飞行．系绳卫星由两子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如图所示．在电池和感应电动势的共同作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r.导体绳所受的安培力克服大小为f的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上．已知卫星离地平均高度为H，导体绳长为L(L≪H)，地球半径为R，质量为M，轨道处磁感应强度大小为B，方向垂直于赤道平面．忽略地球自转的影响．据此可得，电池电动势为(　　)
3．(2021年湖北一模)(多选)如图所示，在MN右侧区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度随时间变化的关系为B＝kt(k为大于零的常量)．一高为a、电阻为R的正三角形金属线框向右匀速运动．在t＝0时刻，线框底边恰好到达MN处；在t＝T时刻，线框恰好完全进入磁场．在线框匀速进入磁场的过程中(　　)A．线框中的电流始终为逆时针方向B．线框中的电流先逆时针方向，后顺时针方向
考点3　通电自感和断电自感　[基础考点]
1．自感现象“阻碍”作用的理解(1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增加，使其缓慢地增加．(2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流的减小，使其缓慢地减小．
2．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．
1．(多选)如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2是两个完全相同的电灯，E是内阻不计的电源．t＝0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定状态，t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过电灯D1和D2的电流，规定图中箭头所示方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是(　　)
【解析】当S闭合时，L的自感作用会阻碍其中的电流变大，电流从D1流过；当L的阻碍作用变小时，L中的电流变大，D1中的电流变小至零；D2中的电流为电路总电流，电流流过D1时，电路总电阻较大，电流较小，当D1中电流为零时，电流流过L与D2，总电阻变小，电流变大至稳定；当S再断开时，D2马上熄灭，D1与L组成回路，由于L的自感作用，D1慢慢熄灭，电流反向且减小；综上所述知A、C正确．
2．某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L，小灯泡A，开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因，你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　)A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大【答案】C
3．(2021年济南模拟)如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其电阻忽略不计．下列说法正确的是(　　)A．S闭合瞬间，A先亮B．S闭合瞬间，A、B同时亮C．S断开瞬间，B逐渐熄灭D．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭【答案】D
“等效法”求感应电动势
实际上，物理习题，总是依据一定的物理模型来构思设计的，解题的过程，从本质上讲就是分析和还原物理模型的过程，求感应电动势问题也不例外，只要抓住三种模型，巧妙进行等效转换，则一切问题均能顺利得到解决．
深 度 研 练·素 养 提 升
1．切割长度的等效当切割磁感线的导体不是直线而是任意弯曲的曲线或折线时，应把切割曲线两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度来求感应电动势．
2．切割速度的等效在求解“旋转切割”产生的感应电动势这类问题时，导体棒上各部分的切割速度不同，此时的v应等效为导体棒上各部分切割速度的平均值，在数值上一般等于旋转导体棒中点的切割速度．
例3　如图所示，长L的金属导线上端悬挂于C点，下悬一小球A，在竖直向下的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的半顶角为θ，摆球的角速度为ω，磁感应强度为B，试求金属导线中产生的感应电动势．