2021版高考物理教科版大一轮复习基础自查学案：10.2　法拉第电磁感应定律　自感现象

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第2讲　法拉第电磁感应定律　自感现象

必备知识

一、法拉第电磁感应定律

1.感应电动势:

(1)概念:在电磁感应现象中产生的电动势。

(2)产生:只要穿过回路的磁通量发生变化,就能产生感应电动势,与电路是否闭合无关。

(3)方向:产生感应电动势的电路(导体或线圈)相当于电源,可用楞次定律或右手定则判断所产生感应电流的方向,在电源内部感应电流指向电源正极,由此可判断电源的正负极。

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,跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比。

(2)公式:E=n,n为线圈匝数。

导体棒由位置MN移动到M1N1的过程中面积的变化量为ΔS=lvΔt,穿过闭合回路的磁通量的变化量ΔΦ=BΔS,由E=,得导体切割磁感线的感应电动势为E=Blv。若v与B夹角为θ,则E=Blvsinθ。

二、自感　涡流

1.自感现象:由于通过导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。

2.自感电动势:

(1)定义:在自感现象中产生的感应电动势。

(2)表达式:E=L。

(3)自感系数L。

①相关因素:与线圈的大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关。

②单位:亨利(H),常用单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)。

1 mH=10-3 H,1 μH=10-6 H。

3.涡流:当线圈中的电流发生变化时,在它附近的导体中产生的像水中的旋涡一样的感应电流。

(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,安培力的方向总是阻碍导体的相对运动。

(2)电磁驱动:如果磁场相对于导体转动,在导体中产生的感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来。

(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。

基础小题

1.判断下列题目的正误。

(1)磁通量变化越大,产生的感应电动势也越大。 (　　)

(2)磁通量变化越快,产生的感应电动势也越大。 (　　)

(3)磁通量的变化率描述的是磁通量变化的快慢。 (　　)

(4)磁通量为零,则感应电动势也一定为零。 (　　)

(5)线圈中的自感电动势越大,自感系数就越大。 (　　)

(6)探测地雷的探测器是利用涡流工作的。 (　　)

提示:(1)×。由E=n可知,磁通量变化越大,产生的感应电动势不一定大。

(2)√。由E=n可知由描述的是磁通量变化的快慢,故越大,E越大。

(3)√。根据法拉第电磁感应定律可知,描述的是磁通量变化的快慢。

(4)×。若电路中某时刻磁通量为零,但磁通量的变化率不一定为零,则该时刻感应电流不一定为零。

(5)×。自感系数与线圈的大小、形状、匝数及是否有铁芯有关,与自感电动势无关。

(6)√。变化的磁场能在金属中感应出涡流。

2.如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,则在0～这段时间内              (　　)

A.线圈中的感应电流一直在减小

B.线圈中的感应电流先增大后减小

C.穿过线圈的磁通量一直在减小

D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在增大

【解析】选A。当线圈平面与磁场方向平行时,左右两边垂直切割磁感线,产生的感应电动势最大,感应电流最大,故A正确;由于两边切割的有效速度越来越小,故感应电动势及电流越来越小,故B错误;在四分之一周期内,穿过线圈的磁通量一直增大,故C错误;由E=可知,穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小,故D错误。

3.(2019·新乡模拟)如图所示,MN、PQ是间距为L的平行金属导轨,置于磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M、P间接有一阻值为R的电阻。一根与导轨接触良好、有效阻值为R的金属导线ab垂直导轨放置,并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动,则(不计导轨电阻)(　　)

A.通过电阻R的电流方向为P→R→M

B.a、b两点间的电压为BLv

C.a端电势比b端高

D.a端电势比b端低

【解析】选C。由右手定则可知,通过电阻R的电流方向为M→R→P,选项A错误;导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,则a、b两点间的电压U=R=BLv,选项B错误;由右手定则可知,通过导体棒的电流由b→a,此时导体棒是电源,则导体棒a端电势比b端高,选项C正确,D错误。

4.(教材改编题)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S闭合和断开的过程中(灯丝不会断),灯L1、L2的亮度变化情况是              (　　)

A.S闭合,L1不亮,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮

B.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮

C.S断开,L1、L2立即不亮

D.S断开,L1、L2都会亮一下再熄灭

【解析】选B。当S闭合瞬时,两灯同时获得电压,同时发光,随着线圈L电流的增加,逐渐将L1灯短路,L1逐渐变暗直到熄灭,同时,L2电流逐渐增大,变得更亮,故A错误,B正确;S断开瞬时,L2中电流消失,故立即熄灭,而L1中由于线圈L中产生一个与电流同向的自感电动势,电流由灯泡L1的右侧流入,故L1亮一下逐渐熄灭,故C、D错误。

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