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  • 2021-05-24 发布

【物理】2019届一轮复习人教版法拉第电磁感应定律自感学案

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第41课时 法拉第电磁感应定律 自感 考点1 对法拉第电磁感应定律的理解与应用 ‎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,电源的正、负极可由右手定则或楞次定律判断。‎ ‎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变化率成正比。‎ ‎(2)公式:E=n,其中为磁通量的变化率,n为线圈匝数。‎ ‎[例1] 半径为r的带缺口刚性金属圆环在纸面上固定放置,并处在变化的磁场中,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图甲所示。磁场的方向垂直于纸面,规定垂直纸面向里为正,变化规律如图乙所示。则以下说法正确的是(  )‎ A.第2 s内上极板为正极 B.第3 s内上极板为负极 C.第2 s末两极板之间的电场强度大小为零 D.第4 s末两极板之间的电场强度大小为 解析 第2 s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带正电,金属板下极板带负电,故A正确;第3 s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带正电,金属板下极板带负电,故B错误;根据法拉第电磁感应定律可知,第2 s末感应电动势不变,则两极板之间的电场强度大小不为零,故C错误;由题意可知,第4 s末两极板间的电场强度大小E====,故D错误。‎ 答案 A ‎(1)由于磁通量有正负之分,计算磁通量的变化时一定要规定磁通量的正方向。正向的磁通量增加与反向的磁通量减少产生的感应电流的方向相同。‎ ‎(2)公式E=n是求解回路某段时间内平均感应电动势的最佳选择,所求得的感应电动势是整个回路的电动势,而不是某部分导体产生的电动势。‎ ‎(3)用公式E=nS求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内垂直磁场方向的有效面积。‎ ‎1.(人教版选修3-2 P17·T1改编)关于法拉第电磁感应定律,下列说法正确的是(  )‎ A.线圈中的磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势就越大 B.线圈中的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势就越大 C.线圈中的磁通量越大,线圈中产生的感应电动势就越大 D.线圈放在磁场越强的地方,线圈中产生的感应电动势就越大 答案 B 解析 根据法拉第电磁感应定律E=n得,感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比。磁通量变化越大,由于不知磁通量的变化时间,故不一定越大,A错误;磁通量变化的快慢用表示,磁通量变化越快,则就大,根据法拉第电磁感应定律知产生的感应电动势就越大,B正确;磁通量Φ越大,但不一定大,C错误;磁感应强度大的磁场中可能没有磁通量的变化,则感应电动势可能为零,D错误。‎ ‎2. (2017·河北衡水中学调研)如图,一匝数为N、面积为S、总电阻为R的圆形线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面。当线圈由原位置翻转180°的过程中,通过线圈导线横截面的电荷量为(  )‎ A. B. ‎ C. D. 答案 B 解析 由法拉第电磁感应定律E=N ‎,可求出感应电动势的大小,再由闭合电路欧姆定律I=,可求出感应电流的大小,根据电荷量公式q=IΔt,可得q=N。由于开始线圈平面与磁场垂直,现把线圈翻转180°,则有ΔΦ=2BS,所以由上述公式可得通过线圈导线横截面的电荷量q=,B正确,A、C、D错误。‎ ‎3.(2017·湖北七校联考)(多选)如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长La=2Lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小,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 B.a、b线圈中感应电动势之比为2∶1‎ C.a、b线圈中感应电流之比为4∶1‎ D.a、b线圈中电功率之比为8∶1‎ 答案 AD 解析 原磁场向里减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场与原磁场方向相同,因此感应电流的方向为顺时针方向,A正确;根据法拉第电磁感应定律可知,E=n=n·L2,而La=2Lb,因此电动势之比为4∶1,B错误;线圈电阻R=ρ,故电阻之比为2∶1,由闭合电路欧姆定律可知I=,则电流之比为2∶1,C错误;电功率P=I2R,两线圈电流之比为2∶1,电阻之比为2∶1,则电功率之比为8∶1,D正确。‎ 考点2 导体切割磁感线产生感应电动势的计算 ‎1.E=Blv的三个特性 ‎(1)正交性:本公式要求磁场为匀强磁场,而且B、l、v三者相互垂直。‎ ‎(2)有效性:公式中的l为导体切割磁感线的有效长度。‎ ‎(3)相对性:E=Blv中速度v是导体相对于磁场的速度。‎ ‎2.公式E=n与E=Blv的比较 E=n E=Blv 区别 研究 对象 闭合回路 回路中做切割磁感线运动的部分导体 研究 内容 平均电动势 ‎①若v为瞬时速度,则求的是瞬时感应电动势 ‎②若v为平均速度,则求的是平均感应电动势 适用 范围 对任何电磁感应 现象普遍适用 只适用于导体垂直切割磁感线的运动 联系 E=Blv由E=在一定条件下推导得到。导体切割磁感线运动时,常用E=Blv求E,磁感应强度变化时,常用E=n求E ‎ [例2] (2015·安徽高考)如图所示,abcd为水平放置的“”形光滑金属导轨,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。已知金属杆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(  )‎ A.电路中感应电动势的大小为 B.电路中感应电流的大小为 C.金属杆所受安培力的大小为 D.金属杆的热功率为 解析 当杆滑动时,切割的有效长度为l,所以动生电动势E=Blv,A错误;金属杆长为,所以金属杆的电阻R=,由欧姆定律可知I==,B正确;安培力F=BI·=,C错误;金属杆的热功率P=I2R=,D错误。‎ 答案 B ‎1.切割情况 切割方式 电动势表达式 垂直切割 E=Blv 倾斜切割 E=Blvsinθ(θ为B与v的夹角)‎ 旋转切割 绕导体一端以角速度ω匀速转动:‎ E=Bωl2‎ ‎2.典图示例 如图甲:θ=30°,所以E=Blvsin30°=Blv。‎ 如图乙:切割磁感线的有效长度l=L,所以E=BLv。‎ 如图所示,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0。使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率 的大小应为(  )‎ A. B. ‎ C. D. 答案 C 解析 设圆的半径为r,当其绕过圆心O的轴匀速转动时,圆弧部分不切割磁感线,不产生感应电动势,而在转过半周的过程中直径只有一半在磁场中切割磁感线,产生的感应电动势E=B0r=B0r·=B0r2ω;当线框不动时,E′=·。由闭合电路欧姆定律得I=,要使I=I′,必须使E=E′,可得=,C正确。‎ 考点3 自感与涡流 ‎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的旋涡一样的感应电流。‎ ‎ [例3]  (2017·辽宁大连模拟)(多选)如图所示,L是自感系数很大的线圈,但其自身的电阻几乎为零。A和B是两个完全相同的灯泡,则下列说法中正确的有(  )‎ A.当开关S闭合瞬间,A、B两灯同时亮,最后B灯熄灭 B.当开关S断开瞬间,A、B两灯同时熄灭 C.当开关S断开瞬间,a点电势比b点电势低 D.当开关S断开瞬间,流经灯泡B的电流由a到b 解析 开关S闭合瞬间,线圈L对电流有阻碍作用,则相当于灯泡A与B串联,因此同时亮,且亮度相同,稳定后B被短路熄灭,A正确。当开关S断开后,灯泡A马上熄灭,由于自感,线圈中的电流慢慢减小,其相当于电源,左端为高电势,与灯泡B构成闭合回路放电,流经灯泡B的电流由a到b,灯泡B闪一下再熄灭,D正确,B、C错误。‎ 答案 AD ‎1.自感情况分类 通电自感 断电自感 电路图 器材规格 A1、A2同规格,R=RL,L较大 L很大(有铁芯),RL