【物理】2019届二轮复习法拉第电磁感应定律　自感和涡流学案（全国通用） 10页

‎2019届二轮复习 法拉第电磁感应定律　自感和涡流 学案（全国通用）‎ ‎1．能应用法拉第电磁感应定律E＝n和导线切割磁感线产生电动势公式E＝BLv计算感应电动势。‎ ‎2．会判断电动势的方向，即导体两端电势的高低。‎ ‎3．理解自感现象，涡流的概念，能分析通电自感和断电自感。‎ 热点题型一 法拉第电磁感应定律的应用 例1、【2017·天津卷】如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是 A．ab中的感应电流方向由b到a B．ab中的感应电流逐渐减小 C．ab所受的安培力保持不变 D．ab所受的静摩擦力逐渐减小 ‎【答案】D ‎ 【变式探究】(多选)如图甲所示，一个阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1‎ 连接成闭合回路。线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与纵、横轴的截距分别为B0和t0，导线的电阻不计。则0至t1时间内 (　　)‎ A．电流的方向为由a到b B．电流的大小为 C．通过电阻R1的电量为 D．电阻R1上产生的热量为 答案：BC ‎【提分秘籍】‎ ‎1.应用法拉第电磁感应定律E＝n时应注意 ‎(1)研究对象：E＝n的研究对象是一个回路，而不是一段导体。‎ ‎(2)物理意义：E＝n求的是Δt时间内的平均感应电动势，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势。‎ ‎(3)E＝n求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某段导体的电动势，整个回路的电动势为零，其回路中某段导体的感应电动势不一定为零。‎ ‎2．法拉第电磁感应定律应用的三种情况 ‎(1)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则E＝nB。‎ ‎(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则E＝n·S，S是磁场范围内的有效面积。‎ ‎(3)磁通量的变化是由于面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。‎ ‎3．在图象问题中磁通量的变化率是Φ－t图象上某点切线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。 ‎ ‎【方法技巧】法拉第电磁感应定律解题技巧 ‎(1)公式E＝n是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。‎ ‎(2)用公式E＝nS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：q＝Δt＝·Δt＝。 ‎ ‎【变式探究】某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈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 ‎【提分秘籍】‎ ‎1.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．自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图 通电时 电流逐渐增大，灯泡逐渐变亮 电流突然增大，然后逐渐减小达到稳定 断电时 电流逐渐减小，灯泡逐渐变暗，电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2：①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗；②I2> I1，灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变 ‎【特别提醒】线圈在电路中的作用 ‎ ‎(1)线圈中电流增大时，线圈可以等效成一阻值由较大逐渐减小的电阻，电流非线性逐渐增大。 ‎ ‎(2)线圈中电流减小时，线圈可等效成一个电源，线圈中的磁场能逐渐转化成电能，构成回路中的电流沿原方向非线性逐渐减小。 ‎ ‎(3)线圈在电路中使电流不能发生突变，使电流的变化过程延长，但不能改变最终的结果。‎ ‎【举一反三】 ‎ 如图所示，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈，C是电容很大的电容器。当S闭合与断开时，A、B灯泡的发光情况是 (　　)‎ A．S刚闭合后，A亮一下又逐渐熄灭，B逐渐变亮 B．S刚闭合后，B亮一下又逐渐变暗，A逐渐变亮 C．S闭合足够长时间后，A和B一样亮 D．S闭合足够长时间后，A、B都熄灭 答案：A ‎ 解析：S刚闭合后，A、B都变亮，且A比B亮，之后A逐渐熄灭，B逐渐变亮，选项A正确，B错误。S闭合足够长时间后，A熄灭，B一直都是亮的，选项C、D错误。‎ ‎1.（2018年全国Ⅰ卷）如图，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的中心，O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻。可绕O转动的金属杆。M端位于PQS上，OM与轨道接触良好。空间存在半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，现使OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定（过程Ⅰ）；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B'（过程Ⅱ）。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则等于（ ）‎ A. 　　　B. 　　　C. 　　　D. 2‎ ‎【答案】B ‎2.（2018年全国Ⅰ卷）如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是（ ）‎ A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 ‎【答案】AD ‎【解析】本题考查电磁感应、安培定则及其相关的知识点。开关闭合的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由南向北，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，左侧线圈中磁通量不变，线圈中感应电动势和感应电流为零，直导线中电流为零，小磁针恢复到原来状态，BC错误；开关闭合并保持一段时间后再断开后的瞬间，左侧的线圈中磁通量变化，产生感应电动势和感应电流，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由北向南，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确。 ‎ ‎1.【2015·重庆·4】6．题4图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为，面积为.若在到时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由均匀增加到，则该段时间线圈两端a和b之间的电势差 A．恒为 B． 从0均匀变化到 ‎ C．恒为 D．从0均匀变化到 ‎【答案】C ‎2．(2015·福建理综·18)如图14，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中．一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(　　)‎ 图14‎ A．PQ中电流先增大后减小 B．PQ两端电压先减小后增大 C．PQ上拉力的功率先减小后增大 D．线框消耗的电功率先减小后增大 答案　C ‎3．(2015·山东理综·17)(多选)如图8‎ 所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动．现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速．在圆盘减速过程中，以下说法正确的是(　　)‎ 图8‎ A．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高 B．所加磁场越强越易使圆盘停止转动 C．若所加磁场反向，圆盘将加速转动 D．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动 答案　ABD 解析　由右手定则可知，处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高，选项A正确；根据E＝BLv可知所加磁场越强，则感应电动势越大，感应电流越大，产生的阻碍圆盘转动的安培力越大，则圆盘越容易停止转动，选项B正确；若加反向磁场，根据楞次定律可知安培力阻碍圆盘的转动，故圆盘仍减速转动，选项C错误；若所加磁场穿过整个圆盘，则圆盘中无感应电流，不产生安培力，圆盘匀速转动，选项D正确．‎ ‎1．(多选)(2014·江苏卷，7)如图5所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　　)‎ 图5‎ A．增加线圈的匝数 ‎ B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 ‎ D．取走线圈中的铁芯 答案　AB ‎2．(2014·江苏卷，1)如图1所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B。在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(　　)‎ 图1‎ A. B. C. D. 解析　由法拉第电磁感应定律可知，在Δt时间内线圈中产生的平均感应电动势为E＝n＝n＝，选项B正确。‎ 答案　B ‎3．(多选)(2014·山东卷，16)如图10，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过M、N两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是(　　)‎ 图10‎ A．FM向右 B．FN向左 C．FM逐渐增大 D．FN逐渐减小 答案　BCD 例4、(多选)(2014·四川卷，6)如图6所示，不计电阻的光滑U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小。质量为‎0.2 kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为‎1 m的正方形，其有效电阻为0.1 Ω。此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B＝(0.4－0.2t)T，图示磁场方向为正方向。框、挡板和杆不计形变。则(　　)‎ 图6‎ A．t＝1 s时，金属杆中感应电流方向从C到D B．t＝3 s时，金属杆中感应电流方向从D到C C．t＝1 s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1 N D．t＝3 s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2 N 解析　‎ 根据楞次定律可判断感应电流的方向总是从C到D，故A正确，B错误；由法拉第电磁感应定律可知：E＝＝＝sin 30°＝0.2×12× V＝0.1 V，故感应电流为I＝＝‎1 A，金属杆受到的安培力FA＝BIL，t＝1 s时，FA＝0.2×1×1 N＝0.2 N，方向如图甲，此时金属杆受力分析如图甲，由平衡条件可知F1＝FA·cos 60°＝0.1 N，F1为挡板P对金属杆施加的力。t＝3 s时，磁场反向，此时金属杆受力分析如图乙，此时挡板H对金属杆施加的力向右，大小F3＝BILcos 60°＝0.2×1×1× N＝0.1 N。故C正确，D错误。‎ 答案　AC ‎ ‎