1、第2節(jié)法拉第電磁感應定律及其應用,知識梳理,考點自診,一、法拉第電磁感應定律 1.感應電動勢 (1)概念:在 電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。 (2)產(chǎn)生條件:穿過回路的 磁通量發(fā)生改變,與電路是否閉合 無關。 (3)方向判斷:感應電動勢的方向用 楞次定律或 右手定則判斷。,知識梳理,考點自診,2.法拉第電磁感應定律 (1)內(nèi)容:感應電動勢的大小跟穿過這一電路的 磁通量的變化率成正比。,(3)感應電流與感應電動勢的關系:遵守閉合電路的 歐姆定律, 即I= 。,知識梳理,考點自診,3.導體切割磁感線的情形,知識梳理,考點自診,二、自感、渦流 1.自感現(xiàn)象 (1)概念:由于導體本身的 電流變化而產(chǎn)生的

2、電磁感應現(xiàn)象稱為自感。 (2)自感電動勢 定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫作 自感電動勢。 表達式:E= L 。 (3)自感系數(shù)L 相關因素:與線圈的 大小、形狀、 匝數(shù)以及是否有鐵芯有關。 單位:亨利(H),1 mH= 10-3 H,1 H= 10-6 H。,知識梳理,考點自診,2.渦流 當線圈中的電流發(fā)生變化時,在它附近的任何導體中都會產(chǎn)生 感應電流,這種電流像水的漩渦所以叫渦流。 3.電磁阻尼 導體在磁場中運動時,感應電流會使導體受到安培力,安培力的方向總是 阻礙導體的運動。 4.電磁驅動 如果磁場相對于導體轉動,在導體中會產(chǎn)生 感應電流使導體受到安培力而運動起來。,知識梳理,考點自

3、診,1.判斷下列說法的正誤。 (2)線圈匝數(shù)n越多,磁通量越大,產(chǎn)生的感應電動勢也越大。() (3)公式E=Blv中的l是導體棒的總長度。() (4)磁場相對導體棒運動時,導體棒中也可能產(chǎn)生感應電動勢。() (5)線圈中的電流越大,自感系數(shù)也越大。() (6)對于同一線圈,當電流變化越快時,線圈中的自感電動勢越大。(),答案,知識梳理,考點自診,2.(多選)(2018河南商丘期末)如圖所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時間,下列措施可行的有() A.增加線圈的匝數(shù) B.提高交流電源的頻率 C.將金屬杯換為瓷杯 D.取走線圈中的

4、鐵芯,答案,解析,知識梳理,考點自診,3.(2018山東德州調(diào)研)如圖所示,長為L的金屬導線彎成一圓環(huán),導線的兩端接在電容為C的平行板電容器上,P、Q為電容器的兩個極板,磁場方向垂直于環(huán)面向里,磁感應強度以B=B0+Kt(K0)隨時間變化。t=0時,P、Q兩極板電勢相等,兩極板間的距離遠小于環(huán)的半徑.經(jīng)時間t,電容器的P極板() A.不帶電 B.所帶電荷量與t成正比,答案,解析,知識梳理,考點自診,4.(2018北京豐臺期末)如圖所示,在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中,金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動,MN中產(chǎn)生的感應電動勢為E1;若磁感應強度增為2B,速度增為2v

5、,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應電動勢變?yōu)镋2,則E1E2為() A.21B.12 C.41D.14,答案,解析,知識梳理,考點自診,5.(2018云南新平月考)在如圖所示的電路中,a、b為兩個完全相同的燈泡,L為自感線圈,E為電源,S為開關。關于兩燈泡點亮和熄滅的先后次序,下列說法正確的是() A.合上開關,a先亮,b逐漸變亮;斷開開關,a、b同時熄滅 B.合上開關,b先亮,a逐漸變亮;斷開開關,a先熄滅,b后熄滅 C.合上開關,b先亮,a逐漸變亮;斷開開關,a、b同時熄滅 D.合上開關,a、b同時亮;斷開開關,b先熄滅,a后熄滅,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,法拉第電磁感應定律

6、的應用 1.磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率 的比較,命題點一,命題點二,命題點三,2.法拉第電磁感應定律應用的三種情況,3.在有關圖象問題中,磁通量的變化率 是-t圖象上某點切線的斜率,利用斜率和線圈匝數(shù)可以確定該點感應電動勢的大小。,命題點一,命題點二,命題點三,典例1(2018湖北黃岡調(diào)研)如圖甲所示,一個電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路。線圈的半徑為r1,在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場,磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0,導線的電阻不計。求在0t1時間內(nèi): (1)

7、通過電阻R1的電流大小和方向; (2)通過電阻R1的電荷量q。,命題點一,命題點二,命題點三,再根據(jù)楞次定律可以判斷,流過電阻R1的電流方向應由b到a。,思維點撥(1)B-t圖象為一條傾斜直線,表示磁場均勻變化,即變化率恒定。 (2)本題應區(qū)分磁場的面積和線圈的面積。,命題點一,命題點二,命題點三,此題主要考查如何應用法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、楞次定律,通過科學思維綜合解決問題的核心素養(yǎng)。 這類問題一般按下列步驟: (1)分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況; (2)利用楞次定律確定感應電流的方向; (3)靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方程求解。,命題點一,命題

8、點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 1.(2017天津卷)如圖所示,兩根平行金屬導軌置于水平面內(nèi),導軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸,整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌平面向下。現(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說法正確的是() A.ab中的感應電流方向由b到a B.ab中的感應電流逐漸減小 C.ab所受的安培力保持不變 D.ab所受的靜摩擦力逐漸減小,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,2.(2018山東泰安二模)圖甲為手機及無線充電板,圖乙為充電原理示意圖。充電板接交流電源,對充電板供電,充電板內(nèi)的送電線圈可產(chǎn)生交變

9、磁場,從而使手機內(nèi)的受電線圈產(chǎn)生交變電流,再經(jīng)整流電路轉變成直流電后對手機電池充電。為方便研究,現(xiàn)將問題做如下簡化:設受電線圈的匝數(shù)為n,面積為S,若在t1到t2時間內(nèi),磁場垂直于受電線圈平面向上穿過線圈,其磁感應強度由B1均勻增加到B2。下列說法正確的是(),命題點一,命題點二,命題點三,A.c點的電勢高于d點的電勢 B.受電線圈中感應電流方向由d到c,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,3.(多選)(2018湖南常德期末)2017年9月13日,蘋果在喬布斯劇院正式發(fā)布旗下三款iPhone新機型,除了常規(guī)的硬件升級外,三款iPhone還支持快充和無線充電。圖甲為興趣小組制作的無線充電裝

10、置中的受電線圈示意圖,已知線圈匝數(shù)n=100、電阻r=1 、橫截面積S=1.510-3 m2,外接電阻R=7 。線圈處在平行于線圈軸線的勻強磁場中,磁場的磁感應強度隨時間變化如圖乙所示,則(),命題點一,命題點二,命題點三,A.在t=0.01 s時通過R的電流發(fā)生改變 B.在t=0.01 s時線圈中的感應電動勢E=0.6 V C.在00.02 s內(nèi)通過電阻R的電荷量q=1.510-3C D.在0.020.03 s內(nèi)R產(chǎn)生的焦耳熱為Q=1.810-3J,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的分析與計算 導體棒切割磁感線時,可有以下三種情況,命題點一,命題點二,

11、命題點三,典例2(2018河北阜城期末)如圖所示,abcd為水平放置的平行“U”形光滑金屬導軌,ab與cd的間距為l,導軌間有垂直于導軌平面的勻強磁場,磁感應強度大小為B,導軌電阻不計,金屬桿MN傾斜放置,與導軌成角,單位長度的電阻為r。保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導軌接觸良好),則(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,思維點撥解答該題要明確以下幾點: (1)金屬桿切割磁感線的有效長度并不是它的實際長度,而是它的長度沿垂直速度方向的投影長度。 (2)金屬桿相當于電源,電路中的電流可利用歐姆定律求得。 (3)金屬桿的熱功率可用公式P=I2R求得。,此題考

12、查對公式E=Blv中的l的物理意義的理解,不能死記硬背公式。,命題點一,命題點二,命題點三,典例3(多選)(2018吉林市第二次調(diào)研) 如圖所示,均勻金屬圓環(huán)的總電阻為4R,磁感應強度為B的勻強磁場垂直穿過圓環(huán)。金屬桿OM的長為l,阻值為R,M端與環(huán)接觸良好,繞過圓心O的轉軸以恒定的角速度順時針轉動。阻值為R的電阻一端用導線和環(huán)上的A點連接,另一端和金屬桿的轉軸O處的端點相連接。下列判斷正確的是(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,此題要求綜合應用公式E= Bl2、右手定則、閉合電路歐姆定律進行推理。,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 4.(多選)(2016全國卷)法拉第圓盤發(fā)

13、電機的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中。圓盤旋轉時,關于流過電阻R的電流,下列說法正確的是(),命題點一,命題點二,命題點三,A.若圓盤轉動的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時針轉動,則電流沿a到b的方向流動 C.若圓盤轉動方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,5.(多選)(2018河北衡水三模)如圖所示,半徑為r的半圓弧光滑金屬導軌ab垂直放置在磁感應強度為

14、B的勻強磁場中,現(xiàn)有一導體棒Oc可繞半圓形導軌的圓心O點逆時針旋轉,轉動過程中導體棒接入的電阻為R0,導體棒與導軌始終接觸良好,導軌電阻不計,在導軌的右端點b和圓心O有兩根引線分別接在電容器C和總阻值為R的滑動變阻器兩端,現(xiàn)讓導體棒從b端向a端轉動,則下列說法正確的是(),命題點一,命題點二,命題點三,A.導體棒在轉動過程中c端電勢高 D.滑片P置于中間不動,均勻增大轉速時導體棒所受的外力和C上的電荷量都均勻增大,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,6.(多選) 如圖所示,一導線彎成半徑為r的半圓形閉合線框,豎直虛線MN右側有垂直線框所在平面的勻強磁場,磁感應強度大小為B,線框以垂直虛線

15、MN、大小為v的速度向右勻速進入磁場,直徑CD始終與MN垂直,從D點進入到線框完全進入磁場過程,下列結論正確的是() A.CD段導線始終不受安培力 B.感應電流的大小和方向不變 C.感應電動勢的最大值為Brv D.感應電動勢的平均值為 Brv,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,通電自感和斷電自感 通電自感和斷電自感的比較,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,典例4(2017北京卷)圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖,L1和L2為電感線圈。實驗時,斷開開關S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變暗;閉合開關S2,燈A2逐漸變亮,而另一個相同的燈A3立即變亮,最

16、終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是() A.圖甲中,A1與L1的電阻值相同 B.圖甲中,閉合S1,電路穩(wěn)定后,A1中電流大于L1中電流 C.圖乙中,變阻器R與L2的電阻值相同 D.圖乙中,閉合S2瞬間,L2中電流與變阻器R中電流相等,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,思維點撥線圈在電路中發(fā)生自感現(xiàn)象,根據(jù)楞次定律可知,感應電流要“阻礙”使原磁場變化的電流的變化。電流突然增大時,會感應出逐漸減小的反向電流,使電流逐漸增大;電流突然減小時,會感應出逐漸減小的正向電流,使電流逐漸減小。,命題點一,命題點二,命題點三,1.對自感現(xiàn)象“阻礙”作用的理解 (1)流過線圈的電流增大時,自感電動

17、勢阻礙原電流的增大,使其只能緩慢地增大。 (2)流過線圈的電流減小時,自感電動勢阻礙原電流的減小,使其只能緩慢地減小。 2.分析自感現(xiàn)象的注意事項 (1)斷電過程線圈可等效為“電源”,該“電源”與其他電路元件形成回路。 (2)若斷電后通過燈泡的電流比原來強,則燈泡先閃亮,再慢慢熄滅。,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 7.(多選)(2018山東薛城期末)如圖甲、乙所示的電路中,電阻R和自感線圈L的電阻值都很小,且小于燈泡A的電阻,閉合S,使電路達到穩(wěn)定,燈泡A發(fā)光,則() A.在電路甲中,斷開S后,A將逐漸變暗 B.在電路甲中,斷開S后,A將閃亮一下,然后才逐漸變暗 C.在電路乙中,斷開S后,A將逐漸變暗 D.在電路乙中,斷開S后,A將閃亮一下,然后才逐漸變暗,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,8.(多選)(2018福建南平期末)如圖所示,A、B是完全相同的兩個小燈泡,L為自感系數(shù)很大的線圈,其直流電阻等于燈泡電阻,閉合開關S,電路穩(wěn)定