第2讲　法拉第电磁感应定律　自感现象高考物理总复习新教材版.doc

第讲　法拉第电磁感应定律　自感现象[教材阅读指导](对应人教版新教材选择性必修第二册页码及相关问题)　　P29～30阅读“电磁感应定律”这一部分内容，由法拉第电磁感应定律可得E＝k，式子中的k什么情况下等于1?提示：当式中各物理量均取国际单位时　　P31[思考与讨论]，产生动生电动势的非静电力与什么有关？提示：与磁场对导体中自由电荷的洛伦兹力有关　　P32[练习与应用]T4图2.2－6，矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动时，产生的感应电动势是否变化？为什么？提示：因为速度在垂直于磁场方向的分量在变化，由E＝BLv可知感应电动势在变化　　P32[练习与应用]T5提示：Q＝　　P32[练习与应用]T6，导体棒在与匀强磁场垂直的面内转动切割产生的电动势怎样求得？提示：由E＝BLv求得，其中的v为导体棒上各点速度的平均值　　P33阅读“电磁感应现象中的感生电场”这一部分内容，产生感生电动势的非静电力是什么？提示：是感生电场对导体中自由电荷的电场力　　P36图2.3－9，为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起？提示：使电流表内元件与导体形成闭合电路，以便在电流表的指针晃动时产生电磁阻尼作用，防止电流表的指针剧烈晃动。

　　P39图2.4－3，若线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，开关S断开后，灯泡A是逐渐变暗还是更亮一下再逐渐变暗？提示：更亮一下再逐渐变暗　　P42[练习与应用]T3提示：(1)当开关S由断开变为闭合时，由于线圈的自感作用，通过线圈的电流由0逐渐增大，A、B同时发光，然后A由亮变得更为明亮，B逐渐变暗，直至不亮2)当开关S由闭合变为断开时，发生断电自感现象，A不亮，B突然变亮再逐渐变暗，直至不亮　　P45[复习与提高]B组T6提示：(1)铜盘可看作沿半径方向的无数个细铜条组成，细铜条切割磁感线产生感应电动势；(2)从D到R再到C；(3)E＝物理观念　　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)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则来判断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n为线圈匝数3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路欧姆定律，即I＝3．导体切割磁感线时的感应电动势切割方式电动势表达式说明垂直切割E＝Blv①导体棒与磁场方向垂直，磁场为匀强磁场②式中l为导体切割磁感线的有效长度③旋转切割中导体棒的平均速度等于中点位置的线速度lω倾斜切割E＝Blvsinθ(θ为v与B的夹角)旋转切割(以一端为轴)　　E＝Bl ＝Bl2ω物理观念　　自感、涡流1．互感现象两个互相靠近的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。

这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势2．自感现象(1)定义：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感2)自感电动势①定义：由于自感而产生的感应电动势②表达式：E＝L③自感系数L相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H,1 μH＝10－6 H3．涡流、电磁阻尼和电磁驱动(1)涡流：如果穿过导体的磁通量发生变化，由于电磁感应，导体内会产生感应电流，这种电流像水中的漩涡，所以叫作涡电流，简称涡流2)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运动，这种现象称为电磁阻尼3)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，它使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的4)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用一 堵点疏通1．导体棒在磁场中运动一定能产生感应电动势　　)2．公式E＝Blv中的l就是导体的长度　　)3．断电自感中，感应电流方向与原电流方向一致　　)4．回路中磁通量变化量越大，回路产生的感应电流越大。

　　)5．在自感现象中，感应电流一定和原电流方向相反　　)答案　1.×　2.×　3.√　4.×　5.×二 对点激活1．将闭合多匝线圈置于随时间变化的磁场中，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是(　　)A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案　C解析　由法拉第电磁感应定律可知E＝n，感应电动势的大小与匝数成正比，A错误感应电动势大小与磁通量的变化率成正比，磁通量变化越快，感应电动势越大，C正确感应电动势的大小与磁通量的大小以及磁通量的变化量的大小无关，所以B错误感应电流产生的磁场阻碍原磁场的变化，可能与原磁场方向相同，也可能与原磁场方向相反，D错误2. (人教版选择性必修第二册·P43·T5改编)A、B两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，半径rA＝2rB，分别按图甲、乙两种方式放入匀强磁场中，且磁感应强度随时间均匀减小，则下列说法正确的是(　　)A．甲图中，A、B两线圈中电动势之比为4∶1B．甲图中，A、B两线圈中电流之比为2∶1C．乙图中，A、B两线圈中电动势之比为4∶1D．乙图中，A、B两线圈中电流之比为4∶1答案　C解析　由法拉第电磁感应定律可知，E＝n＝nS，其中S为有效面积。

甲图中，A、B两线圈的有效面积相等，所以感应电动势之比就是匝数比，为1∶1，由电阻定律R＝ρ可知，电阻之比为两线圈周长之比，也就是2∶1，所以甲图中，A、B两线圈中电流之比为1∶2，故A、B错误同理，乙图中，A、B两线圈中电动势之比为4∶1，电流之比为2∶1，故C正确，D错误3. 如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为ε；将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为ε′则等于(　　)A. B． C．1 D．答案　B解析　设金属棒的长度为l，磁感应强度为B，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小ε＝Blv；当将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线时，有效长度变为l′＝l，所以此时的感应电动势大小ε′＝Bl′v＝Blv所以＝，故B正确4. (人教版选择性必修第二册·P39·演示实验改编)(多选)如图所示，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻R串联后接到电路中先闭合开关S，调节R，使两个灯泡的亮度相同，再调节R1，使它们正常发光，然后断开开关S，下列说法正确的是(　　)A．重新接通电路，A1、A2同时亮B．重新接通电路，A1逐渐变亮C．接通电路，一段时间电路稳定后再次断开S，A1、A2逐渐熄灭D．接通电路，一段时间电路稳定后再次断开S，A2闪亮一下再熄灭答案　BC解析　重新接通电路，由于L有自感电动势产生，阻碍电流增大，所以A1逐渐变亮，而A2立即变亮，故A错误，B正确。

接通电路，一段时间电路稳定后再次断开S，A1、A2与L、R构成回路，L相当于电源，因原来两支路电流相等，所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象，A1、A2都会逐渐熄灭，故C正确，D错误5. (人教版选择性必修第二册·P37·T3改编)如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部则小磁块(　　)A．在P和Q中都做自由落体运动B．在两个下落过程中的机械能都守恒C．在P中的下落时间比在Q中的长D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大答案　C解析　小磁块在铜管中下落的过程，根据电磁感应知铜管中产生涡流，小磁块受到阻力，P中小磁块的部分机械能转化为铜管中涡流产生的焦耳热，机械能不守恒，故A、B错误Q管为塑料管，小磁块下落过程为自由落体运动，所以比在P中下落时间短，落至底部时比在P中的速度大，故C正确，D错误考点1　法拉第电磁感应定律的理解和应用 [科学思维梳理]1．磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率的比较物理量项目磁通量Φ磁通量的变化量ΔΦ磁通量的变化率意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某段时间内穿过某个面的磁通量变化的多少穿过某个面的磁通量变化的快慢大小Φ＝BSΔΦ＝Φ2－Φ1＝Δ(B·S)两种特例：　①ΔΦ＝B·ΔS②ΔΦ＝S·ΔB＝两种特例： 　 ①＝B②＝S注意若有相反方向的磁场，磁通量可抵消；S为有效面积转过180°前后穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零等于单匝线圈上产生的感应电动势，即E＝提示：①Φ、ΔΦ、的大小之间没有必然的联系，Φ＝0，不一定等于0；②感应电动势E与线圈匝数n有关，但Φ、ΔΦ、的大小均与线圈匝数无关。

2．法拉第电磁感应定律公式的物理意义：E＝n求的是Δt时间内的平均感应电动势，当Δt→0时，E为瞬时感应电动势3．法拉第电磁感应定律应用的三种情况(1)磁通量的变化是由有效面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则E＝n动生电动势)(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·S，则E＝n，S是磁场范围内的有效面积感生电动势)(3)磁通量的变化是由有效面积和磁场变化共同引起的，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n4．在图像问题中磁通量的变化率是Φ­t图像上某点切线的斜率，利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小例1　(2019·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a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a所示；磁感应强度B随时间t的变化关系如图b所示则在t＝0到t＝t1的时间间隔内(　　)A．圆环所受安培力的方向始终不变B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C．圆环中的感应电流大小为D．圆环中的感应电动势大小为[答案]　BC[解析]　由于通过圆环的磁通量均匀变化，故圆环中产生的感应电动势、感应电流的大小和方向不变，但t0时刻磁场方向发生变化，故安培力方向发生变化，A错误；根据楞次定律，圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向，B正确；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小E＝||·S′＝·＝，根据闭合电路欧姆定律知，感应电流大小I＝＝＝，C正确，D错误。

[关键能力升华]法拉第电磁感应定律的规范应用(1)一般解题步骤①分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况；②利用楞次定律确定感应电流的方向；③灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解2)应注意的问题①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，且不变，在B­t图像中为图线切线的斜率；②用公式E＝n求解的是一个回路中某段时间内的平均感应电动势，只有在磁通量均匀变化时，瞬时值。