江蘇專版2020版高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章第2節(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律講義含解析.docx

法拉第電磁感應(yīng)定律(1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。()(2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。()(3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。()(4)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越大。()(5)磁場相對于導(dǎo)體棒運動時，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。()(6)對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大。()(7)自感電動勢阻礙電流的變化，但不能阻止電流的變化。()紐曼、韋伯于1845年和1846年先后提出法拉第電磁感應(yīng)定律。突破點(一)法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用1法拉第電磁感應(yīng)定律的理解(1)感應(yīng)電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量的大小、變化量的大小沒有必然聯(lián)系。(2)磁通量的變化率對應(yīng)t圖線上某點切線的斜率。2應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況(1)磁通量的變化是由面積變化引起時，BS，則En；(2)磁通量的變化是由磁場變化引起時，BS，則En；(3)磁通量的變化是由面積和磁場變化共同引起時，則根據(jù)定義求，末初，Enn。典例(2016北京高考)如圖所示，勻強磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為21，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為Ea和Eb。不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是()AEaEb41，感應(yīng)電流均沿逆時針方向BEaEb41，感應(yīng)電流均沿順時針方向CEaEb21，感應(yīng)電流均沿逆時針方向DEaEb21，感應(yīng)電流均沿順時針方向解析由楞次定律知，題中圓環(huán)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反，故感應(yīng)電流沿順時針方向。由法拉第電磁感應(yīng)定律知E，由于兩圓環(huán)半徑之比RaRb21，所以EaEb41，選項B正確。答案B方法規(guī)律應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的三個問題(1)公式En求解的是一個回路中某段時間內(nèi)的平均電動勢，在磁通量均勻變化時，瞬時值才等于平均值。(2)利用公式EnS求感應(yīng)電動勢時，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積。(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)。推導(dǎo)如下：qtt。集訓(xùn)沖關(guān)1.(2018徐州期末)如圖所示，a、b是用同種規(guī)格的銅絲做成的兩個單匝同心圓環(huán)，兩環(huán)半徑之比為23，其中僅在a環(huán)所圍區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場。當(dāng)該勻強磁場的磁感應(yīng)強度均勻增大時，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電動勢大小和感應(yīng)電流大小之比分別為()A11,32B11,23C49,23 D49,94解析：選A由法拉第電磁感應(yīng)定律得：EnnSnR2，因兩圓環(huán)內(nèi)磁場面積相同，則得到EaEb11。根據(jù)電阻定律r，兩線圈電阻之比rarbRaRb23。線圈中感應(yīng)電流I，由上綜合得到：IaIb32；故A正確，B、C、D錯誤。2多選(2016江蘇高考)電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說法正確的有()A選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作B取走磁體，電吉他將不能正常工作C增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢D弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷變化解析：選BCD銅不能被磁化，銅質(zhì)弦不能使電吉他正常工作，選項A錯誤；取走磁體后，金屬弦不能被磁化，弦的振動無法通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號，音箱不能發(fā)聲，選項B正確；增加線圈匝數(shù)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律En知，線圈的感應(yīng)電動勢變大，選項C正確；弦振動過程中，線圈中的磁場方向不變，但磁通量一會兒增大，一會兒減小，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向不斷變化，選項D正確。3如圖甲所示，一個圓形線圈的匝數(shù)n1 000，線圈面積S200 cm2，線圈的電阻r1 ，線圈外接一個阻值R4 的電阻。把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，則()A前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢為2 VB在開始的2 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量等于零C前4 s內(nèi)通過電阻R的電流由下至上D后4 s內(nèi)電路中的感應(yīng)電流大小為0.4 A解析：選C前2 s內(nèi)磁通量的變化量為：20S(B2B0)200104(0.30.2)Wb2103 Wb，由法拉第電磁感應(yīng)定律，得前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢為EnS1 000200104 V1 V，故A、B錯誤；由楞次定律可知，前4 s 內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為逆時針方向，通過電阻R的電流由下至上，故C正確；由歐姆定律，24 s內(nèi)電路中的感應(yīng)電流大小為I A0.2 A，46 s內(nèi)感應(yīng)電動勢為EnS1 000200104 V4 V，感應(yīng)電流I0.8 A，故D錯誤。突破點(二)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算1導(dǎo)體平動切割磁感線對于導(dǎo)體平動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算式EBlv，應(yīng)注意以下幾個方面：(1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場是勻強磁場外，還需B、l、v三者相互垂直。(2)對應(yīng)性：若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動勢，即Bl。若v為瞬時速度，則E為相應(yīng)的瞬時感應(yīng)電動勢。(3)相對性：EBlv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系。(4)有效性：公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長度。圖中有效長度分別為：甲圖：lcdsin 。乙圖：沿v1方向運動時，lMN；沿v2方向運動時，l0。丙圖：沿v1方向運動時，lR；沿v2方向運動時，l0；沿v3方向運動時，lR。2導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為EBlBl2，如圖所示。3公式En與EBlv的區(qū)別與聯(lián)系EnEBlv區(qū)別研究對象閉合回路垂直切割磁感線的那部分導(dǎo)體研究內(nèi)容求的是t時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，E與某段時間或某個過程對應(yīng)(1)若v為瞬時速度，則求的是瞬時感應(yīng)電動勢(2)若v為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動勢聯(lián)系(1)本質(zhì)上是統(tǒng)一的，EBlv可由En在一定條件下推導(dǎo)出來(2)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運動時用EBlv求E方便，當(dāng)?shù)弥┻^回路的磁通量發(fā)生變化情況時，用En求E比較方便典例多選(2017全國卷)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖甲所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t0時刻進入磁場。線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)。下列說法正確的是()A磁感應(yīng)強度的大小為0.5 TB導(dǎo)線框運動速度的大小為0.5 m/sC磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D在t0.4 s至t0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N思路點撥根據(jù)線框勻速運動的位移和時間求出速度，結(jié)合EBLv求出磁感應(yīng)強度，根據(jù)感應(yīng)電流的方向，結(jié)合楞次定律得出磁場的方向。根據(jù)安培力公式得出導(dǎo)線框所受的安培力。解析由題圖乙可知，導(dǎo)線框運動的速度大小v m/s0.5 m/s，B項正確；導(dǎo)線框進入磁場的過程中，cd邊切割磁感線，由EBLv，得B T0.2 T，A項錯誤；由題圖乙可知，導(dǎo)線框進入磁場的過程中，感應(yīng)電流的方向為順時針方向，根據(jù)楞次定律可知，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外，C項正確；在0.40.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框正在出磁場，回路中的電流大小I A2 A，則導(dǎo)線框受到的安培力FBIL0.220.1 N0.04 N，D項錯誤。答案BC集訓(xùn)沖關(guān)1.多選如圖所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場。方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進入磁場，直徑CD始終與MN垂直。從D點到達邊界開始到C點進入磁場為止，下列結(jié)論正確的是()A感應(yīng)電流方向不變BCD段直線始終不受安培力C感應(yīng)電動勢最大值EBavD感應(yīng)電動勢平均值EBav解析：選ACD半圓形閉合回路在進入磁場的過程中，磁通量增加，磁場方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律，知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，方向不變，故A正確；CD段中有感應(yīng)電流通過，且CD段與磁場垂直，所以必定受到安培力，且安培力方向豎直向下，故B錯誤；切割的有效長度的最大值為a，則感應(yīng)電動勢的最大值 EBav，故C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：Bav，故D正確。2.多選如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺發(fā)電機的模型原理圖。把一個半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，使磁感線水平向右垂直穿過銅盤，銅盤安裝在水平的銅軸上。兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸。G為靈敏電流表?，F(xiàn)使銅盤按照圖示方向以角速度勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是()AC點電勢一定低于D點電勢B圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為Br2C電流表中的電流方向為由a到bD若銅盤不轉(zhuǎn)動，使所加磁場的磁感應(yīng)強度均勻增大，在銅盤中可以產(chǎn)生渦流解析：選AD將銅盤看做無數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動時，每根金屬棒都在切割磁感線，相當(dāng)于電源，由右手定則可知，銅盤邊緣為電源正極，中心為負極，C點電勢低于D點電勢，故A正確；回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBBr2，故B錯誤；此電源對外電路供電，電流方向由b經(jīng)電流表再從a流向銅盤，故C錯誤；若銅盤不轉(zhuǎn)動，使所加磁場的磁感應(yīng)強度均勻增大，在銅盤中產(chǎn)生感生電場，使銅盤中的自由電荷在電場力作用下定向移動，形成渦旋電流，故D正確。突破點(三)通電自感和斷電自感1通電自感和斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖器材A1、A2同規(guī)格，RRL，L較大L很大(有鐵芯)，RLRA現(xiàn)象S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮開關(guān)S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅2三點注意、三個技巧題點全練1多選(2019淮安一模)用電流傳感器研究自感現(xiàn)象的電路如圖甲所示，線圈L中未插入鐵芯，直流電阻為R。閉合開關(guān)S，傳感器記錄了電路中電流i隨時間t變化的關(guān)系圖像，如圖乙所示，t0時刻電路中電流達到穩(wěn)定值I。下列說法中正確的是()Att0時刻，線圈中自感電動勢最大B若線圈中插入鐵芯，上述過程中電路中電流達到穩(wěn)定值經(jīng)歷的時間大于t0C若線圈中插入鐵芯，上述過程中電路達到穩(wěn)定時電流值仍為ID若將線圈匝數(shù)加倍，上述過程中電路達到穩(wěn)定時電流值仍為I解析：選BCtt0時刻，線圈中電流穩(wěn)定，自感現(xiàn)象消失，線圈中沒有自感電動勢，故A錯誤；若線圈中插入鐵芯，線圈自感系數(shù)增大，自感現(xiàn)象延長，所以若線圈中插入鐵芯，上述過程中電路中電流達到穩(wěn)定值經(jīng)歷的時間大于t0，故B正確；線圈中插入鐵芯，但線圈的直流電阻不變，所以穩(wěn)定時電流不變，故C正確；若將線圈匝數(shù)加倍，線圈直流電阻增大，穩(wěn)定時電流減小，故D錯誤。2.(2018南京三模)如圖所示，電源電動勢為E，其內(nèi)阻r不可忽略，L1、L2是完全相同的燈泡，線圈L的直流電阻不計，電容器的電容為C。下列說法正確的是()A剛接通開關(guān)S的瞬間，L2立即亮，L1逐漸變亮B合上開關(guān)S，電路穩(wěn)定后，燈泡L1、L2的亮度相同C電路穩(wěn)定后在斷開S的瞬間，通過燈泡L1的電流方向向右D電路穩(wěn)定后在斷開S的瞬間，通過燈泡L2的電流為零解析：選C剛接通開關(guān)S的瞬間，線圈中電流要增大，則出現(xiàn)自感電動勢，L1立即亮，L2逐漸變亮，故A錯誤；合上開關(guān)S，當(dāng)電路穩(wěn)定后，由于線圈的直流電阻為零，則燈泡L1被短路，故B錯誤；當(dāng)斷開S的瞬間，線圈中電流要減小，則出現(xiàn)自感電動勢，通過燈泡L1的電流方向向右，故C正確；斷開S的瞬間，電容器也要放電，則燈泡L2慢慢熄滅，故D錯誤。電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象與生活密切相關(guān)，高考對這部分的考查更趨向于有關(guān)現(xiàn)代氣息和STS問題中信息題的考查。命題背景有電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接術(shù)、衛(wèi)星懸繩發(fā)電、磁懸浮列車等。1多選(2019南京、鹽城一模)下列圖中，A圖是真空冶煉爐，可以冶煉高質(zhì)量的合金；B圖是充電器，工作時繞制線圈的鐵芯中會發(fā)熱；C圖是安檢門，可以探測人身是否攜帶金屬物品；D圖是工人穿上金屬絲織成的衣服可以高壓帶電作業(yè)。不屬于渦流現(xiàn)象的是()解析：選D線圈接有交變電流，在線圈中會產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在冶煉爐中產(chǎn)生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故A中屬于渦流現(xiàn)象；充電器工作時有交變電流通過，交變電流產(chǎn)生的交變磁場穿過鐵芯，在鐵芯中產(chǎn)生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故B中屬于渦流現(xiàn)象；線圈中交變電流產(chǎn)生交變的磁場，會在金屬物品中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，而金屬物品中感應(yīng)電流產(chǎn)生的交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)，引起線圈中交變電流發(fā)生變化，從而被探測到，故C中屬于渦流現(xiàn)象；工作服用包含金屬絲的織物制成，形成一個導(dǎo)體殼，殼外有電場，殼內(nèi)場強保持為0，高壓外電場不會對內(nèi)部產(chǎn)生影響，故D中屬于靜電屏蔽。2隨著科技的不斷發(fā)展，無線充電已經(jīng)進入人們的視線。小到手表、手機，大到電腦、電動汽車，都已經(jīng)實現(xiàn)了無線充電從理論研發(fā)到實際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。如圖所示為某品牌的無線充電手機利用電磁感應(yīng)方式充電的原理圖。關(guān)于無線充電，下列說法正確的是()A無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是“電流的磁效應(yīng)”B只有將充電底座接到直流電源上才能對手機進行充電C接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電