江蘇專(zhuān)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(dòng)勢(shì)越大。()(2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。()(3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)也越大。()(5)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。()(6)對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)越大。()(7)自感電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)(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(dòng)勢(shì)的大小由線圈的匝數(shù)和穿過(guò)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(méi)有必然聯(lián)系。(2)磁通量的變化率對(duì)應(yīng)t圖線上某點(diǎn)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(shí)，BS，則En；(2)磁通量的變化是由磁場(chǎng)變化引起時(shí)，BS，則En；(3)磁通量的變化是由面積和磁場(chǎng)變化共同引起時(shí)，則根據(jù)定義求，末初，Enn。典例(2016北京高考)如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)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(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb。不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說(shuō)法正確的是()AEaEb41，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駼EaEb41，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较駽EaEb21，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较駾EaEb21，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较蚪馕鲇衫愦味芍?，題中圓環(huán)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，故感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较?。由法拉第電磁感?yīng)定律知E，由于兩圓環(huán)半徑之比RaRb21，所以EaEb41，選項(xiàng)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(gè)問(wèn)題(1)公式En求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，在磁通量均勻變化時(shí)，瞬時(shí)值才等于平均值。(2)利用公式EnS求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，S為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積。(3)通過(guò)回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關(guān)，與時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)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(gè)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(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(cuò)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(dòng)時(shí)，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(shuō)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(dòng)勢(shì)D弦振動(dòng)過(guò)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(xiàng)A錯(cuò)誤；取走磁體后，金屬弦不能被磁化，弦的振動(dòng)無(wú)法通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，音箱不能發(fā)聲，選項(xiàng)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(dòng)勢(shì)變大，選項(xiàng)C正確；弦振動(dòng)過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)方向不變，但磁通量一會(huì)兒增大，一會(huì)兒減小，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向不斷變化，選項(xiàng)D正確。3如圖甲所示，一個(gè)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(gè)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(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示，則()A前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2 VB在開(kāi)始的2 s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量等于零C前4 s內(nèi)通過(guò)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(dòng)勢(shì)為EnS1 000200104 V1 V，故A、B錯(cuò)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(shí)針?lè)较?，通過(guò)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(dòng)勢(shì)為EnS1 000200104 V4 V，感應(yīng)電流I0.8 A，故D錯(cuò)誤。突破點(diǎn)(二)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線對(duì)于導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式EBlv，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：(1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，還需B、l、v三者相互垂直。(2)對(duì)應(yīng)性：若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即Bl。若v為瞬時(shí)速度，則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)相對(duì)性：EBlv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度，若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。(4)有效性：公式中的l為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度。圖中有效長(zhǎng)度分別為：甲圖：lcdsin 。乙圖：沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，lMN；沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l0。丙圖：沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，lR；沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l0；沿v3方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，lR。2導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(duì)象閉合回路垂直切割磁感線的那部分導(dǎo)體研究?jī)?nèi)容求的是t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E與某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng)(1)若v為瞬時(shí)速度，則求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)若v為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(lái)(2)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用EBlv求E方便，當(dāng)?shù)弥┻^(guò)回路的磁通量發(fā)生變化情況時(shí)，用En求E比較方便典例多選(2017全國(guó)卷)兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長(zhǎng)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)，cd邊于t0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正)。下列說(shuō)法正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 TB導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為0.5 m/sC磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D在t0.4 s至t0.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N思路點(diǎn)撥根據(jù)線框勻速運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間求出速度，結(jié)合EBLv求出磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)感應(yīng)電流的方向，結(jié)合楞次定律得出磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的速度大小v m/s0.5 m/s，B項(xiàng)正確；導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，cd邊切割磁感線，由EBLv，得B T0.2 T，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由題圖乙可知，導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，根?jù)楞次定律可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，C項(xiàng)正確；在0.40.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框正在出磁場(chǎng)，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(xiàng)錯(cuò)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開(kāi)始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)最大值EBavD感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值EBav解析：選ACD半圓形閉合回路在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，磁通量增加，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律，知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，方向不變，故A正確；CD段中有感應(yīng)電流通過(guò)，且CD段與磁場(chǎng)垂直，所以必定受到安培力，且安培力方向豎直向下，故B錯(cuò)誤；切割的有效長(zhǎng)度的最大值為a，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖。把一個(gè)半徑為r的銅盤(pán)放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使磁感線水平向右垂直穿過(guò)銅盤(pán)，銅盤(pán)安裝在水平的銅軸上。兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤(pán)的邊緣接觸。G為靈敏電流表?，F(xiàn)使銅盤(pán)按照?qǐng)D示方向以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()AC點(diǎn)電勢(shì)一定低于D點(diǎn)電勢(shì)B圓盤(pán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Br2C電流表中的電流方向?yàn)橛蒩到bD若銅盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，使所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤(pán)中可以產(chǎn)生渦流解析：選AD將銅盤(pán)看做無(wú)數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當(dāng)銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(pán)邊緣為電源正極，中心為負(fù)極，C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)，故A正確；回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBBr2，故B錯(cuò)誤；此電源對(duì)外電路供電，電流方向由b經(jīng)電流表再?gòu)腶流向銅盤(pán)，故C錯(cuò)誤；若銅盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，使所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤(pán)中產(chǎn)生感生電場(chǎng)，使銅盤(pán)中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)，形成渦旋電流，故D正確。突破點(diǎn)(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(lái)，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅2三點(diǎn)注意、三個(gè)技巧題點(diǎn)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(kāi)關(guān)S，傳感器記錄了電路中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖像，如圖乙所示，t0時(shí)刻電路中電流達(dá)到穩(wěn)定值I。下列說(shuō)法中正確的是()Att0時(shí)刻，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)最大B若線圈中插入鐵芯，上述過(guò)程中電路中電流達(dá)到穩(wěn)定值經(jīng)歷的時(shí)間大于t0C若線圈中插入鐵芯，上述過(guò)程中電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)電流值仍為ID若將線圈匝數(shù)加倍，上述過(guò)程中電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)電流值仍為I解析：選BCtt0時(shí)刻，線圈中電流穩(wěn)定，自感現(xiàn)象消失，線圈中沒(méi)有自感電動(dòng)勢(shì)，故A錯(cuò)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(zhǎng)，所以若線圈中插入鐵芯，上述過(guò)程中電路中電流達(dá)到穩(wěn)定值經(jīng)歷的時(shí)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(shí)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(shí)電流減小，故D錯(cuò)誤。2.(2018南京三模)如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)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(jì)，電容器的電容為C。下列說(shuō)法正確的是()A剛接通開(kāi)關(guān)S的瞬間，L2立即亮，L1逐漸變亮B合上開(kāi)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(kāi)S的瞬間，通過(guò)燈泡L1的電流方向向右D電路穩(wěn)定后在斷開(kāi)S的瞬間，通過(guò)燈泡L2的電流為零解析：選C剛接通開(kāi)關(guān)S的瞬間，線圈中電流要增大，則出現(xiàn)自感電動(dòng)勢(shì)，L1立即亮，L2逐漸變亮，故A錯(cuò)誤；合上開(kāi)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(cuò)誤；當(dāng)斷開(kāi)S的瞬間，線圈中電流要減小，則出現(xiàn)自感電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)燈泡L1的電流方向向右，故C正確；斷開(kāi)S的瞬間，電容器也要放電，則燈泡L2慢慢熄滅，故D錯(cuò)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(duì)這部分的考查更趨向于有關(guān)現(xiàn)代氣息和STS問(wèn)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(chē)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(shí)繞制線圈的鐵芯中會(huì)發(fā)熱；C圖是安檢門(mén)，可以探測(cè)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(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在冶煉爐中產(chǎn)生電場(chǎng)，使自由電荷在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)形成渦流，故A中屬于渦流現(xiàn)象；充電器工作時(shí)有交變電流通過(guò)，交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)穿過(guò)鐵芯，在鐵芯中產(chǎn)生電場(chǎng)，使自由電荷在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)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(chǎng)，會(huì)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(chǎng)會(huì)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(cè)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(gè)導(dǎo)體殼，殼外有電場(chǎng)，殼內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為0，高壓外電場(chǎng)不會(huì)對(duì)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(wú)線充電已經(jīng)進(jìn)入人們的視線。小到手表、手機(jī)，大到電腦、電動(dòng)汽車(chē)，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線充電從理論研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。如圖所示為某品牌的無(wú)線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式充電的原理圖。關(guān)于無(wú)線充電，下列說(shuō)法正確的是()A無(wú)線充電時(shí)手機(jī)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(duì)手機(jī)進(jìn)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