高中物理新高考第一輪復(fù)習教案：第2講　法拉第電磁感應(yīng)定律　自感和渦流

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流必備知識新學(xué)法基礎(chǔ)落實[主干知識·填一填]變化率歐姆Blv

轉(zhuǎn)動電流自感電動勢大小匝數(shù)10－3

10－6

2．渦流當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生像__________狀的感應(yīng)電流．水的漩渦[規(guī)律結(jié)論·記一記]一、易混易錯判斷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．線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大．()5．磁場相對導(dǎo)體棒運動時，導(dǎo)體棒中也能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．()6．對于同一線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢越大．()××√×√√[必刷小題·測一測]二、經(jīng)典小題速練1．(魯科版選擇性必修第二冊P39T2)(多選)有一種非接觸式電源供應(yīng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理可無線傳輸電力．其工作原理可用兩個左右相鄰或上下相對的線圈來說明，如圖所示．下列說法正確的是(

)A．若線圈A中輸入電流，則線圈B中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B．只有線圈A中輸入變化的電流，線圈B中才會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢C．線圈A中電流越大，線圈B中感應(yīng)電動勢也越大D．線圈A中電流變化越快，線圈B中感應(yīng)電動勢越大BD2．(粵教版選擇性必修第二冊P57T1改編)(多選)高頻焊接原理示意圖如圖所示，線圈通以高頻交流電，金屬工件的焊縫中就產(chǎn)生大量焦耳熱，將焊縫熔化焊接，要使焊接處產(chǎn)生的熱量較大，可采用(

)A．增大交變電流的電壓B．增大交變電流的頻率C．增大焊接縫的接觸電阻D．減小焊接縫的接觸電阻ABC解析：ABC當增大交變電流的電壓，則線圈中交流電流增大，那么磁通量變化率增大，因此產(chǎn)生感應(yīng)電動勢增大，感應(yīng)電流也增大，那么焊接時產(chǎn)生的熱量也增大，故A正確；高頻焊接利用高頻交變電流產(chǎn)生高頻交變磁場，在焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分析可知，電流變化的頻率越高，則磁通量變化頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流越大，則焊縫處的溫度升高得越快，產(chǎn)生熱量較大，故B正確；在交變電壓和頻率相同的條件下，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同．增大接縫處的接觸電阻，接觸處電阻上的電壓、功率分配越大，產(chǎn)生的熱量就會越大，故C正確，D錯誤．3.(人教版選擇性必修第二冊P43、T2改編)如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以水平初速度v0拋出，設(shè)整個運動過程中金屬棒ab的取向不變，且不計空氣阻力，則金屬棒ab在運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小將(

)A．越來越大

B．越來越小C．保持不變

D．無法確定解析：C金屬棒做平拋運動，水平速度不變，且水平速度為金屬棒垂直切割磁感線的速度，故感應(yīng)電動勢保持不變，選項C正確．C關(guān)鍵能力新探究思維拓展

(多選)如圖甲所示，螺線管匝數(shù)n＝1000，橫截面積S＝0.02m2，電阻r＝1Ω，螺線管外接一個阻值R＝4Ω的電阻，電阻的一端b接地．一方向平行于螺線管軸線向左的磁場穿過螺線管，磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，則(

)甲乙A．在0～4s時間內(nèi)，R中有電流從a流向bB．在t＝3s時穿過螺線管的磁通量為0.07WbC．在4～6s時間內(nèi)，通過R的電流大小為8AD．在4～6s時間內(nèi)，R兩端電壓Uab＝40V例

1BC題后反思AD2.(平均電流及感應(yīng)電荷量的計算)(2019·江蘇卷)如圖所示，勻強磁場中有一個用軟導(dǎo)線制成的單匝閉合線圈，線圈平面與磁場垂直．已知線圈的面積S＝0.3m2、電阻R＝0.6Ω，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.2T．現(xiàn)同時向兩側(cè)拉動線圈，線圈的兩邊在Δt＝0.5s時間內(nèi)合到一起．求線圈在上述過程中(1)感應(yīng)電動勢的平均值E；(2)感應(yīng)電流的平均值I，并在圖中標出電流方向；(3)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q.命題點二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算(多維探究)1．E＝Blv的特性(1)正交性：本公式要求磁場為勻強磁場，而且B、l、v三者互相垂直．(2)有效性：公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度．如圖中，導(dǎo)體棒的有效長度為ab間的距離．(3)相對性：E＝Blv中的速度v是導(dǎo)體相對磁場的速度，若磁場也在運動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系．例

2AD例

3C第3維度：線框在磁場中平動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢…………………

(2021·廣西省欽州市一中高三月考)如圖所示，垂直于紙面的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B．紙面內(nèi)有一正方形均勻金屬線框abcd,其邊長為

L，每邊電阻為R，ad邊與磁場邊界平行．從

ad邊剛進入磁場直至bc邊剛要進入的過程中，線框在垂直磁場邊界向左的拉力作用下以速度v勻速運動，求：(1)ad兩點間的電壓大小；(2)拉力所做的功W；(3)通過線框某一橫截面的電量q為多大？例

4【思維導(dǎo)引】

(1)ad邊進入磁場的過程，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，ad邊相當于電源．(2)線框勻速進入磁場，拉力所做的功與克服安培力做功相等．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電勢高低的判斷(1)把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分電路或?qū)w看作電源，其內(nèi)部電流由低電勢流向高電勢．(2)外電路部分，順著電流方向每經(jīng)過一個電阻，電勢都要降低．題后反思命題點三自感和渦流(師生互動)[核心整合]1．自感現(xiàn)象的四大特點(1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化．(2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化．(3)電流穩(wěn)定時，自感線圈相當于普通導(dǎo)體．(4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向．2．自感中“閃亮”與“不閃亮”問題3.對渦流的理解(1)產(chǎn)生渦流的兩種情況①塊狀金屬放在變化的磁場中．②塊狀金屬進出磁場或在非勻強磁場中運動．(2)產(chǎn)生渦流時的能量轉(zhuǎn)化伴隨著渦流現(xiàn)象，其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能，最終在金屬塊中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．①金屬塊放在變化的磁場中，則磁場能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．②如果是金屬塊進出磁場或在非勻強磁場中運動，則由于克服安培力做功，金屬塊的機械能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

(多選)如圖所示，兩個相同燈泡L1、L2分別與電阻R和自感線圈L串聯(lián)，接到內(nèi)阻不可忽略的電源的兩端，當閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定后，兩燈泡均正常發(fā)光，已知自感線圈的自感系數(shù)很大．則下列說法正確的是(

)A．閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前，燈泡L1逐漸變亮B．閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前，燈泡L2由亮變暗C．斷開開關(guān)S的一段時間內(nèi)，A點電勢比B點電勢高D．斷開開關(guān)S的一段時間內(nèi)，燈泡L2亮一下逐漸熄滅例

5AB解析：AB閉合開關(guān)的瞬間，L2燈立即發(fā)光，L1燈所在電路上線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，電流只能逐漸增大，L1燈逐漸變亮，故A正確；閉合開關(guān)S到電路穩(wěn)定前，L1電路中的電流逐漸增大，電源的內(nèi)電阻上的電壓逐漸增大，所以路端電壓逐漸減小，則燈泡L2逐漸變暗，故B正確；閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)，L中產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，電流的方向與開關(guān)斷開前L1的方向相同，從右向左流過L2燈，所以A點電勢比B點電勢低，故C錯誤；斷開開關(guān)S的一段時間內(nèi)，L中產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，電流從原來的電流開始減小，所以兩個燈泡都是逐漸熄滅，不會閃亮一下，故D錯誤．自感線圈在電路中的作用(1)電路突然接通時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙電流變化使與之串聯(lián)的燈泡不是立即點亮，而是逐漸變亮．(2)電路突然斷開時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在電路中相當于新的電源．若流過燈泡的電流比原來的大，則燈泡“閃亮”一下再熄滅；若流過燈泡的電流不大于原來的電流，則燈泡不能閃亮而逐漸熄滅．題后反思

[題組突破]1.(通電自感現(xiàn)象)如圖，L是自感系數(shù)很大、電阻不計的線圈，a、b是兩個相同的小燈泡，開關(guān)S由斷開到閉合(

)A．a(chǎn)先亮b后亮，然后b逐漸變亮B．b先亮a后亮，然后a逐漸變亮C．a(chǎn)、b同時亮后b逐漸變暗至熄滅D．a(chǎn)、b同時亮后a逐漸變暗至熄滅解析：C當S閉合瞬時，兩燈同時獲得電壓，同時發(fā)光，隨著線圈L電流的增加，逐漸將b燈短路，b逐漸變暗直到熄滅，同時，a燈電流逐漸增大，變得更亮．故C正確，ABD錯誤．C2．(自感現(xiàn)象中的圖像問題)如圖，平行導(dǎo)軌左端接有電阻和線圈，導(dǎo)體棒MN與導(dǎo)軌垂直，其右側(cè)存在垂直于紙面的勻強磁場，MN保持向右做勻速運動，且與導(dǎo)軌接觸良好，則MN中電流隨時間變化的圖像可能正確的是(

)A3.(對渦流的理解)(多選)如圖所示，條形磁鐵位于固定的半圓光滑軌道的圓心位置，半圓軌道的半徑為R.質(zhì)量為m的金屬球從半圓軌道的一端沿半圓軌道由靜止下滑．重力加速度大小為g.下列說法正確的是(

)A．金屬球會運動到半圓軌道的另一端B．由于金屬球沒有形成閉合電路，所以金屬球中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流C．金屬球受到的安培力做負功D．系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為mgR解析：CD金屬球在運動過程中，穿過金屬球的磁通量不斷變化，在金屬球內(nèi)形成閉合回路，產(chǎn)生渦流，金屬球受到的安培力做負功，金屬球產(chǎn)生的熱量不斷地增加，機械能不斷地減少，直至金屬球停在半圓軌道的最低點，C正確，A、B錯誤；根據(jù)能量守恒定律得系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為mgR，D正確．CD核心素養(yǎng)新導(dǎo)向?qū)W科培優(yōu)素養(yǎng)培優(yōu)31電磁感應(yīng)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用磁卡的磁條中有用于存儲信息的磁極方向不同的磁化區(qū)，刷卡器中有檢測線圈．當以速度v0刷卡時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其E-t關(guān)系如圖所示．如果只將刷卡速度改為，線圈中的E-t關(guān)系圖可能是(

)典例1

D鋪設(shè)海底金屬油氣管道時，焊接管道需要先用感應(yīng)加熱的方法對焊口兩側(cè)進行預(yù)熱．將被加熱管道置于感應(yīng)線圈中，當感應(yīng)線圈中通以電流時管道發(fā)熱．下列說法中正確的是(

)A．管道發(fā)熱是由于線圈中的電流直接流經(jīng)管道引起的B．感應(yīng)加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱加熱管道的C．感應(yīng)線圈中通以恒定電流時也能在管道中產(chǎn)生電流D．感應(yīng)線圈中通以正弦交流電在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電解析：D感應(yīng)加熱是利用線圈產(chǎn)生變化的磁場，從而在管道中產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成渦流，對管道進行加熱，A、B錯誤；感應(yīng)線圈中通過恒定電流時，線圈產(chǎn)生的磁場不變，在管道中無法產(chǎn)生感應(yīng)電流，C錯誤；感應(yīng)線圈中通以正弦交流電，在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電，D正確．典例2

D如圖所示為高頻電磁爐的工作示意圖，它是采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，當變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，然后再加熱鍋內(nèi)食物．電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會泄漏，對人體健康無危害．關(guān)于電磁爐，以下說法正確的是(

)A．電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的B．電磁爐是利用變化的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的C．電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉(zhuǎn)來對食物加熱的D．電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的典例3

B解析：B電磁爐的工作原理是利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體溫度升高后加熱食物，故選項A、D錯誤．B正確；而選項C是微波爐的加熱原理，C項錯誤．

(2021·山東卷)迷你系繩衛(wèi)星在地球赤道正上方的電離層中，沿圓形軌道繞地飛行．系繩衛(wèi)星由兩子衛(wèi)星組成，它們之間的導(dǎo)體繩沿地球半徑方向，如圖所示．在電池和感應(yīng)電動勢的共同作用下，導(dǎo)體繩中形成指向地心的電流，等效總電阻為r.導(dǎo)體繩所受的安培力克服大小為f的環(huán)境阻力，可使衛(wèi)星保持在原軌道上．已知衛(wèi)星離地平均高度為H，導(dǎo)體繩長為L(L?H)，地球半徑為R、質(zhì)量為M，軌道處磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于赤道平面．忽略地球自轉(zhuǎn)的影響．據(jù)此可得，電池電動勢為(

)典例4

A限時規(guī)范訓(xùn)練12345678AC123456782.(2021·北京海淀區(qū)高三檢測)如圖所示，某小組利用電流傳感器(接入電腦，圖中未畫出)記錄燈泡A和自感元件L構(gòu)成的并聯(lián)電路在斷電瞬間各支路電流隨時間的變化情況，i1表示小燈泡中的電流，i2表示自感元件中的電流(已知開關(guān)S閉合時i2＞i1)，則下列圖像中正確的是(

)12345678C解析：C開關(guān)斷開后，A與L組成閉合回路后，L中的電流方向不變，而A中的電流方向與此前的電流方向相反，故C正確，A、B、D錯誤．123456783．如圖所示，三個燈泡L1、L2、L3的阻值關(guān)系為R1＜R2＜R3，電感線圈L的直流電阻可忽略，D為理想二極管，開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，下列判斷正確的是(

)A．L1逐漸變暗，L2、L3均先變亮，然后逐漸變暗B．L1逐漸變暗，L2立即熄滅，L3先變亮，然后逐漸變暗C．L1立即熄滅，L2、L3均逐漸變暗D．L1、L2、L3均先變亮，然后逐漸變暗12345678B解析：B開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時，由于R1＜R2＜R3，則分別通過三個燈泡的電流大小I1＞I2＞I3，開關(guān)S從閉合狀態(tài)突然斷開時，電感線圈產(chǎn)生與L中電流方向一致的自感電動勢，由于二極管的反向截止作用，L2立即熄滅，電感線圈、L1、L3組成閉合回路，L1逐漸變暗，通過L3的電流由I3變?yōu)镮1，再逐漸減小，故L3先變亮，然后逐漸變暗，選項B正確．123456784．如圖所示，足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，寬度L＝0.4m，一端連接R＝1Ω的電阻．導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝1T．導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上，其長度恰好等于導(dǎo)軌間距，與導(dǎo)軌接觸良好．導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計．在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下，導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動，速度v＝5m/s.求：(1)感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I；(2)在0.1s時間內(nèi)，拉力沖量IF的大??；(3)若將MN換為電阻r＝1Ω的導(dǎo)體棒，其他條件不變，求導(dǎo)體棒兩端的電壓U.12345678答案：(1)2V

2A

(2)0.08N·s

(3)1V12345678[能力提升]5．(2021·山東濱州高三一模)(多選)如圖所示，完全一樣的導(dǎo)線繞成單匝線圈ABCD和EFGH，它們分別繞成扇形，扇形的內(nèi)徑r＝0.2m，外徑為R＝0.5m，它們處于同一個圓面上，扇形ABCD對應(yīng)的圓心角為30°，扇形EFGH對應(yīng)的圓心角為60°.在BCGF圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度均勻增大．則(

)A．線圈ABCD中電流的方向為ADCBAB．線圈ABCD和線圈EFGH中電動勢之比為1∶2C．線圈ABCD和線圈EFGH中電流之比1∶1D．線圈ABCD和線圈EFGH中產(chǎn)生的電功率之比1∶212345678AB123456786．某星球表面0～200km高度范圍內(nèi)，水平方向磁場的磁感應(yīng)強度大小隨高度增加由60T均勻減小至10T，為使航天器能在星球表面安全降落，可以利用電磁阻力來減小航天器下落的速度．若在航天器上固定一邊長為1m的正方形閉合線圈，航天器豎直降落時線圈平面始終與磁場垂直，