第十二章　第2課時　法拉第電磁感應定律、自感和渦流-2025年高中物理大一輪復習

第2課時法拉第電磁感應定律、自感和渦流目標要求1.理解法拉第電磁感應定律，會應用E＝neq\f(ΔΦ,Δt)進行有關計算。2.會計算導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢。3.了解自感現(xiàn)象、渦流、電磁驅動和電磁阻尼。考點一法拉第電磁感應定律的理解及應用1．感應電動勢(1)感應電動勢：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。(2)產(chǎn)生條件：穿過電路的________________發(fā)生改變，與電路是否閉合無關。2．法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的________________________成正比。(2)公式：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，其中n為線圈匝數(shù)。①若已知Φ－t圖像，則圖線上某一點的切線斜率為eq\f(ΔΦ,Δt)。②當ΔΦ僅由B的變化引起時，E＝nSeq\f(ΔB,Δt)，其中S為線圈在磁場中的有效面積。若B＝B0＋kt，則eq\f(ΔB,Δt)＝k。③當ΔΦ僅由S的變化引起時，E＝nBeq\f(ΔS,Δt)。④當B、S同時變化時，則eq\x\to(E)＝neq\f(B2S2－B1S1,Δt)≠neq\f(ΔB·ΔS,Δt)。求瞬時值時，分別求出動生電動勢E1和感生電動勢E2并進行疊加。(3)感應電流與感應電動勢的關系：I＝________________。(4)說明：E的大小與Φ、ΔΦ無關，決定于磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)。1．Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)不一定等于0。()2．穿過線圈的磁通量變化越大，感應電動勢也越大。()3．穿過線圈的磁通量變化越快，感應電動勢越大。()4．線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應電動勢也越大。()例1(2023·湖北卷·5)近場通信(NFC)器件應用電磁感應原理進行通訊，其天線類似一個壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大。如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強磁場垂直通過此線圈，磁感應強度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應電動勢最接近()A．0.30V B．0.44VC．0.59V D．4.3V拓展若勻強磁場垂直向里且均勻增大，則圖中a、b兩點比較，________點電勢高。確定感應電路中電勢高低的方法例2(2022·全國甲卷·16)三個用同樣的細導線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等，圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖所示。把它們放入磁感應強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應電流的大小分別為I1、I2和I3。則()A．I1<I3<I2 B．I1>I3>I2C．I1＝I2>I3 D．I1＝I2＝I3考點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢1．導體平動切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的算式E＝Blv的理解適用條件在勻強磁場中，B、l、v三者互相垂直。如果不相互垂直，應取垂直分量進行計算有效長度公式E＝Blv中的l為有效長度，即為_____________________________________。如圖，導體的有效長度分別為：圖甲：l＝________________圖乙：沿v方向運動時，l＝________圖丙：沿v1方向運動時，l＝________；沿v2方向運動時，l＝________相對速度E＝Blv中的速度v是導體相對________的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關系2.導體轉動切割磁感線如圖，當長為l的導體在垂直于勻強磁場(磁感應強度為B)的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉動，當導體運動Δt時間后，轉過的弧度θ＝ωΔt，掃過的面積ΔS＝________________，則E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BΔS,Δt)＝________________(或E＝Bleq\x\to(v)＝Bleq\f(vA＋vC,2)＝________________)。例3(多選)如圖，光滑水平面上兩虛線之間區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里且范圍足夠大的勻強磁場，磁感應強度大小為B。邊長為a的正方形導線框PQMN沿圖示速度方向進入磁場，當對角線PM剛進入磁場時，線框的速度大小為v，方向與磁場邊界成45°角，若線框的總電阻為R，則()A．PM剛進入磁場時線框中的感應電流大小為eq\f(Bav,R)B．PM剛進入磁場時線框所受安培力大小為eq\f(B2a2v,R)C．PM剛進入磁場時兩端的電壓為eq\f(Bav,R)D．PM進入磁場后線框中的感應電流逐漸減小例4(多選)(2023·黑龍江哈爾濱市模擬)如圖所示為法拉第圓盤發(fā)電機，半徑為r的銅質圓盤繞其中心O的豎直軸以恒定角速度ω順時針轉動(從上向下看)，空間中存在豎直向上的勻強磁場，磁感應強度大小為B。圓盤平面和磁感線垂直，兩電刷C、D分別與銅盤中心軸和邊緣接觸，兩電刷間接有阻值為R的電阻，下列說法正確的是()A．O點電勢比D點高B．通過R的電流方向由下至上C．發(fā)電機的電動勢為E＝eq\f(Br2ω,2)D．發(fā)電機的電動勢為E＝Br2ω考點三自感現(xiàn)象1．概念：當一個線圈中的電流變化時，它所產(chǎn)生的變化的磁場在線圈本身激發(fā)出________________________，這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應電動勢叫作自感電動勢。2．表達式：E＝________________。3．自感系數(shù)L的影響因素：與線圈的________、形狀、________以及是否有鐵芯有關。4．通電自感和斷電自感的比較電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，R＝RL，L較大L很大(有鐵芯)通電時在S閉合瞬間，燈泡A2____________，燈泡A1________，最終一樣亮燈泡A__________________斷電時回路電流減小，兩燈泡____________，A1電流方向____，A2電流________①若I2≤I1，燈A逐漸變暗；②若I2＞I1，燈A________________兩種情況下燈A中電流方向均________(選填“改變”或“不變”)總結自感電動勢總是____________________1．線圈中電流越大，自感系數(shù)也越大。()2．對于同一個線圈，電流變化越快，線圈中的自感電動勢也越大。()3．自感電動勢總是阻止原電流的變化。()例5(2023·江蘇南京市金陵中學模擬)如圖所示的電路中，L1、L2、L3是三個相同的燈泡，線圈L的電阻和電源的內(nèi)阻可忽略，D為理想二極管。下列判斷正確的是()A．開關S從斷開狀態(tài)突然閉合時，L1逐漸變亮，L2一直不亮，L3立即變亮B．開關S從斷開狀態(tài)突然閉合時，L1、L2逐漸變亮，L3立即變亮再熄滅C．開關S從閉合狀態(tài)突然斷開時，L1逐漸熄滅，L2突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅，L3立即熄滅D．開關S從閉合狀態(tài)突然斷開時，L1、L2逐漸熄滅，L3突然變亮，然后逐漸變暗至熄滅分析自感問題的三個技巧考點四渦流電磁阻尼和電磁驅動1．渦流現(xiàn)象(1)渦流：塊狀金屬放在________磁場中，或者讓它在非均勻磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的漩渦狀感應電流。(2)產(chǎn)生原因：金屬塊內(nèi)________________變化→感應電動勢→感應電流。2．電磁阻尼當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力總是________導體的運動。3．電磁驅動如果磁場相對于導體轉動，在導體中會產(chǎn)生____________使導體受到安培力而運動起來。1．電磁阻尼體現(xiàn)了能量守恒定律。()2．電磁阻尼阻礙相對運動，電