法拉第電磁感應(yīng)定律-高二物理新教材基礎(chǔ)+鞏固+提升三級跳

新教材基礎(chǔ)鞏固提升三級跳第二章電磁感應(yīng)2.2法拉第電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)知識知識點梳理：知識點一、感應(yīng)電動勢定義：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。產(chǎn)生條件不管電路是否閉合，只要穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，或者導(dǎo)體切割了磁感線，電路中或?qū)w中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。3．感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流的關(guān)系（1）等效電源：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，其中的電流方向指向等效電源正極，而電源內(nèi)部的電流方向與電動勢方向相同。（2）發(fā)生電磁感應(yīng)時，電路閉合時有感應(yīng)電流，有感應(yīng)電動勢；電路不閉合時無感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動勢。（3）電路中感應(yīng)電流的大小由感應(yīng)電動勢和回路總電阻共同決定。知識點二．法拉第電磁感應(yīng)定律1．內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。2．表達(dá)式：單位：伏特（V）且1V=1Wb/s證明：4．理解（1）感應(yīng)電動勢大小正比于磁通量的變化率，與磁通量及磁通量變化量大小無關(guān)。（2）公式中，若取一段時間，則E為內(nèi)的平均電動勢；若 時，則E為瞬時值，故此式多用于求電動勢的平均值。知識點三．導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1．表達(dá)式（1）基本公式：，公式中要求B、L、v三者相互垂直。（2）一般表達(dá)式： 2．對公式的理解（1）適用條件：導(dǎo)體在勻強磁場中做切割磁感線運動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計算。（2）對的理解：公式中為切割磁感線的有效長度，即導(dǎo)線在垂直速度方向的投影長度，如圖所示，棒的有效長度為ab間的距離。（3）對v的理解：公式中的v應(yīng)理解為導(dǎo)體和磁場間的相對速度，當(dāng)導(dǎo)體不動而磁場運動時，也有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。若v為平均值，E就是平均感應(yīng)電動勢，若v為瞬時值，E就是瞬時感應(yīng)電動勢。知識點四、導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線時的感應(yīng)電動勢如圖所示，長為L的導(dǎo)體棒ab以b為圓心、以角速度在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，則棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢可以從兩個角度分析：（1）運用計算棒上各點速度不同，平均速度為，代入公式得：（2）運用計算經(jīng)過的時間，棒掃過的面積為，磁通量的變化量為，代入公式得：知識點五．電磁感應(yīng)中通過導(dǎo)體電荷量的計算回路中發(fā)生磁通量變化時，由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向運動而形成電流，在的時間內(nèi)，遷移的電荷量為：從上式可知，感應(yīng)電荷量僅有回路電阻、磁通量的變化量和匝數(shù)決定，與發(fā)生這一變化的時間、速度等其他物理量無關(guān)。預(yù)習(xí)基礎(chǔ)：一、判斷題1．判斷下列說法的正誤。（1）在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有感應(yīng)電流，就一定有感應(yīng)電動勢；反之，有感應(yīng)電動勢，就一定有感應(yīng)電流。_________（2）線圈中磁通量的變化量ΔΦ越小，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越小。_________（3）線圈放在磁場越強的位置，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大。_________（4）線圈中磁通量變化越快，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大。_________（5）閉合電路置于磁場中，當(dāng)磁感應(yīng)強度很大時，感應(yīng)電動勢可能為零；當(dāng)磁感應(yīng)強度為零時，感應(yīng)電動勢可能很大。_________二、填空題2．“磁生電”的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學(xué)家______發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。3．如圖所示，桌面上放有一只10匝線圈，線圈中心上方一定高度處有一豎立的條形磁體．當(dāng)磁體豎直向下運動時，穿過線圈的磁通量將______（選填“變大”或“變小”），在上述過程中，穿過線圈的磁通量變化0.1Wb，經(jīng)歷的時間為0.5s，則線圈中的感應(yīng)電動勢為__V．4．在豎直向上的勻強磁場中，水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈，線圈所圍的面積為0.1m2，線圈電阻為1Ω。規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看是順時針方向，如圖甲所示，磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示。在0～2s時間內(nèi)，I的最大值為________A，前2s內(nèi)，通過線圈某截面的總電荷量為________C。5．如圖所示，為固定在水平面內(nèi)的光滑閉合金屬導(dǎo)軌，、處分別接有阻值的短電阻絲（圖中用粗線表示），導(dǎo)軌其它部分電阻不計。導(dǎo)軌的形狀滿足（單位：）。勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強度。一足夠長、阻值不計的金屬棒在水平外力作用下，時刻以水平向右的恒定速度從導(dǎo)軌上點滑動到點，棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終保持與導(dǎo)軌垂直。在此過程，當(dāng)______時，回路中感應(yīng)電動勢最大。若回路中熱功率為，則___________。6．如圖所示為某人設(shè)計的一個汽車“再生能源裝置”原理簡圖，在車廂底部靠近車輪處固定永久磁鐵，剎車時接通裝在車輪上的線圈，將汽車的一部分動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來。圖中五個扇形區(qū)域勻強磁場的磁感應(yīng)強度均為B，五個形狀與磁場邊界形狀完全相同的線圈對稱地固定在車輪內(nèi)側(cè)，已知車軸到線圈內(nèi)側(cè)的距離為r1，到線圈外側(cè)的距離為r2，車輪的半徑為R。若剎車過程中的某時刻車速大小為v，則此時車輪轉(zhuǎn)動的角速度為___________，某個線圈進(jìn)入或者出磁場時產(chǎn)生的電動勢大小為___________。鞏固所學(xué)三、單選題7．發(fā)電的基本原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是（）A．奧斯特 B．赫茲 C．麥克斯韋 D．法拉第8．如圖所示，用一根光滑金屬導(dǎo)線制成圓弧狀導(dǎo)軌MN，豎直放置在垂直紙面向里的水平勻強磁場中。OC是一根繞垂直于紙面的O軸轉(zhuǎn)動的金屬桿，并始終可以在導(dǎo)軌上滑動。當(dāng)OC從M點無初速釋放后下列說法中不正確的是（）

A．由于無摩擦存在，可在導(dǎo)軌上一直往復(fù)運動下去B．由于無摩擦存在，擺動幅度不變，機(jī)械能守恒C．?dāng)[動中OC桿總受到阻礙它運動的磁場力D．?dāng)[動中OC桿不受到阻礙它運動的磁場力9．如圖甲所示，光滑“∠”形金屬支架ABC固定在水平面上，支架處在垂直于水平面向下的勻強磁場中，一金屬導(dǎo)體棒EF放在支架上，用一輕桿將導(dǎo)體棒與墻固定連接，磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，取垂直于水平面向下為正方向，則下列說法中正確的是（）A．t1時刻輕桿對導(dǎo)體棒的作用力最大B．t2時刻輕桿對導(dǎo)體棒的作用力最大C．t2到t3時間內(nèi)，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力先增大后減小D．t2到t4時間內(nèi)，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力方向不變10．如圖甲、乙、丙中，除導(dǎo)體棒ab可動外，其余部分均固定不動，甲圖中的電容器C原來不帶電。設(shè)導(dǎo)體棒、導(dǎo)軌和直流電源的電阻均可忽略，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的摩擦也不計，圖中裝置均在水平面內(nèi)，且都處于方向垂直水平面（即紙面）向里的勻強磁場中，導(dǎo)軌足夠長?，F(xiàn)給導(dǎo)體棒ab一個向右的初速度v0，在圖甲、乙、丙三種情形下關(guān)于導(dǎo)體棒ab的運動狀態(tài)，下列說法正確的是（）A．圖甲中，ab棒先做勻減速運動，最終做勻速運動B．圖乙中，ab棒先做加速度越來越大的減速運動，最終靜止C．圖丙中，ab棒先做初速度為v0的變減速運動，然后反向做變加速運動，最終做勻速運動D．三種情形下導(dǎo)體棒ab最終都勻速運動11．如圖所示，一長直導(dǎo)線通有電流，式中，為常量；一個有滑動邊的矩形導(dǎo)線框與長直導(dǎo)線平行且共面，兩者相距a，矩形線框的滑動邊與長直導(dǎo)線垂直，其長度為b，它以勻速v平行于長直導(dǎo)線滑動。若忽略線框中的自感電動勢，并設(shè)開始時滑動邊與對邊重合，求任意時刻t矩形線框內(nèi)的感應(yīng)電動勢。（）A． B．C． D．四、多選題12．在兩條間距為l、足夠長光滑平行水平導(dǎo)軌所在空間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，質(zhì)量為m、電阻為R的銅棒ab垂直跨放在導(dǎo)軌上，同種材料的銅棒cd橫截面積是ab的兩倍，長度與ab相同，cd靜止在ab左側(cè)，如圖所示，兩棒相距，與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。若給ab棒一個水平向右的初速度，導(dǎo)軌電阻不計，則下列說法正確的是（）A．兩棒受到的安培力總是大小相等 B．兩棒的電功率總是相等C．通過ab的最大電荷量為 D．cd的最大電功率為13．如圖所示，兩根粗糙的金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R，導(dǎo)軌電阻不計。斜面處在豎直向上的勻強磁場中，質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒電阻不計，金屬棒沿導(dǎo)軌減速下滑，在下滑h高度的過程中，它的速度由減小到v，則下列說法正確的是（）A．作用在金屬棒上的合力做的功為B．金屬棒重力勢能的減少量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能C．金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D．金屬棒機(jī)械能減少量為能力提升五、實驗題14．實驗：探究影響感應(yīng)電流方向的因素（1）實驗原理a.由電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系，找出感應(yīng)電流的方向。b.通過實驗，觀察、分析原磁場方向和磁通量的變化，記錄感應(yīng)電流的方向，然后歸納出感應(yīng)電流的方向與原磁場方向、原磁通量變化之間的關(guān)系。（2）實驗器材條形磁體，螺線管，電流表，導(dǎo)線若干，滑動變阻器，開關(guān)，干電池，電池盒。（3）實驗過程a.探究電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系。實驗電路如圖甲、乙所示：結(jié)論：電流從哪一側(cè)接線柱流入，指針就向哪一側(cè)偏轉(zhuǎn)，即左進(jìn)左偏，右進(jìn)右偏。（指針偏轉(zhuǎn)方向應(yīng)由實驗得出，并非所有電流表都是這樣的）b.探究條形磁體插入或拔出線圈時感應(yīng)電流的方向（i）按圖連接電路，明確螺線管的繞線方向。（ii）按照控制變量的方法分別進(jìn)行N極（S極）向下插入線圈和N極（S極）向下時抽出線圈的實驗。（iii）觀察并記錄磁場方向、電流方向、磁通量大小變化情況，并將結(jié)果填入表格。甲乙丙丁條形磁體運動的情況N極向下插入線圈S極向下插入線圈N極朝下時抽出線圈S極朝下時抽出線圈原磁場方向（“向上”或“向下”）穿過線圈的磁通量變化情況（“增加”或“減少”）感應(yīng)電流的方向（在螺線管上方俯視）逆時針順時針順時針逆時針感應(yīng)電流的磁場方向（“向上”或“向下”）原磁場與感應(yīng)電流磁場方向的關(guān)系（iiii）整理器材。（4）結(jié)果分析根據(jù)上表記錄，得到下述結(jié)果：甲、乙兩種情況下，磁通量都___________，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向___________，阻礙磁通量的增加；丙、丁兩種情況下，磁通量都___________，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向___________，阻礙磁通量的減少。實驗結(jié)論：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即___________總要___________引起感應(yīng)電流的___________。（5）注意事項a.確定電流方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系時，要用試觸法并注意減小電流強度，防止電流過大或通電時間過長損壞電流表。b.電流表選用零刻度在中間的靈敏電流計。c.實驗前設(shè)計好表格，并明確線圈的繞線方向。d.按照控制變量的思想進(jìn)行實驗。e.完成一種操作后，等電流計指針回零后再進(jìn)行下一步操作。六、解答題15．如圖，水平U形光滑框架，寬度為1m，電阻忽略不計，導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m=0.2kg、電阻R=0.5Ω，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.2T，方向垂直框架向上?，F(xiàn)用F=1N的外力由靜止開始向右拉ab棒，當(dāng)ab棒向右運動的距離為d=0.5m時速度達(dá)到2m/s，求此時：（1）ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大?。唬?）ab棒的電流；（3）ab棒所受的安培力；16．有一個1000匝的線圈，在內(nèi)穿過每匝線圖的磁通量從增加到，求線圈中的感應(yīng)電動勢。如果線圈的電阻是，把它跟一個電阻值為的電阻串聯(lián)組成閉合回路時，通過該電阻的電流是多大？17．如圖所示，若軌道左端接一電容器，電容器的電容為C，導(dǎo)體棒在恒定水平外力F作用下，從靜止開始運動，導(dǎo)軌與棒間的動摩擦因數(shù)為μ，寫出導(dǎo)體棒的速度大小隨時間變化的關(guān)系式。參考答案：1．

錯誤

錯誤

錯誤

正確

正確【來源】2021人教版選擇性必修第二冊第二章2.2法拉第電磁感應(yīng)定律導(dǎo)學(xué)案【解析】略2．法拉第【來源】2021人教版必修第三冊第十三章13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案【詳解】略3．

變大

2【來源】2015-2016學(xué)年江蘇省南通市如皋市高二期末物理卷【詳解】在磁體豎直向下落時，穿過線圈的磁感應(yīng)強度增大，故磁通量變大；由法拉第電磁感應(yīng)定律可得：．4．

0.01

0.01【來源】2023版導(dǎo)與練一輪總復(fù)習(xí)（魯科）第十一章小專題（十七）電磁感應(yīng)中的電路、電荷量和圖像問題（練）【詳解】[1]0～2s時間內(nèi)，t=0時刻磁感應(yīng)強度變化率最大，感應(yīng)電流最大，有[2]前2s內(nèi)通過線圈某截面的電荷量5．

3

1或5【來源】上海市洋涇中學(xué)2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期3月第一次月考物理試題【詳解】[1]金屬棒產(chǎn)生的電動勢為可知當(dāng)時，回路中感應(yīng)電動勢最大，且為[2]回路中的總電阻為回路中的電流為回路中的瞬時熱功率為當(dāng)回路中熱功率為時，可得解得或即或6．

【來源】2023版導(dǎo)與練一輪總復(fù)習(xí)（魯科）第十一章第2講法拉第電磁感應(yīng)定律渦流、互感和自感（講）【詳解】[1][2]以車軸為參考系，車輪邊緣的線速度為v，因此轉(zhuǎn)動的角速度某個線圈進(jìn)入或者出磁場時產(chǎn)生的電動勢大小為聯(lián)立得7．D【來源】廣西桂林市龍勝各族自治縣龍勝中學(xué)2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期中物理試題（理）【詳解】發(fā)電的基本原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是法拉第。故選D。8．C【來源】遼寧省阜蒙縣育才高中2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期末考試復(fù)習(xí)物理試題【詳解】A．由于導(dǎo)線沒有閉合，故桿在轉(zhuǎn)動中切割磁感線，沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流，故導(dǎo)線不受安培力，也沒有摩擦力，故可以在導(dǎo)軌上一直運動下去，A正確；B．由于沒有重力之外的其他力做功，桿的機(jī)械能守恒，擺的幅度不變，B正確；C．由A項分析可知，桿不受磁場力作用，C錯誤；D．由A項分析可知，桿不受磁場力作用，D正確．故選C。9．C【來源】2020版三維設(shè)計二輪復(fù)習(xí)專題限時集訓(xùn)11電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用【詳解】A．由法拉第電磁感應(yīng)定律可得可知t1時刻，E=0故導(dǎo)體棒受到的安培力為0，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力為0，A錯誤；B．t2時刻磁感應(yīng)強度的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，但由于磁感應(yīng)強度為0，導(dǎo)體棒受到的安培力為0，輕桿對導(dǎo)體棒的作用力為0，B錯誤；C．t2到t3時間內(nèi)，感應(yīng)電流逐漸減小，而磁感應(yīng)強度逐漸增大，導(dǎo)致導(dǎo)體棒受到的安培力先增大后減小，所以輕桿對導(dǎo)體棒的作用力先增大后減小，C正確；D．t2到t4時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度方向不變，而感應(yīng)電流方向有發(fā)生改變，故導(dǎo)體棒受到的安培力方向改變，則輕桿對導(dǎo)體棒的作用力方向改變，D錯誤。故選C。10．C【來源】專題68電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的含容電路和雙棒問題-2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)重點熱點難點專題特訓(xùn)【詳解】A．題圖甲中，導(dǎo)體棒向右運動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流而使電容器充電，由于充電電流不斷減小，安培力減小，則導(dǎo)體棒做變減速運動，當(dāng)電容器C極板間電壓與導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等時，電路中沒有電流，ab棒不受安培力，向右做勻速運動，故A錯誤；B．題圖乙中，導(dǎo)體棒向右運動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒受向左的安培力而做減速運動，隨速度的減小，電流減小，安培力減小，加速度減小，最終ab棒靜止，故B錯誤；C．題圖丙中，導(dǎo)體棒先受到向左的安培力作用向右做變減速運動，速度減為零后再在安培力作用下向左做變加速運動，當(dāng)導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與電源的電動勢相等時，電路中沒有電流，ab棒向左做勻速運動，故C正確；D．由以上分析可知，故D錯誤。故選C。11．B【來源】清北學(xué)堂2022年高校強基校測筆試物理學(xué)科模擬試題【詳解】磁通量感應(yīng)電動勢為故選B。12．AD【來源】2021屆山東省濟(jì)南市歷城第二中學(xué)高三下學(xué)期新高考模擬壓軸物理試題（一）【詳解】A．、組成回路，電流相等，處在同一磁場中，因此安培力等大反向，故A正確；B．橫截面積是的兩倍，因此電阻為，由可知的電功率是的兩倍，故B錯誤；C．由于兩棒安培力等大反向，系統(tǒng)所受合外力為零，動量守恒，最終兩棒速度相等為v，即有其中的質(zhì)量由動量定理對有而通過棒的電荷量解得故C錯誤；D．棒的電功率當(dāng)、時有最大值，且故D正確。故選AD。13．CD【來源】甘肅省慶陽市華池縣第一中學(xué)2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期期末物理試題【詳解】A．根據(jù)題意，由動能定理得，作用在金屬棒上的合力做的功故A錯誤；BD．根據(jù)題意可知，金屬棒下滑過程中，重力勢能減少了，動能減少了則金屬棒機(jī)械能的減少量為設(shè)金屬棒下滑過程中，因摩擦產(chǎn)生的熱為，系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為，根據(jù)能量守恒定律有則因不能確定動能減少量和摩擦產(chǎn)生的熱的關(guān)系，故不能確定重力勢能減少量和產(chǎn)生的電能關(guān)系，故B錯誤D正確；C．根據(jù)題意可知，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻不計，則金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，故C正確。故選CD。14．

增加

相反

減少

相同

感應(yīng)電流的磁場

阻礙

磁通量的變化【來源】2.1.1實驗：探究影響感應(yīng)電流方向的因素課前預(yù)習(xí)【詳解】將表格內(nèi)容完善：甲乙丙丁條形磁體運動的情況N極向下插入線圈S極向下插入線圈N極朝下時抽出線圈S極朝下時抽出線圈原磁場方向（“向上”或“向下”）向下向上向下向上穿過線圈的磁通量變化情況（“增加