（江蘇專版）2020版高考物理一輪復習 第九章 第2節(jié) 法拉第電磁感應定律講義（含解析）.doc

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法拉第電磁感應定律(1)線圈中磁通量越大，產生的感應電動勢越大。()(2)線圈中磁通量變化越大，產生的感應電動勢越大。()(3)線圈中磁通量變化越快，產生的感應電動勢越大。()(4)線圈匝數n越多，磁通量越大，產生的感應電動勢也越大。()(5)磁場相對于導體棒運動時，導體棒中也可能產生感應電動勢。()(6)對于同一線圈，當電流變化越快時，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定律。突破點(一)法拉第電磁感應定律的應用1法拉第電磁感應定律的理解(1)感應電動勢的大小由線圈的匝數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系。(2)磁通量的變化率對應t圖線上某點切線的斜率。2應用法拉第電磁感應定律的三種情況(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體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為21，圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為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，感應電流均沿逆時針方向BEaEb41，感應電流均沿順時針方向CEaEb21，感應電流均沿逆時針方向DEaEb21，感應電流均沿順時針方向解析由楞次定律知，題中圓環(huán)感應電流產生的磁場與原磁場方向相反，故感應電流沿順時針方向。由法拉第電磁感應定律知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)律應用法拉第電磁感應定律應注意的三個問題(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求感應電動勢時，S為線圈在磁場范圍內的有效面積。(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關，與時間長短無關。推導如下：qtt。集訓沖關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)域內有垂直于紙面向里的勻強磁場。當該勻強磁場的磁感應強度均勻增大時，a、b兩環(huán)內的感應電動勢大小和感應電流大小之比分別為()A11,32B11,23C49,23 D49,94解析：選A由法拉第電磁感應定律得：EnnSnR2，因兩圓環(huán)內磁場面積相同，則得到EaEb11。根據電阻定律r，兩線圈電阻之比rarbRaRb23。線圈中感應電流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構如圖所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產生感應電流，電流經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增加線圈匝數可以增大線圈中的感應電動勢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轉化為電信號，音箱不能發(fā)聲，選項B正確；增加線圈匝數，根據法拉第電磁感應定律En知，線圈的感應電動勢變大，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，則產生的感應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，磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，則()A前4 s內的感應電動勢為2 VB在開始的2 s內穿過線圈的磁通量的變化量等于零C前4 s內通過電阻R的電流由下至上D后4 s內電路中的感應電流大小為0.4 A解析：選C前2 s內磁通量的變化量為：20S(B2B0)200104(0.30.2)Wb2103 Wb，由法拉第電磁感應定律，得前4 s內的感應電動勢為EnS1 000200104 V1 V，故A、B錯誤；由楞次定律可知，前4 s 內產生的感應電流為逆時針方向，通過電阻R的電流由下至上，故C正確；由歐姆定律，24 s內電路中的感應電流大小為I A0.2 A，46 s內感應電動勢為EnS1 000200104 V4 V，感應電流I0.8 A，故D錯誤。突破點(二)導體切割磁感線產生感應電動勢的計算1導體平動切割磁感線對于導體平動切割磁感線產生感應電動勢的計算式EBlv，應注意以下幾個方面：(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)對應性：若v為平均速度，則E為平均感應電動勢，即Bl。若v為瞬時速度，則E為相應的瞬時感應電動勢。(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，應注意速度間的相對關系。(4)有效性：公式中的l為有效切割長度，即導體與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導體轉動切割磁感線當導體在垂直于磁場的平面內，繞一端以角速度勻速轉動時，產生的感應電動勢為EBlBl2，如圖所示。3公式En與EBlv的區(qū)別與聯系EnEBlv區(qū)別研究對象閉合回路垂直切割磁感線的那部分導體研究內容求的是t時間內的平均感應電動勢，E與某段時間或某個過程對應(1)若v為瞬時速度，則求的是瞬時感應電動勢(2)若v為平均速度，則求的是平均感應電動勢聯系(1)本質上是統一的，EBlv可由En在一定條件下推導出來(2)當導體切割磁感線運動時用EBlv求E方便，當得知穿過回路的磁通量發(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 的正方形導線框abcd位于紙面內，cd邊與磁場邊界平行，如圖甲所示。已知導線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t0時刻進入磁場。線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖乙所示(感應電流的方向為順時針時，感應電動勢取正)。下列說法正確的是()A磁感應強度的大小為0.5 TB導線框運動速度的大小為0.5 m/sC磁感應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，導線框所受的安培力大小為0.1 N思路點撥根據線框勻速運動的位移和時間求出速度，結合EBLv求出磁感應強度，根據感應電流的方向，結合楞次定律得出磁場的方向。根據安培力公式得出導線框所受的安培力。解析由題圖乙可知，導線框運動的速度大小v m/s0.5 m/s，B項正確；導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，導線框進入磁場的過程中，感應電流的方向為順時針方向，根據楞次定律可知，磁感應強度方向垂直紙面向外，C項正確；在0.40.6 s這段時間內，導線框正在出磁場，回路中的電流大小I A2 A，則導線框受到的安培力FBIL0.220.1 N0.04 N，D項錯誤。答案BC集訓沖關1.多選如圖所示，一導線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側有磁感應強度為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，下列結論正確的是()A感應電流方向不變BCD段直線始終不受安培力C感應電動勢最大值EBavD感應電動勢平均值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，根據楞次定律，知感應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，則感應電動勢的最大值 EBav，故C正確；根據法拉第電磁感應定律得：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分別與轉動軸和銅盤的邊緣接觸。G為靈敏電流表?，F使銅盤按照圖示方向以角速度勻速轉動，下列說法正確的是()AC點電勢一定低于D點電勢B圓盤中產生的感應電動勢大小為Br2C電流表中的電流方向為由a到bD若銅盤不轉動，使所加磁場的磁感應強度均勻增大，在銅盤中可以產生渦流解析：選AD將銅盤看做無數條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當銅盤轉動時，每根金屬棒都在切割磁感線，相當于電源，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；回路中產生的感應電動勢EBBr2，故B錯誤；此電源對外電路供電，電流方向由b經電流表再從a流向銅盤，故C錯誤；若銅盤不轉動，使所加磁場的磁感應強度均勻增大，在銅盤中產生感生電場，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S，傳感器記錄了電路中電流i隨時間t變化的關系圖像，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，線圈自感系數增大，自感現象延長，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S的瞬間，L2立即亮，L1逐漸變亮B合上開關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S的瞬間，線圈中電流要增大，則出現自感電動勢，L1立即亮，L2逐漸變亮，故A錯誤；合上開關S，當電路穩(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；當斷開S的瞬間，線圈中電流要減小，則出現自感電動勢，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。電磁感應在生活中的應用電磁感應現象與生活密切相關，高考對這部分的考查更趨向于有關現代氣息和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、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)。不屬于渦流現象的是()解析：選D線圈接有交變電流，在線圈中會產生變化的磁場，變化的磁場在冶煉爐中產生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故A中屬于渦流現象；充電器工作時有交變電流通過，交變電流產生的交變磁場穿過鐵芯，在鐵芯中產生電場，使自由電荷在電場力的作用下定向移動形成渦流，故B中屬于渦流現象；線圈中交變電流產生交變的磁場，會在金屬物品中產生交變的感應電流，而金屬物品中感應電流產生的交變磁場會在線圈中產生感應電流(渦流)，引起線圈中交變電流發(fā)生變化，從而被探測到，故C中屬于渦流現象；工作服用包含金屬絲的織物制成，形成一個導體殼，殼外有電場，殼內場強保持為0，高壓外電場不會對內部產生影響，故D中屬于靜電屏蔽。2隨著科技的不斷發(fā)展，無線充電已經進入人們的視線。小到手表、手機，大到電腦、電動汽車，都已經實現了無線充電從理論研發(fā)到實際應用的轉化。如圖所示為某品牌的無線充電手機利用電磁感應方式充電的原理圖。關于無線充電，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”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)射線圈中交變電流的頻率相同D只要有無線充電底座，所有手機都可以進行無線充電解析：選C無線充電時手機接收線圈部分的工作原理是電磁感應，故A錯誤；當給充電設備通以恒定直流電時，充電設備不會產生交變磁場，即不能正常充電，故B錯誤；接收線圈中交變電流的頻率應與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同，故C正確；被充電手機內部，應該有一類似金屬線圈的部件與手機電池相連，當有交變磁場時，則產生感應電動勢，那么普通手機由于沒有金屬線圈，所以不能夠利用無線充電設備進行充電，故D錯誤。3多選(2019徐州模擬)圖甲為磁控健身車，圖乙為其車輪處結構示意圖，在金屬飛輪的外側有一些磁鐵(與飛輪不接觸)，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁鐵會對飛輪產生阻礙，拉動旋鈕拉線可以改變磁鐵與飛輪間的距離。下列說法正確的有()A飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力B飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到的阻力越小C磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，受到的阻力越小D磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，內部的渦流越強解析：選AD根據題意，人用力蹬車帶動飛輪旋轉時，磁鐵會對飛輪產生阻礙，則飛輪受到的阻力主要來源于磁鐵對它的安培力，選項A正確；飛輪轉速一定時，磁鐵越靠近飛輪，飛輪受到安培力越大，阻力越大，選項B錯誤；磁鐵和飛輪間的距離一定時，飛輪轉速越大，磁通量的變化率越大，則內部的渦流越強，產生的安培力越大，受到的阻力越大，選項C錯誤，D正確。