版高考物理总复习10第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流教案新人教版Word文档下载推荐.docx

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其中n为线圈的匝数。

二、导体切割磁感线产生的感应电动势

导体棒切割磁感线时，可有以下三种情况

三、自感和涡流

1．自感现象

由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势。

（2）表达式：

E＝L。

（3）自感系数L

①相关因素：

与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。

②单位：

亨利H（1mH＝10－3H,1μH＝10－6H）。

2．涡流

当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的旋涡所以叫做涡流。

（1）电磁阻尼：

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动。

（2）电磁驱动：

如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来。

交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。

（3）电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。

（判断正误，正确的画“√”，错误的画“×

”。

）

1．线圈中的磁通量越大，产生的感应电动势越大。

（×

2．线圈的匝数越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大。

3．导体在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势越大。

4．对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势越大。

（√）

5．自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化。

1．（法拉第电磁感应定律）如图所示，虚线MN表示甲、乙、丙三个相同正方形金属框的一条对称轴，金属框内均匀分布着有界匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律满足B＝kt，金属框按照图示方式处在磁场中，测得金属框甲、乙、丙中的感应电流分别为I甲、I乙、I丙，则下列判断正确的是（　　）

A．I乙＝2I甲，I丙＝2I甲B．I乙＝2I甲，I丙＝0

C．I乙＝0，I丙＝0D．I乙＝I甲，I丙＝I甲

解析　I甲＝＝·

·

＝，I乙＝＝·

S·

＝，由于丙中磁通量始终为零，故I丙＝0。

所以I乙＝2I甲，I丙＝0，只有B项正确。

答案　B

2.（公式E＝Blv的应用）如图所示，在庆祝反法西斯胜利70周年阅兵盛典上，我国预警机“空警－2000”在通过天安门上空时机翼保持水平，以4.5×

102km/h的速度自东向西飞行。

该机的翼展（两翼尖之间的距离）为50m，北京地区地磁场的竖直分量向下，大小为4.7×

10－5T，则（　　）

A．两翼尖之间的电势差为2.9V

B．两翼尖之间的电势差为1.1V

C．飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高

D．飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低

解析　飞机的飞行速度为4.5×

102km/h＝125m/s，飞机两翼尖之间的电动势为E＝BLv＝4.7×

10－5×

50×

125V＝0.29V，A、B两项错误；

飞机从东向西飞行，磁场竖直向下，根据右手定则可知，飞机左方翼尖电势高于右方翼尖的电势，C项正确，D项错误。

答案　C

3.（自感现象）如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其电阻忽略不计，L1、L2是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则（　　）

A．闭合开关S时，L1、L2同时达到最亮，且L2更亮一些

B．闭合开关S时，L1、L2均慢慢亮起来，且L1更亮一些

C．断开开关S时，L1慢慢熄灭，L2马上熄灭

D．断开开关S时，L1慢慢熄灭，L2闪亮后才慢慢熄灭

解析　由于灯泡L1与线圈L和R1串联，灯泡L2与电阻R2串联，当S闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增大，所以L2比L1先亮，A、B两项错误；

由于L1所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即L1更亮一些，当S断开瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中开始减小，即从I1减小，故L1慢慢熄灭，L2闪亮后才慢慢熄灭。

C项错误，D项正确。

答案　D

4.（涡流）如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行迅速升温，进而加热锅内食物。

电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。

关于电磁炉，以下说法正确的是（　　）

A．电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热的

B．电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的

C．电磁炉是利用变化的磁场使食物中的极性水分子振动和旋转来对食物加热的

D．电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热的

解析　电磁炉的工作原理是利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，变化的磁场通过含铁质锅的底部产生无数小涡流，使锅体温度升高后加热食物，故A、D两项错误，B项正确；

而选项C是微波炉的加热原理，C项错误。

考点　1　法拉第电磁感应定律的理解和应用

考|点|速|通

1．对法拉第电磁感应定律的理解

（1）感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定，而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系。

（2）磁通量的变化率对应Φ－t图线上某点切线的斜率。

2．应用法拉第电磁感应定律的三种情况

（1）磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·

ΔS，则E＝n。

（2）磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝ΔB·

S，则E＝n。

（3）磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时，则根据定义求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。

典|例|微|探

【例1】　（多选）粗细均匀的导线绕成匝数为n、半径为r的圆形闭合线圈。

线圈放在磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增大，线圈中产生的电流为I，下列说法正确的是（　　）

A．电流I与匝数n成正比

B．电流I与线圈半径r成正比

C．电流I与线圈面积S成正比

D．电流I与导线横截面积S0成正比

解析　由题给条件可知感应电动势为E＝nπr2，电阻为R＝，电流I＝，联立以上各式得I＝·

，则可知B、D两项正确，A、C两项错误。

答案　BD

应用法拉第电磁感应定律应注意的三个问题

1．公式E＝n求解的是一个回路中某段时间内的平均电动势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值。

2．利用公式E＝nS求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积。

3．通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关。

推导如下：

q＝Δt＝Δt＝。

题|组|冲|关

1.如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。

在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B。

在此过程中，线圈中产生的感应电动势为（　　）

A．　　B．C．　　D．

解析　由E＝n＝n·

S＝n×

a2＝

，B项正确，A、C、D三项错误。

2.如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直。

磁感应强度B随时间均匀增大。

两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响。

下列说法正确的是（　　）

A．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向

B．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向

C．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向

D．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向

解析　由法拉第电磁感应定律可得E＝＝·

S，根据题意可得＝，故Ea∶Eb＝4∶1，感应电流产生的磁场要阻碍原磁场的变大，即产生向里的感应磁场，根据楞次定律可得，感应电流均沿顺时针方向，B项正确。

考点　2　导体切割磁感线产生感应电动势的计算

1．E＝Blv的三个特性

（1）正交性：

本公式要求磁场为匀强磁场，而且B、l、v三者互相垂直。

（2）有效性：

公式中的l为导体棒切割磁感线的有效长度。

如图中，导体棒的有效长度为ab间的距离。

（3）相对性：

E＝Blv中的速度v是导体棒相对磁场的速度，若磁场也在运动，应注意速度间的相对关系。

2．导体棒转动切割磁感线

当导体棒在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，产生的感应电动势为E＝Bl＝Bl2ω，如图所示。

【例2】　如图，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E，将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为E′。

则等于（　　）

A．　　　B．C．1　　　D．

解析　若直金属棒的长为L，则弯成折线后，有效切割长度为L。

根据E＝BLv可知感应电动势的大小与有效切割长度成正比，故＝，B项正确。

本题考查切割磁感线产生感应电动势公式E＝Blv，解题时应注意l是“有效切割长度”。

1．若l与B不垂直，则l在垂直于B的方向的投影长度为有效切割长度。

2．若l出现弯折的情况，则先将两端点相连，再确定其有效切割长度。

1.如图所示，平行导轨间距为d，一端跨接一个电阻R。

匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于平行金属导轨所在平面。

金属棒与导轨的电阻均不计。

当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金属导轨上滑行时，通过电阻R的电流是（　　）

A．　　B．C．　D．

解析　电流应等于感应电动势除以电阻R，问题在于感应电动势应如何计算。

由于这里有明显的金属切割磁感线的运动，故不妨用E＝Blv的办法计算。

能够引起感应电流的电动势是MN间产生的电动势，所以有效切割长度应为MN，而MN用已知参数表示应为，所以有效切割长度l＝。

解得E＝Blv＝，I＝

＝，所以D项正确。

2．（多选）如图所示，S和P是半径为a的环形导线的两端点，OP间电阻为R，其余电阻不计，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直环面，金属棒OQ与环形导线接触，以角速度ω绕O点无摩擦匀速转动时，则（　　）

A．电阻R两端的电压为

B．电阻R消耗的功率为

C．金属棒受的安培力为

D．外力对OQ做功的功率为

解析　OQ产生的电动势E＝Ba＝，因为只有OP间有电阻，所以电阻R两端的电压为，A项正确；

电阻R消耗的功率为P＝＝，B项正确；

电路中电流I＝＝，金属棒受的安培力F＝BIa＝，C项错误；

外力对OQ做功的功率为P′＝P＝，D项错误。

答案　AB

考点　3　自感现象的理解和应用

通电自感和断电自感的比较

通电自感

断电自感

电路图

器材

要求

A1、A2同规格，R＝RL，L较大

L很大（有铁芯），RL≪RA

现象

在S闭合的瞬间，灯A2立即亮起来，灯A1逐渐变亮，最终一样亮

在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭

续表

原因

开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过