1、第2节 法拉第电磁感应定律及其应用,-2-,知识梳理,考点自诊,一、法拉第电磁感应定律 1.感应电动势 (1)概念:在 电磁感应现象 中产生的电动势。 (2)产生条件:穿过回路的 磁通量 发生改变,与电路是否闭合 无关 。 (3)方向判断:感应电动势的方向用 楞次定律 或 右手定则 判断。,-3-,知识梳理,考点自诊,2.法拉第电磁感应定律 (1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一电路的 磁通量的变化率 成正比。,(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的 欧姆 定律,即I= 。,-4-,知识梳理,考点自诊,3.导体切割磁感线的情形,-5-,知识梳理,考点自诊,二、自感、涡流 1.自感现象
2、 (1)概念: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。 (2)自感电动势 定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作 自感电动势 。 表达式:E= L 。 (3)自感系数L 相关因素:与线圈的 大小 、形状、 匝数 以及是否有铁芯有关。 单位:亨利(H),1 mH= 10-3 H,1 H= 10-6 H。,-6-,知识梳理,考点自诊,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 ,这种电流像水的漩涡所以叫涡流。 3.电磁阻尼 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。 4.电磁驱动 如果磁场相对于导体转动,在导
3、体中会产生 感应电流 使导体受到安培力而运动起来。,-7-,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。( ) (3)公式E=Blv中的l是导体棒的总长度。( ) (4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。( ) (5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。( ) (6)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。( ),答案,-8-,知识梳理,考点自诊,2.(多选)(2018河南商丘期末)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行
4、的有( ) A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯,答案,解析,-9-,知识梳理,考点自诊,3.(2018山东德州调研)如图所示,长为L的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C的平行板电容器上,P、Q为电容器的两个极板,磁场方向垂直于环面向里,磁感应强度以B=B0+Kt(K0)随时间变化。t=0时,P、Q两极板电势相等,两极板间的距离远小于环的半径.经时间t,电容器的P极板( )A.不带电 B.所带电荷量与t成正比,答案,解析,-10-,知识梳理,考点自诊,4.(2018北京丰台期末)如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,
5、金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为E1;若磁感应强度增为2B,速度增为2v,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2,则E1E2为( ) A.21 B.12 C.41 D.14,答案,解析,-11-,知识梳理,考点自诊,5.(2018云南新平月考)在如图所示的电路中,a、b为两个完全相同的灯泡,L为自感线圈,E为电源,S为开关。关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序,下列说法正确的是( )A.合上开关,a先亮,b逐渐变亮;断开开关,a、b同时熄灭 B.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a先熄灭,b后熄灭 C.合上开关,b先亮,a逐渐变亮;断开开关,a、b
6、同时熄灭 D.合上开关,a、b同时亮;断开开关,b先熄灭,a后熄灭,答案,解析,-12-,命题点一,命题点二,命题点三,法拉第电磁感应定律的应用 1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率 的比较,-13-,命题点一,命题点二,命题点三,2.法拉第电磁感应定律应用的三种情况,3.在有关图象问题中,磁通量的变化率 是-t图象上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。,-14-,命题点一,命题点二,命题点三,典例1(2018湖北黄冈调研)如图甲所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内存
7、在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计。求在0t1时间内:(1)通过电阻R1的电流大小和方向; (2)通过电阻R1的电荷量q。,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,再根据楞次定律可以判断,流过电阻R1的电流方向应由b到a。,思维点拨(1)B-t图象为一条倾斜直线,表示磁场均匀变化,即变化率恒定。 (2)本题应区分磁场的面积和线圈的面积。,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,此题主要考查如何应用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、楞次定律,通过科学思维综合解决问题的核心素养。 这类问题一般按下列
8、步骤: (1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况; (2)利用楞次定律确定感应电流的方向; (3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(2017天津卷)如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是( )A.ab中的感应电流方向由b到a B.ab中的感应电流逐渐减小 C.ab所受的安培力保持不变 D.ab所受
9、的静摩擦力逐渐减小,答案,解析,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,2.(2018山东泰安二模)图甲为手机及无线充电板,图乙为充电原理示意图。充电板接交流电源,对充电板供电,充电板内的送电线圈可产生交变磁场,从而使手机内的受电线圈产生交变电流,再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究,现将问题做如下简化:设受电线圈的匝数为n,面积为S,若在t1到t2时间内,磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈,其磁感应强度由B1均匀增加到B2。下列说法正确的是( ),-20-,命题点一,命题点二,命题点三,A.c点的电势高于d点的电势 B.受电线圈中感应电流方向由d到c,答案,解析,-21-,命
10、题点一,命题点二,命题点三,3.(多选)(2018湖南常德期末)2017年9月13日,苹果在乔布斯剧院正式发布旗下三款iPhone新机型,除了常规的硬件升级外,三款iPhone还支持快充和无线充电。图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的受电线圈示意图,已知线圈匝数n=100、电阻r=1 、横截面积S=1.510-3 m2,外接电阻R=7 。线圈处在平行于线圈轴线的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示,则( ),-22-,命题点一,命题点二,命题点三,A.在t=0.01 s时通过R的电流发生改变 B.在t=0.01 s时线圈中的感应电动势E=0.6 V C.在00.02 s内通过电阻R
11、的电荷量q=1.510-3C D.在0.020.03 s内R产生的焦耳热为Q=1.810-3J,答案,解析,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,导体棒切割磁感线产生感应电动势的分析与计算 导体棒切割磁感线时,可有以下三种情况,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,典例2(2018河北阜城期末)如图所示,abcd为水平放置的平行“U”形光滑金属导轨,ab与cd的间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,金属杆MN倾斜放置,与导轨成角,单位长度的电阻为r。保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好),则( ),答案,解析,-2
12、5-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨解答该题要明确以下几点: (1)金属杆切割磁感线的有效长度并不是它的实际长度,而是它的长度沿垂直速度方向的投影长度。 (2)金属杆相当于电源,电路中的电流可利用欧姆定律求得。 (3)金属杆的热功率可用公式P=I2R求得。,此题考查对公式E=Blv中的l的物理意义的理解,不能死记硬背公式。,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,典例3(多选)(2018吉林市第二次调研) 如图所示,均匀金属圆环的总电阻为4R,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过圆环。金属杆OM的长为l,阻值为R,M端与环接触良好,绕过圆心O的转轴以恒定的角速度顺时针转动。阻值为R的电阻一
13、端用导线和环上的A点连接,另一端和金属杆的转轴O处的端点相连接。下列判断正确的是( ),答案,解析,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,此题要求综合应用公式E= Bl2、右手定则、闭合电路欧姆定律进行推理。,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 4.(多选)(2016全国卷)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是( ),-29-,命题点一,命题点二,命题点三,A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转
14、动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,5.(多选)(2018河北衡水三模)如图所示,半径为r的半圆弧光滑金属导轨ab垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,现有一导体棒Oc可绕半圆形导轨的圆心O点逆时针旋转,转动过程中导体棒接入的电阻为R0,导体棒与导轨始终接触良好,导轨电阻不计,在导轨的右端点b和圆心O有两根引线分别接在电容器C和总阻值为R的滑动变阻器两端,现让导体棒从b端向a端转动,则下列说法正确的是( )
15、,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,A.导体棒在转动过程中c端电势高D.滑片P置于中间不动,均匀增大转速时导体棒所受的外力和C上的电荷量都均匀增大,答案,解析,-32-,命题点一,命题点二,命题点三,6.(多选) 如图所示,一导线弯成半径为r的半圆形闭合线框,竖直虚线MN右侧有垂直线框所在平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,线框以垂直虚线MN、大小为v的速度向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直,从D点进入到线框完全进入磁场过程,下列结论正确的是( ) A.CD段导线始终不受安培力 B.感应电流的大小和方向不变 C.感应电动势的最大值为Brv D.感应电动势的平均值为 Brv,答案,解
16、析,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,通电自感和断电自感 通电自感和断电自感的比较,-34-,命题点一,命题点二,命题点三,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,典例4(2017北京卷)图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是( )A.图甲中,A1与L1的电阻值相同 B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流 C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同 D.图乙中,闭合S2瞬间,L2中电流与变
17、阻器R中电流相等,答案,解析,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨线圈在电路中发生自感现象,根据楞次定律可知,感应电流要“阻碍”使原磁场变化的电流的变化。电流突然增大时,会感应出逐渐减小的反向电流,使电流逐渐增大;电流突然减小时,会感应出逐渐减小的正向电流,使电流逐渐减小。,-37-,命题点一,命题点二,命题点三,1.对自感现象“阻碍”作用的理解 (1)流过线圈的电流增大时,自感电动势阻碍原电流的增大,使其只能缓慢地增大。 (2)流过线圈的电流减小时,自感电动势阻碍原电流的减小,使其只能缓慢地减小。 2.分析自感现象的注意事项 (1)断电过程线圈可等效为“电源”,该“电源”与其他电
18、路元件形成回路。 (2)若断电后通过灯泡的电流比原来强,则灯泡先闪亮,再慢慢熄灭。,-38-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 7.(多选)(2018山东薛城期末)如图甲、乙所示的电路中,电阻R和自感线圈L的电阻值都很小,且小于灯泡A的电阻,闭合S,使电路达到稳定,灯泡A发光,则( )A.在电路甲中,断开S后,A将逐渐变暗 B.在电路甲中,断开S后,A将闪亮一下,然后才逐渐变暗 C.在电路乙中,断开S后,A将逐渐变暗 D.在电路乙中,断开S后,A将闪亮一下,然后才逐渐变暗,答案,解析,-39-,命题点一,命题点二,命题点三,8.(多选)(2018福建南平期末)如图所示,A、B是完全相同的
19、两个小灯泡,L为自感系数很大的线圈,其直流电阻等于灯泡电阻,闭合开关S,电路稳定时,B灯恰能正常发光。则( ) A.开关S闭合时,A、B两灯同时亮 B.开关S闭合,电路稳定时,A灯熄灭 C.开关S断开时,两灯都会闪亮一下再熄灭 D.开关S断开时,A灯灯丝不可能被烧断,答案,解析,-40-,命题点一,命题点二,命题点三,9.(多选)(2018江苏苏锡常镇四市调研)如图所示,a、b、c为三只完全相同的灯泡,L为电阻不计的纯电感,电源内阻不计。下列判断正确的是( ) A.S闭合的瞬间,b、c两灯亮度相同 B.S闭合足够长时间后,b、c两灯亮度相同 C.S断开的瞬间,a、c两灯立即熄灭 D.S断开后,b灯先突然闪亮后再逐渐变暗熄灭,答案,解析,
