物理 高三：高中物理第1輪專題復(fù)習(xí)全套學(xué)案-第9章 第2課時

第2課時法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流導(dǎo)學(xué)目標(biāo)1能用法拉第電磁感應(yīng)定律、公式EBLV計算感應(yīng)電動勢2理解自感、渦流產(chǎn)生，并能分析實際應(yīng)用一、法拉第電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)導(dǎo)引1關(guān)于電磁感應(yīng)，下述說法正確的是A穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大B穿過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢一定為零C穿過線圈的磁通量變化越大，感應(yīng)電動勢越大D穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大2試計算下列幾種情況下的感應(yīng)電動勢1平動切割如圖1A，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，棒以速度V垂直切割磁感線時，感應(yīng)電動勢E_圖1如圖B，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，棒運動的速度V與磁場的方向成角，此時的感應(yīng)電動勢為E_2轉(zhuǎn)動切割如圖C，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，長為L的導(dǎo)體棒繞一端為軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，此時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E_3有效切割長度即導(dǎo)體在與V垂直的方向上的投影長度試分析圖2中的有效切割長度圖2甲圖中的有效切割長度為_；乙圖中的有效切割長度為_；丙圖中的有效切割長度沿V1的方向運動時為_；沿V2的方向運動時為_知識梳理1感應(yīng)電動勢1感應(yīng)電動勢在_中產(chǎn)生的電動勢產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于_，導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于_2感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系遵循_定律，即I_2法拉第電磁感應(yīng)定律1法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的_成正比公式E_2導(dǎo)體切割磁感線的情形一般情況運動速度V和磁感線方向夾角為，則E_常用情況運動速度V和磁感線方向垂直，則E_導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動導(dǎo)體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EBL_平均速度等于中點位置線速度LV12二、自感與渦流基礎(chǔ)導(dǎo)引判斷下列說法的正誤1線圈的自感系數(shù)跟線圈內(nèi)電流的變化率成正比2自感電動勢阻礙電流的變化，但不能阻止電流的變化3當(dāng)導(dǎo)體中電流增大時，自感電動勢的方向與原電流方向相反4線圈中電流變化的越快，穿過線圈的磁通量越大知識梳理1自感現(xiàn)象1概念由于導(dǎo)體本身的_變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做_2表達式E_3自感系數(shù)L相關(guān)因素與線圈的_、形狀、_以及是否有鐵芯有關(guān)單位亨利H,1MH_H,1H_H2渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生_，這種電流像水中的旋渦所以叫渦流1電磁阻尼當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到_，安培力的方向總是_導(dǎo)體的相對運動2電磁驅(qū)動如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生_使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來3電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了_的推廣應(yīng)用圖4考點一法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用考點解讀1感應(yīng)電動勢的大小由穿過電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)共同決定，而與磁通T量、磁通量的變化量的大小沒有必然聯(lián)系2具體而言當(dāng)僅由B引起時，則EN；當(dāng)僅由S引起時，則ENSBTBST3磁通量的變化率是T圖象上某點切線的斜率T典例剖析例1如圖3A所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為N的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路線圈的半徑為R1,在線圈中半徑為R2的圓形區(qū)域存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間T變化的關(guān)系圖線如圖B所示圖線與橫、縱軸的截距分別為T0和B0導(dǎo)線的電阻不計求0至T1時間內(nèi)圖31通過電阻R1上的電流大小和方向；2通過電阻R1上的電荷量Q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量思維突破1公式EN是求解回路某段時間內(nèi)平均電動勢的最佳選擇T2用公式ENS求感應(yīng)電動勢時，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積BT3通過回路截面的電荷量Q僅與N、和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)推導(dǎo)如下QTTINTRNR跟蹤訓(xùn)練1如圖4所示，導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線，半徑為R的圓內(nèi)有垂直于圓平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一根長度大于2R的導(dǎo)線MN以速度V在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端電路的固定電阻為R，其余電阻不計，求MN從圓環(huán)的左端滑到右端的過程中電阻R上的電流的平均值和通過電阻R的電荷量考點二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計算典例剖析圖5例2在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強磁場中，B02T，有一水平放置的光滑框架，寬度為L04M，如圖5所示，框架上放置一質(zhì)量為005KG、電阻為1的金屬桿CD，框架電阻不計若桿CD以恒定加速度A2M/S2，由靜止開始做勻變速運動，則1在5S內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少2第5S末，回路中的電流多大3第5S末，作用在CD桿上的水平外力多大思維突破公式EN與EBLVSIN的區(qū)別與聯(lián)系T兩個公式項目ENTEBLVSIN1求的是T時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，E與某段時間或某個過程相對應(yīng)1求的是瞬時感應(yīng)電動勢，E與某個時刻或某個位置相對應(yīng)2求的是整個回路的感應(yīng)電動勢整個回路的感應(yīng)電動勢為零時，其回路中某段導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢不一定為零2求的是回路中一部分導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢區(qū)別3由于是整個回路的感應(yīng)電動勢，因此電源部分不容易確定3由于是由一部分導(dǎo)體切割磁感線的運動產(chǎn)生的，該部分就相當(dāng)于電源聯(lián)系公式EN和EBLVSIN是統(tǒng)一的，當(dāng)T0時，E為T瞬時感應(yīng)電動勢，只是由于高中數(shù)學(xué)知識所限，現(xiàn)在還不能這樣求瞬時感應(yīng)電動勢，而公式EBLVSIN中的V若代入，則求出的E為平均感應(yīng)電動勢V圖6跟蹤訓(xùn)練22010課標(biāo)全國21如圖6所示，兩個端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置，相對的端面之間有一縫隙，鐵芯上繞導(dǎo)線并與電源連接，在縫隙中形成一勻強磁場一銅質(zhì)細直棒AB水平置于縫隙中，且與圓柱軸線等高、垂直讓銅棒從靜止開始自由下落，銅棒下落距離為02R時銅棒中電動勢大小為E1，下落距離為08R時電動勢大小為E2忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng)關(guān)于E1、E2的大小和銅棒離開磁場前兩端的極性，下列判斷正確的是AE1E2，A端為正BE1E2，B端為正CE1E2，A端為正DE1E2，B端為正考點三自感現(xiàn)象的分析考點解讀通電自感與斷電自感的比較通電自感斷電自感電路圖器材要求A1、A2同規(guī)格，RRL，L較大L很大有鐵芯現(xiàn)象在S閉合瞬間，A2燈立即亮起來，A1燈逐漸變亮，最終一樣亮在開關(guān)S斷開時，燈A突然閃亮一下后再漸漸熄滅當(dāng)抽掉鐵芯后，重做實驗，斷開開關(guān)S時，會看到燈A馬上熄滅原因由于開關(guān)閉合時，流過電感線圈的電流迅速增大，使線圈產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的增大，流過A1燈的電流比流過A2燈的電流增加得慢斷開開關(guān)S時，流過線圈L的電流減小，產(chǎn)生自感電動勢，阻礙了電流的減小，使電流繼續(xù)存在一段時間；在S斷開后，通過L的電流反向通過A燈，且由于RLRA，使得流過A燈的電流在開關(guān)斷開瞬間突然增大，從而使A燈的發(fā)光功率突然變大能量轉(zhuǎn)化情況電能轉(zhuǎn)化為磁場能磁場能轉(zhuǎn)化為電能典例剖析圖7圖9例32010江蘇單科4如圖7所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為R，電感L的電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值在T0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在TT1時刻斷開S下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間T變化的圖象中，正確的是思維突破自感現(xiàn)象中主要有兩種情況即通電自感與斷電自感在分析過程中，要注意1通過自感線圈的電流不能發(fā)生突變，即通電過程中，電流是逐漸變大，斷電過程中，電流是逐漸變小，此時線圈可等效為“電源”，該“電源”與其他電路元件形成回路2斷電自感現(xiàn)象中燈泡是否“閃亮”問題的判斷在于對電流大小的分析，若斷電后通過燈泡的電流比原來強，則燈泡先閃亮后再慢慢熄滅跟蹤訓(xùn)練3如圖8A、B所示的電路中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，且小于燈A的電阻，接通S，使電路達到穩(wěn)定，燈泡A發(fā)光，則圖8A在電路A中，斷開S，A將漸漸變暗B在電路A中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變暗C在電路B中，斷開S，A將漸漸變暗D在電路B中，斷開S，A將先變得更亮，然后漸漸變12對“、/T”的意義理解錯誤例4半徑為R、電阻為R的N匝圓形線圈在邊長為L的正方形ABCD外，勻強磁場充滿并垂直穿過該正方形區(qū)域，如圖9甲所示當(dāng)磁場隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示時，則穿過圓形線圈磁通量的變化率為_，T0時刻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流為_誤區(qū)警示錯解1認為磁通量的變化率與線圈的匝數(shù)有關(guān)，得出NSNL2TBTB0T0錯解2將線圈的面積代入上式得出NSNTBTB0R2T0錯解3認為T0時刻磁感應(yīng)強度為零，所以感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為零正確解析磁通量的變化率為SL2TBTB0T0根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得線圈中的感應(yīng)電動勢ENNL2TB0T0再根據(jù)閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流INNTRB0L2T0R答案L2NB0T0B0L2T0R正本清源1錯因?qū)Α啊?T”的意義理解不清,2要注意、/T的大小之間沒有必然的聯(lián)系，0，/T不一定等于0；還要注意感應(yīng)電動勢E與線圈匝數(shù)N有關(guān)，但、/T的大小均與線圈匝數(shù)無關(guān)13對雙桿切割磁感線問題中的電動勢和安培力計算錯誤例5T0時，磁場在XOY平面內(nèi)的分布如圖10所示，其磁感應(yīng)強度的大小均為B0，方向垂直于XOY平面，相鄰磁場區(qū)域的磁場方向相反，每個同向磁場區(qū)域的寬度均為L0，整個磁場以速度V沿X軸正方向勻速運動若在磁場所在區(qū)間內(nèi)放置一由N匝線圈組成的矩形線框ABCD，線框的BC邊平行于X軸BCLB、ABL，LB略大于L0，總電阻為R，線框始終保持靜止求圖101線框中產(chǎn)生的總電動勢大小和導(dǎo)線中的電流大小；2線框所受安培力的大小和方向誤區(qū)警示沒有考慮線框的AB、CD兩條邊在方向相反的磁場中均產(chǎn)生電動勢，只按一條邊切割磁感線計算電動勢，得出ENB0LV的錯誤結(jié)果求線框所受安培力時，一是不注意總安培力為N匝線圈受力之和；二是沒有考慮線框的AB、CD兩條邊均受到安培力，得出FBIL的錯誤結(jié)論NB20L2VR正確解析1線框相對于磁場向左做切割磁感線的勻速運動，切割磁感線的速度大小為V，任意時刻線框中總的感應(yīng)電動勢大小E2NB0LV，導(dǎo)線中的電流大小I2NB0LVR2線框所受安培力的大小F2NB0LI4N2B20L2VR由左手定則判斷，線框所受安培力的方向始終沿X軸正方向答案12NB0LV2方向沿X軸正方向2NB0LVR4N2B20L2VR正本清源對于雙桿切割磁感線或閉合導(dǎo)線框在磁場中運動的情況，有可能線框的兩條邊均產(chǎn)生電動勢，要看兩電動勢是同向還是反向；同樣求導(dǎo)線框所受安培力的時候，也要圖11注意兩條邊是否均受安培力，還要注意匝數(shù)N的問題跟蹤訓(xùn)練42010上海單科19如圖11，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊長為L的正方形線框ABCD的BC邊緊靠磁場邊緣置于桌面上，使線框從靜止開始沿X軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是A組公式EN/T的應(yīng)用12010江蘇單科2一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直先保持線框的面積不變，將磁感應(yīng)強度在1S時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍接著保持增大后的磁感應(yīng)強度不變，在1S時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半先后兩個過程中，線框中感應(yīng)電動勢的比值為AB1C2D4122圖中AD所示分別為穿過某一閉合回路的磁通量隨時間T變化的圖象，關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢下列論述正確的是A圖A中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定不變圖12B圖B中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直在變大C圖C中回路在0T1時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于在T1T2時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢D圖D中回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢先變小再變大B組公式EBLV的應(yīng)用32010山東理綜21如圖12所示，空間存在兩個磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，方向相反且垂直紙面，MN、PQ為其邊界，OO為其對稱軸一導(dǎo)線折成邊長為L的正方形閉合回路ABCD，回路在紙面內(nèi)以恒定速度V0向右運動，當(dāng)運動到關(guān)于OO對稱的位置時A穿過回路的磁通量為零B回路中感應(yīng)電動勢大小為2BLV0C回路中感應(yīng)電流的方向為順時針方向D回路中AB邊與CD邊所受安培力方向相同C組自感現(xiàn)象圖1342010北京理綜19在如圖13所示的電路中，兩個相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時流過兩個燈泡的電流均為I然后，斷開S若T時刻再閉合S，則在T前后的一小段時間內(nèi)，正確反映流過L1的電流I1、流過L2的電流I2隨時間T變化的圖象是圖1圖2課時規(guī)范訓(xùn)練限時60分鐘一、選擇題1如圖1所示為新一代炊具電磁爐，無煙、無明火、無污染、不產(chǎn)生有害氣體、無微波輻射、高效節(jié)能等是電磁爐的優(yōu)勢所在電磁爐是利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場的磁感線通過含鐵質(zhì)鍋底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使鍋體本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)食物下列相關(guān)說法中正確的是A鍋體中的渦流是由恒定的磁場產(chǎn)生的B恒定磁場越強，電磁爐的加熱效果越好C鍋體中的渦流是由變化的磁場產(chǎn)生的D提高磁場變化的頻率，可提高電磁爐的加熱效果22011海南單科7自然界的電、熱和磁等現(xiàn)象都是相互聯(lián)系的，很多物理學(xué)家為尋找它們之間的聯(lián)系做出了貢獻下列說法正確的是A奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系B歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，說明了熱現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間存在聯(lián)系C法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，揭示了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間的聯(lián)系D焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)，定量給出了電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系32011廣東理綜15將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是A感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大C穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大D感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同4如圖2所示，正方形線圈ABCD位于紙面內(nèi)，邊長為L，匝數(shù)為N，線圈內(nèi)接有電阻值為R的電阻，過AB中點和CD中點的連線OO恰好位于垂直紙面向里的勻強磁場的右邊界上，磁場的磁感應(yīng)強度為B當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過90時，通過電阻R的電荷量為ABBL22RNBL22R圖4CDBL2RNBL2R52010浙江理綜19半徑為R帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為D，如圖3甲所示有一變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖乙所示在T0時刻平板之間中心有一重力不計、電荷量為Q的靜止微粒則以下說法正確的是圖3A第2秒內(nèi)上極板為正極B第3秒內(nèi)上極板為負極C第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢肈第2秒末兩極板之間的電場強度大小為02R2/D6如圖4所示，矩形金屬框置于勻強磁場中，EF為一導(dǎo)體棒，可在AB與CD間滑動并接觸良好設(shè)磁感應(yīng)強度為B，AC長為L，在T時間內(nèi)向左勻速滑過距離D，由法拉第電磁感應(yīng)定律EN可知，下列說法正確的是TA當(dāng)EF向左滑動時，左側(cè)面積減少LD，右側(cè)面積增加LD，因此E2BLDTB當(dāng)EF向左滑動時，左側(cè)面積減少LD，右側(cè)面積增加LD，互相抵消，因此E0C在公式EN中，在切割磁感線情況下，BS，S應(yīng)是導(dǎo)體棒切割磁感線T掃過的面積，因此EBLD/TD在切割磁感線的情況下，只能用EBLV計算，不能用EN計算T7如圖5是用電流傳感器相當(dāng)于電流表，其電阻可以忽略不計研究自感現(xiàn)象的實驗電路，圖中兩個電阻的阻值均為R，L是一個自感系數(shù)足夠大的自感線圈，其直流電阻圖5圖6圖7圖8值也為R下圖是某同學(xué)畫出的在T0時刻開關(guān)S切換前后，通過傳感器的電流隨時間變化的圖象關(guān)于這些圖象，下列說法中正確的是A圖甲是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，通過傳感器1的電流隨時間變化的情況B圖乙是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合，通過傳感器1的電流隨時間變化的情況C圖丙是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況D圖丁是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_，通過傳感器2的電流隨時間變化的情況8如圖6所示，等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強磁場，它的底邊在X軸上且長為2L，高為L紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導(dǎo)線框沿X軸正方向做勻速直線運動穿過勻強磁場區(qū)域，在T0時刻恰好位于圖中所示的位置以順時針方向為導(dǎo)線框中電流的正方向，下面四幅圖中能夠正確表示電流位移IX關(guān)系的是9如圖7所示，兩條平行虛線之間存在勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，虛線間的距離為L金屬圓環(huán)的直徑也是L圓環(huán)從左邊界進入磁場，以垂直于磁場邊界的恒定速度V穿過磁場區(qū)域則下列說法正確的是A感應(yīng)電流的大小先增大后減小再增大再減小B感應(yīng)電流的方向先逆時針后順時針C金屬圓環(huán)受到的安培力先向左后向右D進入磁場時感應(yīng)電動勢平均值BLVE1210一空間有垂直紙面向里的勻強磁場B，兩條電阻不計的平行光滑導(dǎo)軌豎直放置在磁場內(nèi)，如圖8所示，磁感應(yīng)強度B05T，導(dǎo)體棒圖9AB、CD長度均為02M，電阻均為01，重力均為01N，現(xiàn)用力向上拉動導(dǎo)體棒AB，使之勻速上升導(dǎo)體棒AB、CD與導(dǎo)軌接觸良好，此時CD靜止不動，則AB上升時，下列說法正確的是AAB受到的拉力大小為2NBAB向上運動的速度為2M/SC在2S內(nèi)，拉力做功，有04J的機械能轉(zhuǎn)化為電能D在2S內(nèi)，拉力做功為06J二、非選擇題11如圖9所示，電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌MN和OP放置在水平面內(nèi)，MO間接有阻值為R3的電阻導(dǎo)軌相距D1M，其間有豎直向下的勻