（江蘇專版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第2節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律講義（含解析）.doc
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法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。() (2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。() (3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。(√) (4)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大。() (5)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(√) (6)對(duì)于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)越大。(√) (7)自感電動(dòng)勢(shì)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(yīng)定律。 突破點(diǎn)(一) 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 1．法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由線圈的匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒(méi)有必然聯(lián)系。 (2)磁通量的變化率對(duì)應(yīng)Φt圖線上某點(diǎn)切線的斜率。 2．應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí)，ΔΦ＝BΔS，則E＝n； (2)磁通量的變化是由磁場(chǎng)變化引起時(shí)，ΔΦ＝ΔBS，則E＝n； (3)磁通量的變化是由面積和磁場(chǎng)變化共同引起時(shí)，則根據(jù)定義求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。 [典例] (2016北京高考)如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb。不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說(shuō)法正確的是( ) A．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较? B．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较? C．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針?lè)较? D．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針?lè)较? [解析] 由楞次定律知，題中圓環(huán)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，故感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较颉Ｓ煞ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律知E＝＝＝，由于兩圓環(huán)半徑之比Ra∶Rb＝2∶1，所以Ea∶Eb＝4∶1，選項(xiàng)B正確。 [答案] B [方法規(guī)律] 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題 (1)公式E＝n求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，在磁通量均勻變化時(shí)，瞬時(shí)值才等于平均值。 (2)利用公式E＝nS求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，S為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積。 (3)通過(guò)回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān)，與時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。推導(dǎo)如下：q＝Δt＝Δt＝。 [集訓(xùn)沖關(guān)] 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(gè)單匝同心圓環(huán)，兩環(huán)半徑之比為2∶3，其中僅在a環(huán)所圍區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，a、b兩環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小和感應(yīng)電流大小之比分別為( ) A．1∶1,3∶2 B．1∶1,2∶3 C．4∶9,2∶3 D．4∶9,9∶4 解析：選A 由法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝n＝nS＝nπR2，因兩圓環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)面積相同，則得到Ea∶Eb＝1∶1。根據(jù)電阻定律r＝ρ＝ρ，兩線圈電阻之比ra∶rb＝Ra∶Rb＝2∶3。線圈中感應(yīng)電流I＝，由上綜合得到：Ia∶Ib＝3∶2；故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 2．[多選](2016江蘇高考)電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動(dòng)時(shí)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說(shuō)法正確的有( ) A．選用銅質(zhì)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(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D．弦振動(dòng)過(guò)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(zhì)弦不能使電吉他正常工作，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；取走磁體后，金屬弦不能被磁化，弦的振動(dòng)無(wú)法通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，音箱不能發(fā)聲，選項(xiàng)B正確；增加線圈匝數(shù)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n知，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變大，選項(xiàng)C正確；弦振動(dòng)過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)方向不變，但磁通量一會(huì)兒增大，一會(huì)兒減小，則產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向不斷變化，選項(xiàng)D正確。 3．如圖甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n＝1 000，線圈面積S＝200 cm2，線圈的電阻r＝1 Ω，線圈外接一個(gè)阻值R＝4 Ω的電阻。把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示，則( ) A．前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為2 V B．在開(kāi)始的2 s內(nèi)穿過(guò)線圈的磁通量的變化量等于零 C．前4 s內(nèi)通過(guò)電阻R的電流由下至上 D．后4 s內(nèi)電路中的感應(yīng)電流大小為0.4 A 解析：選C 前2 s內(nèi)磁通量的變化量為：ΔΦ＝Φ2－Φ0＝S(B2－B0)＝20010－4(0.3－0.2)Wb＝210－3 Wb，由法拉第電磁感應(yīng)定律，得前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝nS＝1 00020010－4 V＝1 V，故A、B錯(cuò)誤；由楞次定律可知，前4 s 內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较颍ㄟ^(guò)電阻R的電流由下至上，故C正確；由歐姆定律，2～4 s內(nèi)電路中的感應(yīng)電流大小為I＝＝ A＝0.2 A，4～6 s內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E′＝nS＝1 00020010－4 V＝4 V，感應(yīng)電流I′＝＝0.8 A，故D錯(cuò)誤。 突破點(diǎn)(二) 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 1．導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線 對(duì)于導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式E＝Blv，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： (1)正交性：本公式是在一定條件下得出的，除了磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，還需B、l、v三者相互垂直。 (2)對(duì)應(yīng)性：若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即＝Bl。若v為瞬時(shí)速度，則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 (3)相對(duì)性：E＝Blv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度，若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。 (4)有效性：公式中的l為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度。圖中有效長(zhǎng)度分別為： 甲圖：l＝cdsin β。 乙圖：沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝MN；沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝0。 丙圖：沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝R；沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝0；沿v3方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，l＝R。 2．導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線 當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Bl＝Bl2ω，如圖所示。 3．公式E＝n與E＝Blv的區(qū)別與聯(lián)系 E＝n E＝Blv 區(qū)別 研究對(duì)象 閉合回路 垂直切割磁感線的那部分導(dǎo)體 研究?jī)?nèi)容 求的是Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E與某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng) (1)若v為瞬時(shí)速度，則求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (2)若v為平均速度，則求的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 聯(lián)系 (1)本質(zhì)上是統(tǒng)一的，E＝Blv可由E＝n在一定條件下推導(dǎo)出來(lái) (2)當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用E＝Blv求E方便，當(dāng)?shù)弥┻^(guò)回路的磁通量發(fā)生變化情況時(shí)，用E＝n求E比較方便 [典例] [多選](2017全國(guó)卷Ⅱ)兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長(zhǎng)為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場(chǎng)邊界平行，如圖甲所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，cd邊于t＝0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正)。下列說(shuō)法正確的是( ) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T B．導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為0.5 m/s C．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外 D．在t＝0.4 s至t＝0.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N [思路點(diǎn)撥] 根據(jù)線框勻速運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間求出速度，結(jié)合E＝BLv求出磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)感應(yīng)電流的方向，結(jié)合楞次定律得出磁場(chǎng)的方向。根據(jù)安培力公式得出導(dǎo)線框所受的安培力。 [解析] 由題圖乙可知，導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)的速度大小v＝＝ m/s＝0.5 m/s，B項(xiàng)正確；導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，cd邊切割磁感線，由E＝BLv，得B＝＝ T＝0.2 T，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由題圖乙可知，導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電流 的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，根?jù)楞次定律可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，C項(xiàng)正確；在0.4～0.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框正在出磁場(chǎng)，回路中的電流大小I＝＝ A＝2 A，則導(dǎo)線框受到的安培力F＝BIL＝0.220.1 N＝0.04 N，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 [答案] BC [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.[多選]如圖所示，一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng)，直徑CD始終與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開(kāi)始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止，下列結(jié)論正確的是( ) A．感應(yīng)電流方向不變 B．CD段直線始終不受安培力 C．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值E＝Bav D．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值E＝πBav 解析：選ACD 半圓形閉合回路在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，磁通量增加，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，根據(jù)楞次定律，知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍较虿蛔?，故A正確；CD段中有感應(yīng)電流通過(guò)，且CD段與磁場(chǎng)垂直，所以必定受到安培力，且安培力方向豎直向下，故B錯(cuò)誤；切割的有效長(zhǎng)度的最大值為a，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值 E＝Bav，故C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：＝＝＝πBav，故D正確。 2.[多選]如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖。把一個(gè)半徑為r的銅盤(pán)放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使磁感線水平向右垂直穿過(guò)銅盤(pán)，銅盤(pán)安裝在水平的銅軸上。兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤(pán)的邊緣接觸。G為靈敏電流表?，F(xiàn)使銅盤(pán)按照?qǐng)D示方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是( ) A．C點(diǎn)電勢(shì)一定低于D點(diǎn)電勢(shì) B．圓盤(pán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Bωr2 C．電流表中的電流方向?yàn)橛蒩到b D．若銅盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，使所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤(pán)中可以產(chǎn)生渦流 解析：選AD 將銅盤(pán)看做無(wú)數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成，當(dāng)銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每根金屬棒都在切割磁感線，相當(dāng)于電源，由右手定則可知，銅盤(pán)邊緣為電源正極，中心為負(fù)極，C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì)，故A正確；回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝B＝Br2ω，故B錯(cuò)誤；此電源對(duì)外電路供電，電流方向由b經(jīng)電流表再?gòu)腶流向銅盤(pán)，故C錯(cuò)誤；若銅盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，使所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，在銅盤(pán)中產(chǎn)生感生電場(chǎng)，使銅盤(pán)中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)，形成渦旋電流，故D正確。 突破點(diǎn)(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，R＝RL，L較大 L很大(有鐵芯)，RL下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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