2024年高考物理一轮复习第十一章第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流课件

这是一份2024年高考物理一轮复习第十一章第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流课件，共47页。PPT课件主要包含了感应电动势，电磁感应现象，电源内阻，即I＝，ER＋r，闭合电路欧姆，磁通量的变化率，E＝n，ΔΦΔt，Blv等内容，欢迎下载使用。

一、法拉第电磁感应定律
(1)感应电动势：在______________中产生的电动势.产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于_________.(2)感应电流与感应电动势的关系：遵循_____________定律，
2.法拉第电磁感应定律.
(1)内容：在电磁感应现象中，电路中感应电动势的大小，跟
________________________成正比.
(2)表达式：______________，其中 n 为线圈的匝数.
3.导体切割磁感线时产生的感应电动势.
(1)表达式：E＝Blvsin θ.
(2)当 B、l、v 三者两两垂直时：E＝________.注意：①以上两式是由法拉第电磁感应定律推导出来的特殊情况，因此只适用于计算部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时的感应电动势大小.②式中θ为 B 和 v 的方向夹角，l 为切割磁感线的_________.
常用于计算在Δt 时间内的________电动势.只有当
磁通量的变化率是恒定不变时，算出的才是瞬时电动势.(2)E＝Blvsin θ，若 v 为平均速度，算出的就是________电动势，若 v 为瞬时速度，算出的就是________电动势.5.导体转动切割磁感线产生的感应电动势.当长度为 l 导体在垂直于磁场的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动时，切割磁感线产生的感应电动势 E＝________.
6.感应电荷量：平行闭合线圈的匝数为 n，在Δt 时间内闭合电路的磁通量变化量为ΔΦ，回路总电阻为 R，则通过电路中某一横截面的电荷量 q＝________.
1. 自感现象：是由于导体本身的电流发生变化时而产生的____________现象.由于自感而产生的电动势叫做自感电动势.3.自感系数 L 与线圈的______、形状、圈数以及是否有铁芯有关，单位是亨利(H).4.涡流：块状金属在磁场中运动，或者处在变化的磁场中，金属块内部会产生感应电流，这种电流在整块金属内部自成闭合回路，叫做________.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.
(2)线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势越大.(
(3)线圈中的电流越大，自感系数也越大.(
(4)对于同一线圈，当电流变化越快时，线圈中的自感电动势
(5)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电磁感应
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√
2.(2021 年北京东城模拟)如图 11-2-1 所示，空间中某区域内存在竖直向下的匀强磁场，将一水平放置的金属棒 ab 从磁场外紧贴磁场边缘以某一速度水平抛出，不计空气阻力，金属棒在运动过
程中始终保持水平且未离开磁场区域.下列说法正确的是(图 11-2-1
A.a 点电势比 b 点高
B.从抛出到落地的过程中，电子不断从 b 向 a 定向移动C.单位时间内 ab 扫过的曲面中的磁通量是定值D.电场力使金属棒两端分别积累了正、负电荷答案：C
3.(2022 年广东佛山二模)安装在公路上的测速装置如图 11-2-2，在路面下方间隔一定距离埋设有两个通电线圈，线圈与检测抓拍装置相连，车辆从线圈上面通过时线圈中会产生脉冲感应电流，检测装置根据两个线圈产生的脉冲信号的时间差计算出车
速大小，从而对超速车辆进行抓拍.下列说法正确的是(图 11-2-2
A.汽车经过线圈上方时，两线圈产生的脉冲电流信号时间差
B.汽车经过通电线圈上方时，汽车底盘的金属部件中会产生
C.当汽车从线圈上方匀速通过时，线圈中不会产生感应电流D.当汽车从线圈上方经过时，线圈中产生感应电流属于自感
解析：汽车经过线圈上方时产生脉冲电流信号，车速越大，汽车通过两线圈间的距离所用的时间越小，即两线圈产生的脉冲电流信号时间差越小，A 错误.汽车经过通电线圈上方时，汽车底盘的金属部件通过线圈所产生的磁场，金属部件中的磁通量发生变化，在金属部件中产生感应电流，金属部件中的感应电流产生磁场，此磁场随汽车的运动，使穿过线圈的磁通量变化，所以线圈中会产生感应电流，B 正确，C 错误.当汽车从线圈上方经过时，线圈中产生的感应电流并不是线圈自身的电流变化所引起的，则不属于自感现象，D 错误.
4.一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直.先保持线框的面积不变，将磁感应强度在 1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变，在 1 s 时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半.先后两个过程中，线框中
热点 1 法拉第电磁感应定律的理解和应用
【典题 1】(2022 年江苏卷)如图11-2-3 所示，半径为 r 的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系为 B＝B0＋kt，B0、k 为常量，则图中半径为 R 的单匝圆形线
圈中产生的感应电动势大小为(
A.πkr2 B.πkR2 C.πB0r2 D.πB0R2
这显然求的是平均电动势，选择的公式是 E＝
S，公式中的 S 是图中有效面积，即小圆的面积，而
B＝B0＋kt 中的 k.
热点 2 导体切割磁感线产生感应电动势的计算[热点归纳]
1.E＝Blv 的三个特性.
2.三种切割方式感应电动势大小的计算.
考向 1 平动切割【典题 2】如图 11-2-4 所示，由均匀导线制成的半径为 R 的圆环，以速度 v 匀速进入一磁感应强度大小为 B 的有界匀强磁场.当圆环运动到图示
位置(∠aOb＝90°)时，a、b 两点的电势差为(
考向 2 转动切割【典题 3】(多选，2022 年广东梅州一模)法拉第圆盘发电机的示意图如图 11-2-5 所示.半径为 L 的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，磁感应强度为 B，方
向如图 11-2-5 所示，下列说法正确的是(图 11-2-5
A.若从上往下看，圆盘顺时针转动，则圆盘中心电势比边缘
B.若从上往下看，圆盘顺时针转动，则电流沿 a 到 b 的方向
C.若圆盘转动的角速度为 ω，铜盘转动产生的感应电动势大
D.若圆盘转动的方向不变，角速度大小发生变化，则电流方
解析：若从上往下看，圆盘顺时针转动，根据右手定则可知，电流方向由 P 指向圆盘中心，则圆盘中心电势比边缘高，电流沿 a到 b 的方向流过电阻，A 错误，B 正确.若圆盘转动的角速度为ω，
确.若圆盘转动的方向不变，角速度大小发生变化，则电流的大小发生变化，电流方向不发生变化，D 错误.答案：BC
【典题 4】(多选，2020 年辽宁模拟)如图 11-2-6 所示，在垂直于纸面向外的匀强磁场中，水平放置两个同心金属环，半径分别是 r 和 3r，磁感应强度为 B，在两环间连接有一个电容为 C 的电容器，a、b 是电容器的两个极板.长为 2r 的金属棒 AB 沿半径方向放置在两环间且与两环接触良好，并绕圆心以角速度ω做顺时针方向( 从垂直环面向里看) 的匀速圆周运动. 则下列说法正确的是
A.金属棒 AB 中有从 B 到 A 的持续电流B.电容器 b 极板带负电
C.电容器两端电压为 4ωBr2
D.电容器所带电荷量为 1.5CωBr2
解析：根据右手定则可知，金属棒 AB 切割磁感线产生感应电动势，但由于电路没有闭合，所以没有感应电流，故 A 错误.根据右手定则可判断 B 端为电源的正极，A 端为电源的负极，所以电容器 b 极板带负电，故 B 正确.根据法拉第电磁感应定律知切割产
生的感应电动势 E＝BLv＝2Brω·
＝4Bωr2，故 C 正确.电容
器所带电荷量 Q＝CU＝4CBωr2，故 D 错误.答案：BC
易错提醒 公式 E＝Blv 的应用是有条件的，它适用于导体平
动且速度方向垂直于磁感线方向的特殊情况，对于导体棒转动切割磁感线产生感应电动势的情况，导体各部分的速度不同，本公式不再适用.
热点 3 自感现象和涡流[热点归纳]
1.自感现象的四大特点.
(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化.
(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化.(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体.
(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向.
2.两种自感现象的比较：
考向 1 自感【典题 5】(2022 年北京海淀一模)如图 11-2-7 所示，电路中电感线圈 L 的自感系数足够大，且其直流电阻与定值电阻 R 的阻值相等.闭合开关 S，待电路达到稳定后，灯泡正常发光，两个支路
中电流分别为 I1 和 I2.下列说法正确的是(图 11-2-7
A.闭合开关 S 至电路达到稳定的过程中，灯泡中电流逐渐减
B.闭合开关 S，待电路达到稳定后，两支路中的电流 I1＞I2C.断开开关 S，灯泡中电流由 I1 逐渐减小至零D.断开开关 S，灯泡中电流由 I2 逐渐减小至零
解析：闭合开关 S 至电路达到稳定的过程中，由于线圈 L 产生自感电动势阻碍电流的增加，则灯泡中电流逐渐增加至 I1，A错误.因为 L 的直流电阻与定值电阻 R 的阻值相等，则上面的支路电阻较大，则闭合开关 S，待电路达到稳定后，两支路中的电流
I1＜I2，B 错误.断开开关 S，原来通过 R 的电流 I2 立即消失，由于线圈 L 产生自感电动势阻碍电流的减小，则会在灯泡、线圈 L 以及电阻中组成新的回路，即灯泡中电流由 I1 逐渐减小至零，C 正确，D 错误.答案：C
理想线圈的特征：刚通电时线圈相当于断路，断
开开关时线圈相当于电源；二极管的特征是只正向导通.
考向 2 涡流【典题 6】现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，它的基本原理如图 11-2-8甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，图乙为真空室的俯视图.当电磁铁线圈通入如图丙所示的正弦式交变电流时，可使电子在真空室中做加速圆周运动.以图甲中所示电流方向为正方向，不考虑相对论效应，在每个周期 T 内，电
子能沿逆时针方向(俯视)做加速圆周运动的时间为(
解析：通电螺线管内部的磁场与电流大小成正比，且变化的磁场产生电场.电子在真空室中沿逆时针方向做加速圆周运动时，涡旋电场的方向应沿着顺时针方向，又洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，根据左手定则可知磁场方向应竖直向上，根据右手螺旋定则可知，只有在 0～
根据楞次定律可知，产生涡旋电场沿顺时针方向，符合题意.答案：D
热点 4 电磁感应过程中电荷量的计算[热点归纳]电磁感应中电荷量的计算方法：
【典题 7】如图 11-2-9 所示，正方形金属线圈 MOO′N 处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 B，方向与水平面的夹角为 30°，线圈的边长为 L，电阻为 R，匝数为 n，线圈 OO′边与磁场方向垂直 . 当线圈从竖直面 绕OO′顺时针转至水平面的过程中，通过导线横截