第53讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流(讲义)（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

这是一份第53讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流(讲义)（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考），共11页。
01、考情透视，目标导航TOC \ "1-3" \h \u
02、知识导图，思维引航 \l "_Tc22640" PAGEREF _Tc22640 \h 2
\l "_Tc10191" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc10191 \h 2
\l "_Tc19113" 考点一.法拉第电磁感应定律的理解和应用 PAGEREF _Tc19113 \h 3
\l "_Tc7918" 知识点1．感应电动势 PAGEREF _Tc7918 \h 3
\l "_Tc15232" 知识点2.法拉第电磁感应定律 PAGEREF _Tc15232 \h 3
\l "_Tc11230" 知识点3.磁通量发生变化的三种情况 PAGEREF _Tc11230 \h 3
\l "_Tc4601" 考向1．公式E＝neq \f(ΔΦ,Δt)的应用 PAGEREF _Tc4601 \h 3
\l "_Tc23992" 考向2．公式E＝neq \f(ΔB,Δt)S的应用 PAGEREF _Tc23992 \h 4
\l "_Tc21816" 考向3．公式E＝nBeq \f(ΔS,Δt)的应用 PAGEREF _Tc21816 \h 5
\l "_Tc8109" 考点二.导线切割磁感线产生的感应电动势 PAGEREF _Tc8109 \h 5
\l "_Tc10720" 知识点1.导线平动切割的有效长度 PAGEREF _Tc10720 \h 5
\l "_Tc6464" 知识点2.导线转动切割的三种情况 PAGEREF _Tc6464 \h 6
\l "_Tc297" 考向1.平动切割磁感线 PAGEREF _Tc297 \h 6
\l "_Tc18304" 考向2.转动切割磁感线 PAGEREF _Tc18304 \h 7
\l "_Tc22968" 考点三.自感现象 PAGEREF _Tc22968 \h 8
\l "_Tc5386" 知识点1.通电自感与断电自感现象对比 PAGEREF _Tc5386 \h 8
\l "_Tc26645" 知识点2.产生涡流时的能量转化 PAGEREF _Tc26645 \h 9
\l "_Tc3870" 考向1.自感现象分析 PAGEREF _Tc3870 \h 9
\l "_Tc27637" 考向2. 对涡流的理解 PAGEREF _Tc27637 \h 10
\l "_Tc2121" 考点四.涡流 电磁阻尼和电磁驱动 PAGEREF _Tc2121 \h 11
\l "_Tc24756" 知识点1.产生涡流时的能量转化 PAGEREF _Tc24756 \h 11
\l "_Tc15730" 知识点2.电磁阻尼和电磁驱动 PAGEREF _Tc15730 \h 11
\l "_Tc27308" 04、真题练习，命题洞见 PAGEREF _Tc27308 \h 12
考点一.法拉第电磁感应定律的理解和应用
知识点1．感应电动势
知识点2.法拉第电磁感应定律
(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的_______成正比。
(2)公式：E＝_______，其中n为线圈匝数。
(3)感应电流与感应电动势的关系：
①有感应电动势，不一定有__________(电路不闭合)；
②有感应电流，一定有_______________(电路闭合)。
知识点3.磁通量发生变化的三种情况
(1)磁通量的变化是由磁场变化引起时，ΔΦ＝S·ΔB，则E＝neq \f(SΔB,Δt)。
(2)磁通量的变化是由面积变化引起时，ΔΦ＝B·ΔS，则E＝neq \f(BΔS,Δt)。
(3)磁通量的变化是由面积和磁场共同变化引起时，则根据定义，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝neq \f(B2S2－B1S1,Δt)≠neq \f(ΔBΔS,Δt)。
考向1．公式E＝neq \f(ΔΦ,Δt)的应用
1.(多选)单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示，则( )
A．在t＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大
B．在t＝1×10－2 s时，感应电动势最大
C．在t＝2×10－2 s时，感应电动势为0
D．在0～2×10－2 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为0
考向2．公式E＝neq \f(ΔB,Δt)S的应用
2.无线充电技术中使用的受电线圈示意图如图所示，线圈匝数为n，面积为S。若在t1～t2这段时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈，其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2，则该段时间内线圈两端a和b之间的电势差( )
A．恒为eq \f(nSB2－B1,t2－t1)
B．从0均匀变化到eq \f(nSB2－B1,t2－t1)
C．恒为－eq \f(nSB2－B1,t2－t1)
D．从0均匀变化到－eq \f(nSB2－B1,t2－t1)
3.近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近( )
A．0.30 V B．0.44 V C．0.59 V D．4.3 V
考向3．公式E＝nBeq \f(ΔS,Δt)的应用
4.(2023·重庆高考)某小组设计了一种呼吸监测方案：在人身上缠绕弹性金属线圈，观察人呼吸时处于匀强磁场中的线圈面积变化产生的电压，了解人的呼吸状况。如图所示，线圈P的匝数为N，磁场的磁感应强度大小为B，方向与线圈轴线的夹角为θ。若某次吸气时，在t时间内每匝线圈面积增加了S，则线圈P在该时间内的平均感应电动势为( )
A．eq \f(NBScs θ,t) B．eq \f(NBSsin θ,t)
C．eq \f(BSsin θ,t) D．eq \f(BScs θ,t)
考点二.导线切割磁感线产生的感应电动势
知识点1.导线平动切割的有效长度
公式E＝Blv中的l为导体两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度。如图，导体的有效长度分别为：
图甲：l＝eq \(cd,\s\up6(－))sin β。
图乙：沿v方向运动时，l＝eq \(MN,\s\up6(－))。
图丙：沿v1方向运动时，l＝eq \r(2)R；沿v2方向运动时，l＝R。
知识点2.导线转动切割的三种情况
(1)以中点为轴时，E＝_____(不同两段的代数和)。
(2)以端点为轴时，E＝______(平均速度取中点位置的线速度eq \f(1,2)ωl)。
(3)以任意点为轴时，E＝_________(l1、l2分别为转轴到两端点的距离，E为导体两端间的电势差)。
考向1.平动切割磁感线
1. 如图所示，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Uab为( )
A.eq \r(2)BRv B.eq \f(\r(2),2)BRv
C.－eq \f(\r(2),4)BRv D.－eq \f(3\r(2),4)BRv
2.如图所示，abcd为水平放置的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θ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( )
A.电路中感应电动势的大小为eq \f(Blv,sin θ)
B.电路中感应电流的大小为eq \f(Bvsin θ,r)
C.金属杆所受安培力的大小为eq \f(B2lvsin θ,r)
D.金属杆的热功率为eq \f(B2lv2,rsin θ)
考向2.转动切割磁感线
3.(多选)如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc和de，ab与de平行，bc是以O为圆心的圆弧导轨。圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图的匀强磁场。金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好。初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上。若杆OP绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有( )
A.杆OP产生的感应电动势恒定
B.杆OP受到的安培力不变
C.杆MN做匀加速直线运动
D.杆MN中的电流逐渐减小
2.(多选)如图所示为法拉第圆盘发电机，半径为r的铜质圆盘绕过其中心O的竖直轴以恒定角速度ω顺时针转动(从上向下看)，空间中存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。圆盘平面和磁感线垂直，两电刷C、D分别与铜盘中心轴和边缘接触，两电刷间接有阻值为R的电阻，下列说法正确的是( )
A．O点电势比D点高
B．通过电阻R的电流方向由下至上
C．发电机电动势为E＝eq \f(Br2ω,2)
D．发电机电动势为E＝Br2ω
考点三.自感现象
知识点1.通电自感与断电自感现象对比
知识点2.产生涡流时的能量转化
伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能，最终在金属块中转化为内能。
(1)金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
考向1.自感现象分析
1.图1和图2是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1中，A1的电阻值小于L1的电阻值
B．图1中，断开开关S1瞬间，流过A1的电流方向自右向左
C．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与滑动变阻器R中电流相等
D．图2中，闭合S2电路达到稳定时，滑动变阻器R的电阻值大于L2的电阻值
2．(多选)相同的电灯A1、A2和自感系数较大的电感线圈L接入如图甲所示的电路中，电源电动势为E，内阻不计。闭合开关S，待电路稳定后开始计时，t1时刻断开开关S，t2时刻整个电路的电流均为零。t1时刻前后通过电灯A2的电流—时间(iA2­t) 图像如图乙所示，用I1和I2分别表示开关S断开瞬间前后通过电灯A2的电流大小。下列说法正确的是( )
A．电感线圈的直流电阻不可忽略
B．断开开关S后，电灯A1、A2电流大小始终相等
C．断开开关S后，流过电灯A2的电流方向向左
D．线圈的自感系数是由线圈本身决定的，与是否有铁芯无关
考向2. 对涡流的理解
3.(2024年1月·广西高考适应性演练)(多选)电磁炉正常工作时，面板下方的线圈周围产生迅速变化的磁场，使面板上方的铁锅底部产生涡流而发热，则( )
A．通过线圈的是恒定电流
B．通过线圈的是交变电流
C．用全陶瓷锅替代铁锅也能发热
D．电磁炉正常工作时面板不发热
考点四.涡流 电磁阻尼和电磁驱动
知识点1.产生涡流时的能量转化
(1)金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能。
(2)如果是金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。
知识点2.电磁阻尼和电磁驱动
1.(多选)涡流检测是工业上无损检测的方法之一。如图所示，线圈中通以一定频率的正弦交流电，靠近待测工件时，工件内会产生涡流，同时线圈中的电流受涡流影响也会发生变化。下列说法中正确的是( )
A.涡流的磁场总是要阻碍穿过工件的磁通量的变化
B.涡流的频率等于通入线圈的交流电的频率
C.通电线圈和待测工件间存在周期性变化的作用力
D.待测工件可以是塑料或橡胶制品
2.如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是( )
A.制动过程中，导体不会产生热量
B.如果导体反向转动，此装置将不起制动作用
C.制动力的大小与线圈中电流的大小无关
D.线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大
1．（2024·湖北·高考真题）《梦溪笔谈》中记录了一次罕见的雷击事件：房屋被雷击后，屋内的银饰、宝刀等金属熔化了，但是漆器、刀鞘等非金属却完好（原文为：有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然）。导致金属熔化而非金属完好的原因可能为（ ）
A．摩擦B．声波C．涡流D．光照
2．（2023·北京·高考真题）如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ）

A．P与Q同时熄灭B．P比Q先熄灭
C．Q闪亮后再熄灭D．P闪亮后再熄灭
3．（2023·全国·高考真题）一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图（a）所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图（b）和图（c）所示，分析可知（ ）


A．图（c）是用玻璃管获得的图像
B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动
C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变
D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短
4．（2024·辽宁·高考真题）如图，两条“∧”形的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，左、右两导轨面与水平面夹角均为30°，均处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小分别为2B和B。将有一定阻值的导体棒ab、cd放置在导轨上，同时由静止释放，两棒在下滑过程中始终与导轨垂直并接触良好，ab、cd的质量分别为2m和m，长度均为L。导轨足够长且电阻不计，重力加速度为g，两棒在下滑过程中（ ）
A．回路中的电流方向为abcdaB．ab中电流趋于
C．ab与cd加速度大小之比始终为2︰1D．两棒产生的电动势始终相等
5．（2023·全国·高考真题）一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图（a）所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图（b）所示。则（ ）

A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快
B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次
C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变
D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大
考情分析
2024·辽宁·高考物理第3题
2024·湖北·高考物理第4题
2024·北京·高考物理第9题
2023·全国·高考物理第4题
复习目标
目标1.理解法拉第电磁感应定律，会应用E＝neq \f(ΔΦ,Δt)进行有关计算。
目标 2.会计算导体切割磁感线产生的感应电动势。
目标3.了解自感现象、涡流、电磁驱动和电磁阻尼。
定义
在______________中产生的电动势
产生
穿过回路的______发生改变，与电路是否闭合_____
方向
感应电动势的方向判断可用：①楞次定律；②_______
电路图
器材要求
A1、A2同规格，R＝RL，L较大
L很大(有铁芯)
通电时
在S闭合瞬间，灯A2立即亮起来，灯A1逐渐变亮，最终一样亮
灯A立即亮，然后逐渐变暗达到稳定
断电时
回路电流减小，灯泡逐渐变暗，A1电流方向不变，A2电流反向
①若I2≤I1，灯泡逐渐变暗
②若I2>I1，灯泡闪亮后逐渐变暗
两种情况下灯泡中电流方向均改变
总结
自感电动势总是阻碍原电流的变化
电磁阻尼
电磁驱动
不同点
成因
由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力
由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力
效果
安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动
导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动
相同点
两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动