高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題41 法拉第電磁感應(yīng)定律講含解析1

專題41 法拉第電磁感應(yīng)定律（講）1高考對本專題內(nèi)容考查較多的是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、方向2電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場、電路、力學(xué)、能量等知識聯(lián)系的綜合題以及感應(yīng)電流（或感應(yīng)電動勢）的圖象問題在高考中頻繁出現(xiàn)3該部分知識與其他學(xué)科知識相互滲透也是命題的趨勢，同時(shí)將該部分知識同生產(chǎn)、生活實(shí)際、高科技等相結(jié)合，注重考查學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力4試題題型全面，選擇題、解答題都可能出現(xiàn)，且解答題難度較大，涉及知識點(diǎn)多，考查綜合能力，從而增加試題的區(qū)分度1能應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律、公式EBlv計(jì)算感應(yīng)電動勢2理解自感、渦流的產(chǎn)生，并能分析實(shí)際應(yīng)用一、法拉第電磁感應(yīng)定律1感應(yīng)電動勢（1）感應(yīng)電動勢：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(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)于電源，導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于電源內(nèi)阻（2）感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：遵循閉合電路歐姆定律，即2法拉第電磁感應(yīng)定律（1）內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比（2）公式：3導(dǎo)體切割磁感線的情形（1）一般情況：運(yùn)動速度v和磁感線方向夾角為，則EBlvsin_（2）常用情況：運(yùn)動速度v和磁感線方向垂直，則EBlv（3）導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸，在勻強(qiáng)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EBlBl2（平均速度等于中點(diǎn)位置線速度l）二、自感與渦流1自感現(xiàn)象（1）概念：由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(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)電動勢叫做自感電動勢（2）表達(dá)式：EL（3）自感系數(shù)L的影響因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)2渦流當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，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(yùn)動時(shí)，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的相對運(yùn)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)生感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來（3）電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用考點(diǎn)一法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用1感應(yīng)電動勢大小的決定因素（1）感應(yīng)電動勢的大小由穿過閉合電路的磁通量的變化率和線圈的匝數(shù)共同決定，而與磁通量、磁通量的變化量的大小沒有必然聯(lián)系（2）當(dāng)僅由B引起時(shí)，則；當(dāng)僅由S引起時(shí)，則2磁通量的變化率是t圖象上某點(diǎn)切線的斜率重點(diǎn)歸納1應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律解題的一般步驟（1）分析穿過閉合電路的磁場方向及磁通量的變化情況；（2）利用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向；（3）靈活選擇法拉第電磁感應(yīng)定律的不同表達(dá)形式列方程求解（4）幾點(diǎn)注意公式是求解回路某段時(shí)間內(nèi)平均電動勢的最佳選擇用公式求感應(yīng)電動勢時(shí)，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路總電阻R總有關(guān)，與時(shí)間長短無關(guān)推導(dǎo)如下：qIt典型案例如圖甲所示，正方向?qū)Ь€框abcd放在絕緣水平面上，導(dǎo)線框的質(zhì)量m=1kg，邊長L=1m，電阻R=01，mn為bc邊中垂線，由t=0時(shí)刻開始在mn左側(cè)的線框區(qū)域內(nèi)加一豎直向下的磁場，其感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示，在mn右側(cè)的線框區(qū)域內(nèi)加豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為=0.5T的勻強(qiáng)磁場，線框abcd的四邊恰在磁場的邊界內(nèi)，若導(dǎo)線框與水平面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，它們之間的動摩擦因數(shù)=0.3，則下列說法正確的是A導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢為0.5VBt=0.5s時(shí)刻，導(dǎo)線框中感應(yīng)電流為零C導(dǎo)線框中產(chǎn)生俯視逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流D導(dǎo)線框一直靜止在絕緣水平面上【答案】C【名師點(diǎn)睛】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，結(jié)合閉合電路歐姆定律，及安培力表達(dá)式，并依據(jù)楞次定律與左手定則來判定感應(yīng)電流方向與安培力方向，從而即可一一求解，注意穿過線圈磁通量的磁場方向不同，則會出現(xiàn)相互抵消現(xiàn)象針對練習(xí)1（多選）如圖所示，阻值為R的金屬棒從圖示位置ab分別以v1、v2的速度沿光滑水平導(dǎo)軌（電阻不計(jì)）勻速滑到ab位置，若v1v212，則在這兩次過程中（）A回路電流I1I212B產(chǎn)生的熱量Q1Q214C通過任一截面的電荷量q1q211D外力的功率P1P212【答案】AC【解析】兩種情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為，電阻都為R，故回路電流為，故電流之比為，A正確；兩種情況下所用時(shí)間，故產(chǎn)生熱量，B錯(cuò)誤；兩種情況下磁通量變化量相同，故有通過任一截面的電荷量，故通過任一截面的電荷量q1q211，C正確；由于棒勻速運(yùn)動，外力的功率等于回路中的功率，故，D錯(cuò)誤；【名師點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)中的電路問題，關(guān)鍵要掌握感應(yīng)電流與熱量、電荷量、熱量和功率的關(guān)系，難度不大針對練習(xí)2（多選）在如圖4-甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n1500匝，橫截面積S20cm2螺線管導(dǎo)線電阻r10，R14.0，R25.0，C30F.在一段時(shí)間內(nèi)，穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖4-乙所示的規(guī)律變化則下列說法中正確的是圖4A螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為12V B閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后電容器上極板帶正電C電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率為5102W DS斷開后，流經(jīng)R2的電量為1.8105C【答案】AD【名師點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)與電路的綜合，知道產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分相當(dāng)于電源，運(yùn)用閉合電路歐姆定律進(jìn)行求解考點(diǎn)二導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的計(jì)算1公式EBlv的使用條件（1）勻強(qiáng)磁場（2）B、l、v三者相互垂直（3）如不垂直，用公式EBlvsin 求解，為B與v方向間的夾角2“瞬時(shí)性”的理解若v為瞬時(shí)速度，則E為瞬時(shí)感應(yīng)電動勢若v為平均速度，則E為平均感應(yīng)電動勢，即EBl3切割的“有效長度”公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長度圖中有效長度分別為：甲圖：lsin ；乙圖：沿v1方向運(yùn)動時(shí)，l；沿v2方向運(yùn)動時(shí)，l0丙圖：沿v1方向運(yùn)動時(shí)，lR；沿v2方向運(yùn)動時(shí)，l0；沿v3方向運(yùn)動時(shí)，lR4“相對性”的理解EBlv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系重點(diǎn)歸納1導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的理解（1）公式EBlv的使用條件勻強(qiáng)磁場B、l、v三者相互垂直（2）EBlv的“四性”正交性：本公式是在一定條件下得出的，除磁場為勻強(qiáng)磁場外，還需B、l、v三者互相垂直瞬時(shí)性：若v為瞬時(shí)速度，則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢有效性：公式中的L為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度相對性：EBlv中的速度v是導(dǎo)體相對磁場的速度，若磁場也在運(yùn)動，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系（3）特別提醒：公式EBlvsin 求的是瞬時(shí)感應(yīng)電動勢，E與某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置相對應(yīng)切割磁感線的那部分導(dǎo)體就相當(dāng)于電源本題中Ut圖象實(shí)際上可以轉(zhuǎn)化為vt圖象（UEBlv），因此，此運(yùn)動類似于機(jī)車啟動模型以圖象形式給出題目已知條件的，要竭力挖掘圖象中的隱含信息2感應(yīng)電動勢兩個(gè)公式的比較公式EBlv導(dǎo)體一個(gè)回路一段導(dǎo)體適用普遍適用導(dǎo)體切割磁感線意義常用于求平均電動勢既可求平均值也可求瞬時(shí)值聯(lián)系本質(zhì)上是統(tǒng)一的后者是前者的一種特殊情況但是，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，用EBlv求E比較方便；當(dāng)穿過電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，用求E比較方便3電磁感應(yīng)中的“桿導(dǎo)軌”模型（1）模型構(gòu)建“桿導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點(diǎn)，考查的知識點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)“桿導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型（“單桿”型為重點(diǎn)）；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動等（2）模型分類及特點(diǎn)單桿水平式物理模型動態(tài)分析設(shè)運(yùn)動過程中某時(shí)刻棒的速度為v，加速度為，a、v同向，隨v的增加，a減小，當(dāng)a0時(shí)，v最大，恒定收尾狀態(tài)運(yùn)動形式勻速直線運(yùn)動力學(xué)特征a0v恒定不變電學(xué)特征I恒定單桿傾斜式物理模型動態(tài)分析棒釋放后下滑，此時(shí)agsin ，速度vEBLvFBILa，當(dāng)安培力Fmgsin 時(shí)，a0，v最大收尾狀態(tài)運(yùn)動形式勻速直線運(yùn)動力學(xué)特征a0v最大電學(xué)特征I恒定（3）方法指導(dǎo)解決電磁感應(yīng)中綜合問題的一般思路是“先電后力再能量”典型案例（多選）如圖所示，光滑金屬導(dǎo)軌ab和cd構(gòu)成的平面與水平面成角，導(dǎo)軌間距=2L，導(dǎo)軌電阻不計(jì)兩金屬棒MN、PQ垂直導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌接觸良好兩棒質(zhì)量，電阻，整個(gè)裝置處在垂直導(dǎo)軌向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒MN在平行于導(dǎo)軌向上的拉力，作用下沿導(dǎo)軌以速度向上勻速運(yùn)動，PQ棒恰好以速度向下勻速運(yùn)動則： （ ）AMN中電流方向是由N到MB勻速運(yùn)動的速度的大小是C在MN、PQ都勻速運(yùn)動的過程中，D在MN、PQ都勻速運(yùn)動的過程中，【答案】BD【名師點(diǎn)睛】本題考查了求感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流、求拉力大小、求電功率問題，應(yīng)用E=BLv、歐姆定律、電功率公式即可正確解題；要注意基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)與運(yùn)用。針對練習(xí)1（多選）如圖所示，無限長光滑平行導(dǎo)軌與地面夾角為，一質(zhì)量為的導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌水平放置，與導(dǎo)軌構(gòu)成一閉合回路，導(dǎo)軌的寬度為L，空間內(nèi)存在大小為B，方向垂直導(dǎo)軌向上的勻強(qiáng)磁場，已知導(dǎo)體棒電阻為R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，現(xiàn)將導(dǎo)體棒由靜止釋放，以下說法正確的是： （ ）A導(dǎo)體棒中的電流方向從a到bB導(dǎo)體棒先加速運(yùn)動，后勻速下滑C導(dǎo)體棒穩(wěn)定時(shí)的速率為D當(dāng)導(dǎo)體棒下落高度為h時(shí)，速度為，此過程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱等于【答案】BCD【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵會利用共點(diǎn)力平衡求出安培力的大小，以及掌握左手定則判斷磁場方向、電流方向、安培力方向的關(guān)系。針對練習(xí)2（多選）半徑為a右端開小口的導(dǎo)體圓環(huán)和長為2a的導(dǎo)體直桿，單位長度電阻均為。圓環(huán)水平固定放置，整個(gè)內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運(yùn)動，桿始終有兩點(diǎn)與圓環(huán)良好接觸，從圓環(huán)中心O開始，桿的位置由確定，如圖所示，則： （ ）A時(shí)，桿產(chǎn)生的電動勢為B時(shí)，桿受的安培力大小為C時(shí)，桿產(chǎn)生的電動勢為D時(shí)，桿受的安培力大小為【答案】AD【名師點(diǎn)睛】根據(jù)幾何關(guān)系求出此時(shí)導(dǎo)體棒的有效切割長度，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出電動勢注意總電阻的求解，進(jìn)一步求出電流值，即可算出安培力的大小?？键c(diǎn)三自感現(xiàn)象的分析1自感現(xiàn)象“阻礙”作用的理解（1）流過線圈的電流增加時(shí)，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻礙電流的增加，使其緩慢地增加（2）流過線圈的電流減小時(shí)，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相同，阻礙電流的減小，使其緩慢地減小線圈就相當(dāng)于電源，它提供的電流從原來的IL逐漸變小2自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)（1）自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化（2）通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化（3）電流穩(wěn)定時(shí)，自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體（4）線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向重點(diǎn)歸納在分析自感現(xiàn)象問題時(shí)，應(yīng)注意電路的結(jié)構(gòu)，弄清楚自感線圈L與用電器的串、并聯(lián)關(guān)系，明確原電流的方向，再判斷自感電流的方向及大小變化同時(shí)注意，L的自身電阻是不是能忽略不計(jì)在斷開開關(guān)時(shí)，還要看線圈和用電器能否形成回路典型案例如圖所示的電路中，三個(gè)燈泡L1，L2，L3的電阻關(guān)系為 R1<R2<R3，電感L的電阻可忽略，D為理想二極管。電鍵K從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí)，下列判斷正確的是： （ ）AL1逐漸變暗，L2、L3均先變亮，然后逐漸變暗BL1逐漸變暗， L2立即熄滅，L3先變亮，然后逐漸變暗 CL2立即熄滅，L1、L3均逐漸變暗DL1、 L2、L3均先變亮，然后逐漸變暗【答案】B【名師點(diǎn)睛】做好本題要弄清楚電流的大小變化，方向變化，還要知道二極管的正向?qū)ㄐ裕划?dāng)K突然斷開時(shí)，電感L由于自感，電流繼續(xù)原方向流動，但二極管反向不導(dǎo)通，所以L2不亮，又因?yàn)樵瓉鞮中電流比L3的電流大，所以L3將更亮，之后再變暗。針對練習(xí)1如圖所示電路中，A、B是兩個(gè)完全相同的燈泡，L為自感系數(shù)很大的線圈，其直流電阻小于燈泡電阻C是電容器，閉合開關(guān)，電路穩(wěn)定時(shí)，B燈恰能正常發(fā)光，則下列說法正確的是： （ ）A開關(guān)閉合的瞬間，A，B同時(shí)發(fā)光，亮度也相同B開關(guān)閉合的瞬間，B立即亮，A逐漸變亮C開關(guān)閉合足夠長時(shí)間后再斷開，A燈燈絲不可能被燒斷D開關(guān)閉合足夠長時(shí)間后再斷開，B立即熄滅，而A逐漸熄滅【答案】C【解析】開關(guān)閉合的瞬間，L中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流增加，L相當(dāng)與斷路，與此同時(shí)電容器充電，故此時(shí)燈A的電流大于B，故A，B同時(shí)發(fā)光，但是亮度不相同，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；電路穩(wěn)定后， B燈恰能正常發(fā)光，B燈電流等于A燈電流與線圈電流之和，且由于線圈電阻小于燈泡電阻，故通過線圈的電流大于A燈電流，故當(dāng)開關(guān)閉合足夠長時(shí)間后再斷開，A燈原來得到電流消失，而通過線圈的電流在A燈和線圈中形成新的回路，但是此電流小于A燈的額定電流，故A燈燈絲不可能被燒斷，且A逐漸熄滅，選項(xiàng)C正確；開關(guān)閉合足夠長時(shí)間后再斷開，B燈由于與電容器并聯(lián)，故由于電容器放電過使得B燈不會立即熄滅，而A逐漸熄滅，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選C【名師點(diǎn)睛】對于自感現(xiàn)象，是特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行理解；當(dāng)電流增大時(shí)，自感電動勢阻礙電流的增加，線圈相當(dāng)于斷路；而當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動勢阻礙電流的減小，線圈相當(dāng)于電源針對練習(xí)2如圖所示，L為電阻很小的線圈，G1和G2為內(nèi)阻分別為R1、R2、零點(diǎn)在表盤中央的電流計(jì)。當(dāng)開關(guān)K處于閉合狀態(tài)時(shí)，兩表的指針皆偏向右方。那么，當(dāng)開關(guān)K斷開時(shí)，將出現(xiàn)： （ ）AG1和G2的指針都立即回到零點(diǎn)BG1的指針立即回到零點(diǎn)，而G2的指針緩慢地回到零點(diǎn)CG1的指針緩慢地回到零點(diǎn)，而G2的指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn)DG1的指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點(diǎn)，而G2的指針緩慢地回到零點(diǎn)【答案】D【名師點(diǎn)睛】線圈中電流變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；線圈電流增加，相當(dāng)于一個(gè)瞬間電源接入電路，線圈右端是電源正極當(dāng)電流減小時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)瞬間電源，線圈左端是電源正極。- 12 -