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2023版高考物理一轮总复习第十一章第2节法拉第电磁感应定律自感和涡流课件
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这是一份2023版高考物理一轮总复习第十一章第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，闭合电路欧姆，定律即I＝，ER＋r，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____________
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
(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.
2.自感电动势 E＝L
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
(5)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
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(
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
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.(2021 年江苏泰州模拟)四川三星堆新发现 6 个祭祀坑.挖掘之前考古人员用图 11-2-2 所示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈
中的电流，使探测器发出警报.则(图 11-2-2
A.发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B.被测金属物中产生的电流是恒定电流
C.探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关D.探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报答案：D
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，线框中感应电动势的比值为
1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率
热点 1 法拉第电磁感应定律的理解和应用
求得的电动势是整个回路的感应电动
势，而不是回路中某段导体的感应电动势，整个回路的感应电动势为零，回路中某段导体的感应电动势不一定为零.
【典题 1】(多选，2021 年山东潍坊模拟)如图 11-2-3甲所示，闭合金属环固定在水平桌面上，MN 为其直径.MN右侧分布着垂直桌面向上的有界磁场，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示.已知金属环电阻为 1.0 Ω，直
径 MN 长 20 cm，则 t＝3 s 时(甲图 11-2-3
B.M、N 两点间电压为 5π×10－4 V
A.N 点电势高于 M 点电势
D.环所受安培力大小为 5π2×10－5 N
解析：由图乙可知，磁感应强度随时间不断增大，磁场方向竖直向上，由楞次定律可知，金属环感应电流方向由 M 流向 N，MN 段充当电源，电源内部电流从低电势流向高电势，则 N 点电势高于M 点电势，A 正确；根据法拉
C.环所受安培力大小为 5π×10－5 N
10－4×20×10－2 N＝5π×10－5 N，C正确，D错误.
＝0.5 T，金属环所受的安培力大小为 F＝B′IL有效＝0.5×
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】(多选，2021 年广东河源质检)如图 11-2-4所示，在 MN 右侧区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度随时间变化的关系为 B＝kt(k 为大于零的常量).一高为 a、电阻为 R 的正三角形金属线框向右匀速运动.在 t＝0 时刻，线框底边恰好到达 MN 处.在 t＝T 时刻，线框恰好完全进入磁场.在线框匀速进入磁场的过程
A.线框中的电流始终为逆时针方向B.线框中的电流先逆时针方向，后顺时针方向
解析：根据楞次定律可知，穿过线圈的磁通量增加，则线框中的电流始终为逆时针方向，选项 A 正确，B 错误；
考向 2 转动切割【典题 3】(2021 年广东四校联考)如图 11-2-5 所示，半径为 r 的光滑圆形导体框架，直径刚好位于有界匀强磁场的边界上.导体杆 Oa 在外力作用下，绕 O 轴在磁场中以角速度ω顺时针方向匀速转动，磁场的磁感应强度为 B，阻值为 R 的电阻两端 cd 通过导线与杆两端 O、a 分别连接，
导体杆、导线和框架电阻不计，则(
A.导体杆在磁场中转动时，电阻上的电流方向为 c→dB.导体杆在磁场中转动时，产生的电动势大小为 Bωr2C.导体杆转动一周，外力做的功为
解析：根据右手定则，导体杆在磁场中转动时，电阻上的电流方向为 d→c，选项 A 错误；导体杆在磁场中转动
错误；导体杆转动一周，外力做的功等于产生的电能 W＝
题中条件不能确定外力的作用点位置，则不能求解外力的大小，选项 D 错误.答案：C
【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
＝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】(2020 年吉林模拟)如图 11-2-7 所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D 是理想二极管，L 是带铁芯的
线圈，其直流电阻忽略不计.下列说法正确的是(A.S 闭合瞬间，B 先亮 A 后亮B.S 闭合瞬间，A 先亮 B 后亮C.电路稳定后，在 S 断开瞬间，A 闪亮
D.电路稳定后，在 S 断开瞬间，B 立即熄灭
解析：闭合瞬间线圈相当于断路，二极管为正向电压，故电流可通过灯泡 A、B，即 A、B 灯泡同时亮，故 AB 错误；因线圈的电阻为零，则当电路稳定后，灯泡 A 被短路而熄灭，当开关 S 断开瞬间 B 立刻熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡 A 仍是熄灭的，故 C 错误，D 正确.答案：D
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】(2021 年江苏常州调研)零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难.在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难.下列
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：在电磁感应现象的考题中，常要求计算某段时间内(或某段过程中)通过导体横截面的电荷量.设Δt 时间内通过导
线某横截面的电荷量为 q，则根据电流的定义式 I＝
【典题 7】如图 11-2-8 所示，面积为 0.2 m2 的 100 匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为 B＝(2＋0.2t) T，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻 R2＝4 Ω，求：
(1)磁通量变化率和回路中的感应电动势.(2)a、b 两点间电压 Uab.
解：(1)由 B＝(2＋0.2t) T 可知
(3)请判断线圈中电流的方向，并求 2 s 内通过 R1 的电量 q.
由法拉第电磁感应定律可知回路的感应电动势为
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____________
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
(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.
2.自感电动势 E＝L
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
(5)涡流是由整块导体发生的电磁感应现象，不遵从电
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
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(
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
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.(2021 年江苏泰州模拟)四川三星堆新发现 6 个祭祀坑.挖掘之前考古人员用图 11-2-2 所示金属探测器在地面上进行探测定位，探测器中的发射线圈产生磁场，在地下的被测金属物中感应出电流，感应电流的磁场又影响线圈
中的电流，使探测器发出警报.则(图 11-2-2
A.发射线圈产生的磁场是恒定磁场
B.被测金属物中产生的电流是恒定电流
C.探测的最大深度与发射线圈中的电流强弱无关D.探测器与被测金属物相对静止时也能发出警报答案：D
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，线框中感应电动势的比值为
1.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率
热点 1 法拉第电磁感应定律的理解和应用
求得的电动势是整个回路的感应电动
势，而不是回路中某段导体的感应电动势，整个回路的感应电动势为零，回路中某段导体的感应电动势不一定为零.
【典题 1】(多选，2021 年山东潍坊模拟)如图 11-2-3甲所示，闭合金属环固定在水平桌面上，MN 为其直径.MN右侧分布着垂直桌面向上的有界磁场，磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙所示.已知金属环电阻为 1.0 Ω，直
径 MN 长 20 cm，则 t＝3 s 时(甲图 11-2-3
B.M、N 两点间电压为 5π×10－4 V
A.N 点电势高于 M 点电势
D.环所受安培力大小为 5π2×10－5 N
解析：由图乙可知，磁感应强度随时间不断增大，磁场方向竖直向上，由楞次定律可知，金属环感应电流方向由 M 流向 N，MN 段充当电源，电源内部电流从低电势流向高电势，则 N 点电势高于M 点电势，A 正确；根据法拉
C.环所受安培力大小为 5π×10－5 N
10－4×20×10－2 N＝5π×10－5 N，C正确，D错误.
＝0.5 T，金属环所受的安培力大小为 F＝B′IL有效＝0.5×
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】(多选，2021 年广东河源质检)如图 11-2-4所示，在 MN 右侧区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度随时间变化的关系为 B＝kt(k 为大于零的常量).一高为 a、电阻为 R 的正三角形金属线框向右匀速运动.在 t＝0 时刻，线框底边恰好到达 MN 处.在 t＝T 时刻，线框恰好完全进入磁场.在线框匀速进入磁场的过程
A.线框中的电流始终为逆时针方向B.线框中的电流先逆时针方向，后顺时针方向
解析：根据楞次定律可知，穿过线圈的磁通量增加，则线框中的电流始终为逆时针方向，选项 A 正确，B 错误；
考向 2 转动切割【典题 3】(2021 年广东四校联考)如图 11-2-5 所示，半径为 r 的光滑圆形导体框架，直径刚好位于有界匀强磁场的边界上.导体杆 Oa 在外力作用下，绕 O 轴在磁场中以角速度ω顺时针方向匀速转动，磁场的磁感应强度为 B，阻值为 R 的电阻两端 cd 通过导线与杆两端 O、a 分别连接，
导体杆、导线和框架电阻不计，则(
A.导体杆在磁场中转动时，电阻上的电流方向为 c→dB.导体杆在磁场中转动时，产生的电动势大小为 Bωr2C.导体杆转动一周，外力做的功为
解析：根据右手定则，导体杆在磁场中转动时，电阻上的电流方向为 d→c，选项 A 错误；导体杆在磁场中转动
错误；导体杆转动一周，外力做的功等于产生的电能 W＝
题中条件不能确定外力的作用点位置，则不能求解外力的大小，选项 D 错误.答案：C
【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
＝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】(2020 年吉林模拟)如图 11-2-7 所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D 是理想二极管，L 是带铁芯的
线圈，其直流电阻忽略不计.下列说法正确的是(A.S 闭合瞬间，B 先亮 A 后亮B.S 闭合瞬间，A 先亮 B 后亮C.电路稳定后，在 S 断开瞬间，A 闪亮
D.电路稳定后，在 S 断开瞬间，B 立即熄灭
解析：闭合瞬间线圈相当于断路，二极管为正向电压，故电流可通过灯泡 A、B，即 A、B 灯泡同时亮，故 AB 错误；因线圈的电阻为零，则当电路稳定后，灯泡 A 被短路而熄灭，当开关 S 断开瞬间 B 立刻熄灭，线圈中的电流也不能反向通过二极管，则灯泡 A 仍是熄灭的，故 C 错误，D 正确.答案：D
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】(2021 年江苏常州调研)零刻度在表盘正中间的电流计，非常灵敏，通入电流后，线圈所受安培力和螺旋弹簧的弹力作用达到平衡时，指针在示数附近的摆动很难停下，使读数变得困难.在指针转轴上装上的扇形铝框或扇形铝板，在合适区域加上磁场，可以解决此困难.下列
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：在电磁感应现象的考题中，常要求计算某段时间内(或某段过程中)通过导体横截面的电荷量.设Δt 时间内通过导
线某横截面的电荷量为 q，则根据电流的定义式 I＝
【典题 7】如图 11-2-8 所示，面积为 0.2 m2 的 100 匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为 B＝(2＋0.2t) T，定值电阻R1＝6 Ω，线圈电阻 R2＝4 Ω，求：
(1)磁通量变化率和回路中的感应电动势.(2)a、b 两点间电压 Uab.
解：(1)由 B＝(2＋0.2t) T 可知
(3)请判断线圈中电流的方向，并求 2 s 内通过 R1 的电量 q.
由法拉第电磁感应定律可知回路的感应电动势为
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