2024年高考物理一轮复习（新人教版） 第12章 第2讲　法拉第电磁感应定律、自感和涡流

这是一份2024年高考物理一轮复习（新人教版） 第12章 第2讲　法拉第电磁感应定律、自感和涡流，文件包含2024年高考物理一轮复习新人教版第12章第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流pptx、2024年高考物理一轮复习新人教版第12章第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流docx、第12章第2练法拉第电磁感应定律自感和涡流docx等3份课件配套教学资源，其中PPT共60页， 欢迎下载使用。

1.理解法拉第电磁感应定律，会应用E＝　　进行有关计算.2.会计算导体切割磁感线产生的感应电动势.3.了解自感现象、涡流、电磁驱动和电磁阻尼.
法拉第电磁感应定律、自感和涡流
考点一　法拉第电磁感应定律的理解及应用
考点四　涡流　电磁阻尼和电磁驱动
法拉第电磁感应定律的理解及应用
1.感应电动势(1)感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势.(2)产生条件：穿过回路的 发生改变，与电路是否闭合无关.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_________________成正比.
(3)感应电流与感应电动势的关系：I＝ .(4)说明：E的大小与Φ、ΔΦ无关，决定于磁通量的变化率　　.
1.Φ＝0，　不一定等于0.(　　)2.穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势也越大.(　　)3.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大.(　　)4.线圈匝数n越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大.(　　)
例1　(2022·河北卷·5)将一根绝缘硬质细导线顺次绕成如图所示的线圈，其中大圆面积为S1，小圆面积均为S2，垂直线圈平面方向有一随时间t变化的磁场，磁感应强度大小B＝B0＋kt，B0和k均为常量，则线圈中总的感应电动势大小为A.kS1 B.5kS2C.k(S1－5S2) D.k(S1＋5S2)
例2　(2022·全国甲卷·16)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图所示.把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，线框所在平面均与磁场方向垂直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3.则A.I1I3>I2C.I1＝I2>I3 D.I1＝I2＝I3
设圆线框的半径为r，则由题意可知正方形线框的边长为2r，正六边形线框的边长为r；
所以圆线框的周长为C2＝2πr，面积为S2＝πr2.同理可知正方形线框的周长和面积分别为C1＝8r，S1＝4r2，
即I1＝I2>I3，故选C.
1.导体平动切割磁感线产生感应电动势的算式E＝Blv的理解(1)直接使用E＝Blv的条件是：在匀强磁场中，B、l、v三者互相垂直.如果不相互垂直，应取垂直分量进行计算.
(2)有效长度公式E＝Blv中的l为导体两端点连线在 速度方向上的投影长度.如图，导体的有效长度分别为：
图丙：沿v1方向运动时，l＝ ；沿v2方向运动时，l＝ .
(3)相对速度E＝Blv中的速度v是导体相对 的速度，若磁场也在运动，应注意速度间的相对关系.2.导体转动切割磁感线
1.公式E＝Blv中的l是导体棒的总长度.(　　)2.磁场相对导体棒运动，导体棒中也可能产生感应电动势.(　　)
例3　(2023·上海市模拟)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
有效切割长度即a、b连线的长度，如图所示
电流的方向为a→b，所以Uab<0，
例4　(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图(a)所示.已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正).下列说法正确的是A.磁感应强度的大小为0.5 TB.导线框运动速度的大小为0.5 m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t＝0.4 s至t＝0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N
考向2　平动切割磁感线
根据右手定则及正方向的规定可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，选项C正确；
例5　(多选)金属棒ab长度L＝0.5 m，阻值r＝1 Ω，放在半径分别为r1＝0.5 m和r2＝1.0 m的水平同心圆环导轨上，两圆环之间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B＝2 T；从两圆环下端引出导线连接一阻值为R＝2 Ω的电阻，ab在外力作用下以角速度ω＝4 rad/s 绕圆心顺时针(从上往下看)做匀速圆周运动，不计圆环导轨的电阻和一切摩擦，下列说法正确的是A.a点的电势高于b点的电势B.电阻R两端的电压为2 VC.在金属棒旋转一周的时间内，金属棒上产生的焦耳热为 JD.在金属棒旋转半周的时间内，金属棒上产生的焦耳热为 J
考向3　转动切割磁感线
由右手定则可知，金属棒顺时针转动时，感应电流方向由b到a，金属棒充当电源，则a点的电势高于b点的电势，故A正确；
1.概念：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出 .这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势.2.表达式：E＝_____.3.自感系数L的影响因素：与线圈的 、形状、 以及是否有铁芯有关.
1.线圈中电流越大，自感系数也越大.(　　)2.对于同一个线圈，电流变化越快，线圈中的自感电动势也越大.(　　)3.自感电动势总是阻止原电流的变化.(　　)
通电自感和断电自感的比较
例6　(2023·湖南省长郡中学模拟)某同学想对比自感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压U恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器.先闭合开关K得到如图乙所示的i－t图像，等电路稳定后，断开开关(断开开关的实验数据未画出).下列关于该实验的说法正确的是A.闭合开关时，自感线圈中电流为零，　其自感电动势也为零B.图乙中的a曲线表示电流传感器A2测得的数据C.断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭D.t1时刻小灯泡与线圈的电阻相等
闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，自感线圈中电流为零，故A错误；
A2中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故A2中数据应为题图乙中b曲线，故B错误；断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，回路中的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，故C错误；t1时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，故D正确.
分析自感问题的三个技巧
涡流　电磁阻尼和电磁驱动
1.涡流现象(1)涡流：块状金属放在 磁场中，或者让它在非均匀磁场中运动时，金属块内产生的漩涡状感应电流.(2)产生原因：金属块内 变化→感应电动势→感应电流.2.电磁阻尼当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是_____导体的运动.
3.电磁驱动如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生 使导体受到安培力而运动起来.
1.电磁阻尼体现了能量守恒定律.(　　)2.电磁阻尼阻碍相对运动，电磁驱动促进二者相对运动.(　　)
例7　如图所示，关于涡流的下列说法中错误的是A.真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置B.家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的C.阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动D.变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
例8　(2023·陕西榆林市模拟)水平放置的玻璃板上方有一用细线悬挂的可自由旋转的小磁针，下方有一水平放置的铜圆盘.圆盘的轴线与小磁针悬线在同一直线上，初始时小磁针与圆盘均处于静止状态.当圆盘绕轴沿逆时针方向(俯视)匀速转动时，下列说法正确的是A.小磁针不动B.小磁针沿逆时针方向(俯视)转动C.小磁针沿顺时针方向(俯视)转动D.由于穿过圆盘的磁通量没有变化，圆盘中没有感应电流
铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流(涡流)，此电流产生的磁场导致磁针沿逆时针方向(俯视)转动，构成电磁驱动，故选B.
1.如图所示，在某次阅兵盛典上，我国预警机“空警－2000”在通过天安门上空时机翼保持水平，以4.5×102 km/h的速度自东向西飞行.该机的翼展(两翼尖之间的距离)为50 m，北京地区地磁场向下的竖直分量大小为4.7×10－5 T，则A.两翼尖之间的电势差为2.9 VB.两翼尖之间的电势差为1.1 VC.飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高D.飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低
飞机的飞行速度为4.5×102 km/h＝125 m/s，飞机两翼尖之间的电动势为E＝Blv＝4.7×10－5×50×125 V≈0.29 V，A、B项错误；
飞机从东向西飞行，磁场竖直分量向下，根据右手定则可知，飞机左方翼尖的电势高于右方翼尖的电势，C项正确，D项错误.
2.(2022·江苏卷·5)如图所示，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.πkR2C.πB0r2 D.πB0R2
3.如图，线圈L的自感系数极大，直流电阻忽略不计；D1、D2是两个二极管，当电流从“＋”流向“－”时能通过，反之不通过；R0是保护电阻，则A.闭合S之后，B灯慢慢变亮B.闭合S之后，A灯亮且亮度不变C.断开S瞬时，A灯闪一下再慢慢熄灭D.断开S瞬时，B灯闪一下再慢慢熄灭
闭合S瞬间，A灯支路二极管正向导通，因此A灯亮，B灯支路二极管不能导通，因此不亮，之后线圈自感阻碍逐渐减小，从自感线圈流过的电流逐渐增大，A灯逐渐熄灭，故A、B错误；
断开S瞬间，线圈L产生与原电流方向相同的自感电流，可通过D2，故B灯闪一下再慢慢熄灭，电流不能通过D1，故A灯不亮，故C错误，D正确.
4.(2023·广东省模拟)在油电混合小轿车上有一种装置，刹车时能将车的动能转化为电能，启动时再将电能转化为动能，从而实现节能减排.图中，甲、乙磁场方向与轮子的转轴平行，丙、丁磁场方向与轮子的转轴垂直，轮子是绝缘体，则采取下列哪个措施，能有效地借助磁场的作用，让转动的轮子停下A.如图甲，在轮上固定如图绕制的线圈B.如图乙，在轮上固定如图绕制的闭合线圈C.如图丙，在轮上固定一些细金属棒，金属　棒与轮子转轴平行D.如图丁，在轮上固定一些闭合金属线框，　线框长边与轮子转轴平行
题图甲和题图乙中当轮子转动时，穿过线圈的磁通量都是不变的，不会产生感生电流，则不会有安培力阻碍轮子的运动，选项A、B错误；题图丙中在轮上固定一些细金属棒，当轮子转动时会产生感应电动势，但是不会形成感应电流，则也不会产生安培力阻碍轮子转动，选项C错误；
题图丁中在轮上固定一些闭合金属线框，线框长边与轮子转轴平行，当轮子转动时会产生感应电动势，形成感应电流，则会产生安培力阻碍轮子转动，使轮子很快停下来，选项D正确.
5.磁电式仪表的基本组成部分是磁体和线圈.缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上.线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小.如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是A.俯视看线圈中通有逆时针方向的电流B.穿过铝框的磁通量减少C.俯视看铝框中产生顺时针方向的感应电流D.使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
由左手定则可知，俯视看线圈中通有顺时针方向的电流，选项A错误；
因为线圈在水平位置时磁通量为零，则线圈转动时，穿过铝框的磁通量增加，根据楞次定律可知，俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流，选项B、C错误；当铝框中产生感应电流时，铝框受到的安培力与运动方向相反，故起到了阻尼作用，则使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处，故D正确.
6.(多选)(2023·湖北省模拟)如图所示，在距地面高h＝1.25 m处固定有两根间距为l＝0.5 m水平放置的平行金属导轨，导轨的左端接有电源E，右端边缘处静置有一长l＝0.5 m、质量m＝0.2 kg、电阻R＝5.0 Ω的导体棒ab，导体棒所在空间有磁感应强度大小B＝1.0 T、方向竖直向上的匀强磁场.闭合开关后，导体棒ab以某一初速度水平向右抛出，已知导体棒落地点到抛出点的水平距离d＝2.5 m，重力加速度g＝10 m/s2，则A.在空中运动过程中，导体棒a端的电势低于b端的电势B.导体棒抛出时的初速度大小为5 m/sC.在空中运动过程中，导体棒上产生的感应电动势大小恒定D.在空中运动过程中，导体棒的速度逐渐变大，棒上产生的感应电动势增大
由右手定则可知，导体棒在空中运动过程中，在水平方向上要切割磁感线，从而产生感应电动势，但无感应电流，不受安培力，故导体棒
在平抛运动过程中水平方向上的速度v0不变，由E＝Blv0可知，导体棒上产生的感应电动势大小不变，且a端电势高于b端电势，故A、D错误，C正确；
根据右手定则，a端相当于电源正极，b端为负极，a端电势高于b端电势，故A错误；
8.(多选)(2023·广东深圳市光明区高级中学模拟)发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具.某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化：如图所示，导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴O1O2以角速度ω逆时针(俯视)匀速转动.圆环上接有三根金属辐条OP、OQ、OR，辐条互成120°角.在圆环左半部分张角也为120°角的范围内(两条虚线之间)分布着垂直圆环平面
向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯(二极管)相连.除LED灯电阻外，其他电阻不计.
下列说法中正确的是A.若OP棒进入磁场中，P点电势小于O点电势B.金属辐条在磁场中旋转产生的是正弦式交变电流C.若导电圆环顺时针转动(俯视)，也能看到LED灯发光D.角速度比较大时，能看到LED灯更亮
由右手定则可知OP切割磁感线产生的感应电流在OP辐条上从P流向O，则OP为电源时O为正极，P为负极，所以P点电势小于O点电势，故A正确；
金属辐条在磁场中旋转产生的感应电流大小和方向都恒定，为直流电，故B错误；导电圆环顺时针(俯视)转动产生的感应电流与逆时针转动时产生的感应电流方向相反，逆时针转动时二极管发光，由二极管的单向导电性可知顺时针转动时二极管不发光，故C错误；
9.(2022·重庆卷·13)某同学以金属戒指为研究对象，探究金属物品在变化磁场中的热效应.如图所示，戒指可视为周长为L、横截面积为S、电阻率为ρ的单匝圆形线圈，放置在匀强磁场中，磁感应强度方向垂直于戒指平面.若磁感应强度大小在Δt时间内从0均匀增加到B0，求：
(1)戒指中的感应电动势和电流；
设戒指环的半径为r，则有L＝2πr
(2)戒指中电流的热功率.
11.(多选)如图甲所示，足够长的光滑金属导轨处在垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，其磁感应强度B随时间t的变化图像如图乙所示.导轨左端接有一个电阻值恒为R的灯泡.从0时刻开始，垂直于导轨的导体棒ab在水平外力F的作用下从导轨的左端沿导轨以速度v水平向右匀速运动.导体棒ab的长度为l，导体棒运动过程中与导轨接触良好，导体棒与导轨的电阻均不计.在导体棒ab向右运动的过程中，下列说法正确的是A.灯泡亮度不变B.灯泡逐渐变亮C.在t0时刻，F＝D.在t0时刻，F＝