高考物理一輪復習 專題41 法拉第電磁感應定律（講）（含解析）1

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專題41 法拉第電磁感應定律（講）1高考對本專題內(nèi)容考查較多的是感應電流的產(chǎn)生條件、方向2電磁感應現(xiàn)象與磁場、電路、力學、能量等知識聯(lián)系的綜合題以及感應電流（或感應電動勢）的圖象問題在高考中頻繁出現(xiàn)3該部分知識與其他學科知識相互滲透也是命題的趨勢，同時將該部分知識同生產(chǎn)、生活實際、高科技等相結(jié)合，注重考查學生分析、解決實際問題的能力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，涉及知識點多，考查綜合能力，從而增加試題的區(qū)分度1能應用法拉第電磁感應定律、公式EBlv計算感應電動勢2理解自感、渦流的產(chǎn)生，并能分析實際應用一、法拉第電磁感應定律1感應電動勢（1）感應電動勢：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就相當于電源，導體的電阻相當于電源內(nèi)阻（2）感應電流與感應電動勢的關(guān)系：遵循閉合電路歐姆定律，即2法拉第電磁感應定律（1）內(nèi)容：閉合電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比（2）公式：3導體切割磁感線的情形（1）一般情況：運動速度v和磁感線方向夾角為，則EBlvsin_（2）常用情況：運動速度v和磁感線方向垂直，則EBlv（3）導體棒在磁場中轉(zhuǎn)動導體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應電動勢EBlBl2（平均速度等于中點位置線速度l）二、自感與渦流1自感現(xiàn)象（1）概念：由于導體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢（2）表達式：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渦流當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導體中都會產(chǎn)生感應電流，這種電流像水中的旋渦，所以叫渦流（1）電磁阻尼：當導體在磁場中運動時，感應電流會使導體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導體的相對運動（2）電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導體轉(zhuǎn)動，在導體中會產(chǎn)生感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體運動起來（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用考點一法拉第電磁感應定律的應用1感應電動勢大小的決定因素（1）感應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）當僅由B引起時，則；當僅由S引起時，則2磁通量的變化率是t圖象上某點切線的斜率重點歸納1應用法拉第電磁感應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電流的方向；（3）靈活選擇法拉第電磁感應定律的不同表達形式列方程求解（4）幾點注意公式是求解回路某段時間內(nèi)平均電動勢的最佳選擇用公式求感應電動勢時，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)，與時間長短無關(guān)推導如下：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，其感應強度隨時間的變化規(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，磁感應強度為=0.5T的勻強磁場，線框abcd的四邊恰在磁場的邊界內(nèi)，若導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導線框中的感應電動勢為0.5VBt=0.5s時刻，導線框中感應電流為零C導線框中產(chǎn)生俯視逆時針方向的感應電流D導線框一直靜止在絕緣水平面上【答案】C【名師點睛】根據(jù)法拉第電磁感應定律，結(jié)合閉合電路歐姆定律，及安培力表達式，并依據(jù)楞次定律與左手定則來判定感應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軌（電阻不計）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；兩種情況下所用時間，故產(chǎn)生熱量，B錯誤；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；由于棒勻速運動，外力的功率等于回路中的功率，故，D錯誤；【名師點睛】本題是電磁感應中的電路問題，關(guān)鍵要掌握感應電流與熱量、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螺線管導線電阻r10，R14.0，R25.0，C30F.在一段時間內(nèi)，穿過螺線管的磁場的磁感應強度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【名師點睛】本題是電磁感應與電路的綜合，知道產(chǎn)生感應電動勢的那部分相當于電源，運用閉合電路歐姆定律進行求解考點二導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算1公式EBlv的使用條件（1）勻強磁場（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“瞬時性”的理解若v為瞬時速度，則E為瞬時感應電動勢若v為平均速度，則E為平均感應電動勢，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方向運動時，l；沿v2方向運動時，l0丙圖：沿v1方向運動時，lR；沿v2方向運動時，l0；沿v3方向運動時，lR4“相對性”的理解EBlv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動，應注意速度間的相對關(guān)系重點歸納1導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的理解（1）公式EBlv的使用條件勻強磁場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，除磁場為勻強磁場外，還需B、l、v三者互相垂直瞬時性：若v為瞬時速度，則E為相應的瞬時感應電動勢有效性：公式中的L為導體切割磁感線的有效長度相對性：EBlv中的速度v是導體相對磁場的速度，若磁場也在運動，應注意速度間的相對關(guān)系（3）特別提醒：公式EBlvsin 求的是瞬時感應電動勢，E與某個時刻或某個位置相對應切割磁感線的那部分導體就相當于電源本題中Ut圖象實際上可以轉(zhuǎn)化為vt圖象（UEBlv），因此，此運動類似于機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感應電動勢兩個公式的比較公式EBlv導體一個回路一段導體適用普遍適用導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，當導體做切割磁感線運動時，用EBlv求E比較方便；當穿過電路的磁通量發(fā)生變化時，用求E比較方便3電磁感應中的“桿導軌”模型（1）模型構(gòu)建“桿導軌”模型是電磁感應問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點，考查的知識點多，題目的綜合性強，物理情景變化空間大，是我們復習中的難點“桿導軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型（“單桿”型為重點）；導軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運動等（2）模型分類及特點單桿水平式物理模型動態(tài)分析設運動過程中某時刻棒的速度為v，加速度為，a、v同向，隨v的增加，a減小，當a0時，v最大，恒定收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學特征a0v恒定不變電學特征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agsin ，速度vEBLvFBILa，當安培力Fmgsin 時，a0，v最大收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學特征a0v最大電學特征I恒定（3）方法指導解決電磁感應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，光滑金屬導軌ab和cd構(gòu)成的平面與水平面成角，導軌間距=2L，導軌電阻不計兩金屬棒MN、PQ垂直導軌放置，與導軌接觸良好兩棒質(zhì)量，電阻，整個裝置處在垂直導軌向上的磁感應強度為B的勻強磁場中，金屬棒MN在平行于導軌向上的拉力，作用下沿導軌以速度向上勻速運動，PQ棒恰好以速度向下勻速運動則： （ ）AMN中電流方向是由N到MB勻速運動的速度的大小是C在MN、PQ都勻速運動的過程中，D在MN、PQ都勻速運動的過程中，【答案】BD【名師點睛】本題考查了求感應電動勢、感應電流、求拉力大小、求電功率問題，應用E=BLv、歐姆定律、電功率公式即可正確解題；要注意基礎知識的學習與運用。針對練習1（多選）如圖所示，無限長光滑平行導軌與地面夾角為，一質(zhì)量為的導體棒ab垂直于導軌水平放置，與導軌構(gòu)成一閉合回路，導軌的寬度為L，空間內(nèi)存在大小為B，方向垂直導軌向上的勻強磁場，已知導體棒電阻為R，導軌電阻不計，現(xiàn)將導體棒由靜止釋放，以下說法正確的是： （ ）A導體棒中的電流方向從a到bB導體棒先加速運動，后勻速下滑C導體棒穩(wěn)定時的速率為D當導體棒下落高度為h時，速度為，此過程中導體棒上產(chǎn)生的焦耳熱等于【答案】BCD【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵會利用共點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2（多選）半徑為a右端開小口的導體圓環(huán)和長為2a的導體直桿，單位長度電阻均為。圓環(huán)水平固定放置，整個內(nèi)部區(qū)域分布著豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為B。桿在圓環(huán)上以速度v平行于直徑CD向右做勻速直線運動，桿始終有兩點與圓環(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，桿產(chǎn)生的電動勢為B時，桿受的安培力大小為C時，桿產(chǎn)生的電動勢為D時，桿受的安培力大小為【答案】AD【名師點睛】根據(jù)幾何關(guān)系求出此時導體棒的有效切割長度，根據(jù)法拉第電磁感應定律求出電動勢注意總電阻的求解，進一步求出電流值，即可算出安培力的大小?？键c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，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，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（1）自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化（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，自感線圈就相當于普通導體（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行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向重點歸納在分析自感現(xiàn)象問題時，應注意電路的結(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注意，L的自身電阻是不是能忽略不計在斷開開關(guān)時，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，三個燈泡L1，L2，L3的電阻關(guān)系為 R1R2R3，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，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裕划擪突然斷開時，電感L由于自感，電流繼續(xù)原方向流動，但二極管反向不導通，所以L2不亮，又因為原來L中電流比L3的電流大，所以L3將更亮，之后再變暗。針對練習1如圖所示電路中，A、B是兩個完全相同的燈泡，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，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相當與斷路，與此同時電容器充電，故此時燈A的電流大于B，故A，B同時發(fā)光，但是亮度不相同，選項AB錯誤；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，故當開關(guān)閉合足夠長時間后再斷開，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C正確；開關(guān)閉合足夠長時間后再斷開，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D錯誤；故選C【名師點睛】對于自感現(xiàn)象，是特殊的電磁感應現(xiàn)象，應用楞次定律和法拉第電磁感應定律進行理解；當電流增大時，自感電動勢阻礙電流的增加，線圈相當于斷路；而當電流減小時，自感電動勢阻礙電流的減小，線圈相當于電源針對練習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、零點在表盤中央的電流計。當開關(guān)K處于閉合狀態(tài)時，兩表的指針皆偏向右方。那么，當開關(guān)K斷開時，將出現(xiàn)： （ ）AG1和G2的指針都立即回到零點BG1的指針立即回到零點，而G2的指針緩慢地回到零點CG1的指針緩慢地回到零點，而G2的指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點DG1的指針先立即偏向左方，然后緩慢地回到零點，而G2的指針緩慢地回到零點【答案】D【名師點睛】線圈中電流變化時，線圈中產(chǎn)生感應電動勢；線圈電流增加，相當于一個瞬間電源接入電路，線圈右端是電源正極當電流減小時，相當于一個瞬間電源，線圈左端是電源正極。