《（通用版）2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第10章 電磁感應(yīng) 第2節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流教學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（通用版）2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第10章 電磁感應(yīng) 第2節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流教學(xué)案（19頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2節(jié)　法拉第電磁感應(yīng)定律　自感　渦流 一、法拉第電磁感應(yīng)定律 1．感應(yīng)電動勢 (1)概念：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢。 (2)產(chǎn)生條件：穿過回路的磁通量發(fā)生改變，與電路是否閉合無關(guān)。 (3)方向判斷：感應(yīng)電動勢的方向用楞次定律或右手定則判斷。 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：E＝n，其中n為線圈匝數(shù)。 3．導(dǎo)體切割磁感線的情形 (1)垂直切割：E＝Blv。 (2)傾斜切割：E＝Blvsin θ，其中θ為v與B的夾角。 (3)旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸)：E＝Bl2ω。 二、自感和

2、渦流 1．自感現(xiàn)象 由于通過導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 2．自感電動勢 (1)定義：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 (2)表達(dá)式：E＝L。 (3)自感系數(shù)L：與線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯等因素有關(guān)，單位為亨利(H)。 3．渦流 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中的旋渦一樣的感應(yīng)電流。 (1)電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，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)體受到安培力作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來。交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用電磁驅(qū)動的原理工

3、作的。 1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”) (1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 (×) (2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 (×) (3)線圈中磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。 (√) (4)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同。 (×) (5)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大。 (×) (6)對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大。 (√) 2．(人教版選修3－2P17T1改編)將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是(　　) A．感應(yīng)電動勢的大小與

4、線圈的匝數(shù)無關(guān) B．穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大 C．穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大 D．感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 C　[由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n知，感應(yīng)電動勢的大小與線圈匝數(shù)有關(guān)，A錯誤；感應(yīng)電動勢正比于，與磁通量的大小無直接關(guān)系，B錯誤，C正確；根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即“增反減同”，D錯誤。] 3．(粵教版選修3－2P18T3改編)如圖所示，半徑為r的n匝線圈放在邊長為L的正方形abcd之外，勻強(qiáng)磁場充滿正方形區(qū)域并垂直穿過該區(qū)域，當(dāng)磁場以的變化率變化時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為(　　) A

5、．0 B．n·L2 C．n·πr2 D．n·r2 B　[由法拉第電磁感應(yīng)定律可知線圈產(chǎn)生的自感電動勢E＝n·L2，故B正確。] 4．(魯科版選修3－2P33T1)在如圖所示的電路中，LA為燈泡，S為開關(guān)，L為有鐵芯的線圈。對于這樣的電路，下列說法正確的是(　　) A．因為線圈L通電后會產(chǎn)生自感現(xiàn)象，所以S閉合后，燈泡LA中無電流通過 B．在S打開或閉合的瞬間，電路中都不會產(chǎn)生自感現(xiàn)象 C．當(dāng)S閉合時，電路中會產(chǎn)生自感現(xiàn)象 D．在S閉合后再斷開的瞬間，燈泡LA可能不立即熄滅 C　[S閉合瞬間，由于線圈產(chǎn)生自感電動勢而阻礙通過燈泡LA的電流的增加，但阻礙不是阻止，S閉合后有

6、電流通過LA；S斷開瞬間，線圈產(chǎn)生自感電動勢，因電路斷開，電流立即消失，燈泡LA立即熄滅，故C正確，A、B、D錯誤。] 5．(滬科版選修3－2P37T1改編)(多選)變壓器的鐵芯是利用薄硅鋼片疊壓而成的，而不是采用一整塊硅鋼，這是因為(　　) A．增大渦流，提高變壓器的效率 B．減小渦流，提高變壓器的效率 C．增大鐵芯中的電阻，以產(chǎn)生更多的熱量 D．增大鐵芯中的電阻，以減小發(fā)熱量 BD　[不使用整塊硅鋼而采用很薄的硅鋼片，這樣做的目的是增大鐵芯中的電阻，阻斷渦流回路，來減少電能轉(zhuǎn)化成鐵芯的內(nèi)能，提高效率，故B、D正確，A、C錯誤。] 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解和應(yīng)用　[講典例

7、示法] 1．對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)公式E＝n求解的是一個回路中某段時間內(nèi)的平均電動勢，在磁通量均勻變化時，瞬時值才等于平均值。 (2)感應(yīng)電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量Φ的大小、變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系。 (3)磁通量的變化率對應(yīng)Φ-t圖線上某點(diǎn)切線的斜率。 (4)通過回路截面的電荷量q＝，僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)。 2．磁通量發(fā)生變化的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時，ΔΦ＝BΔS，則E＝n。 (2)磁通量的變化是由磁場變化引起時，ΔΦ＝ΔBS，則E＝n，注意S為線圈在磁場中的有效面積。

8、 (3)磁通量的變化是由于面積和磁場變化共同引起的，則根據(jù)定義求，ΔΦ＝|Φ末－Φ初|，E＝n≠n。 [典例示法]　(2018·全國卷Ⅰ)如圖所示，導(dǎo)體軌道OPQS固定，其中PQS是半圓弧，Q為半圓弧的中點(diǎn)，O為圓心。軌道的電阻忽略不計。OM是有一定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動的金屬桿，M端位于PQS上，OM與軌道接觸良好?？臻g存在與半圓所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。現(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ)；再使磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小以一定的變化率從B增加到B′(過程Ⅱ)。在過程Ⅰ、Ⅱ中，流過OM的電荷量相等，則等于(　　) A． B． C． D．2

9、審題指導(dǎo)：在電磁感應(yīng)中計算通過電路的電荷量時要用到電流的平均值，因此在本題中，首先根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計算感應(yīng)電動勢的平均值，再利用歐姆定律計算平均電流，最后根據(jù)電流的定義式得出電荷量。 B　[設(shè)OM的電阻為R，圓的半徑為l，過程Ⅰ：OM轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢大小為E1＝＝＝＝，流過OM的電流為I1＝＝，則流過OM的電荷量為q1＝I1·Δt1＝；過程Ⅱ：磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均勻增加，則該過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢大小為E2＝＝＝，電路中的電流為I2＝＝，則流過OM的電荷量為q2＝I2·Δt2＝；由題意知q1＝q2，則解得＝，B正確，A、C、D錯誤。] 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律

10、應(yīng)注意的三個問題 (1)公式E＝n求解的是一個回路中某段時間內(nèi)的平均電動勢，在磁通量均勻變化時，瞬時值才等于平均值。 (2)利用公式E＝nS求感應(yīng)電動勢時，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積。 (3)通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)。推導(dǎo)如下：q＝Δt＝Δt＝。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 　對感生電動勢E＝n的理解與應(yīng)用 1．關(guān)于感應(yīng)電動勢的大小，下列說法中正確的是(　　) A．穿過線圈的磁通量Φ越大，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大 B．穿過線圈的磁通量的變化量ΔΦ越大，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大 C．穿過線圈的磁通量的變化率越大，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大　

11、 D．穿過線圈的磁通量Φ等于0，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就一定為0 C　[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，與磁通量Φ及磁通量的變化量ΔΦ沒有必然聯(lián)系。當(dāng)磁通量Φ很大時，感應(yīng)電動勢可能很小，甚至為0。當(dāng)磁通量Φ等于0時，其變化率可能很大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也會很大。所以只有選項C正確。] 2．(多選)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑。如圖所示，在ab的左側(cè)存在一個均勻變化的勻強(qiáng)磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間的變化率為＝k(k<0)。則(　　) A．圓環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流 B．圓環(huán)

12、具有擴(kuò)張的趨勢 C．圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為 D．a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電勢差Uab＝ BD　[由＝k(k<0)可知B均勻減小，故穿過圓環(huán)的磁通量均勻減少，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，選項A錯誤；圓環(huán)在磁場中的部分，受到向外的安培力，所以有擴(kuò)張的趨勢，選項B正確；圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為，圓環(huán)電阻為，則圓環(huán)中的電流大小為I＝，選項C錯誤；a、b兩點(diǎn)間的電勢差Uab＝＝，選項D正確。] 3．在一空間有方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，垂直紙面向外的磁場分布在一半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)，垂直紙面向里的磁場分布在除圓形區(qū)域外的整個區(qū)域，該平面內(nèi)有一半徑為b(b>a

13、)的圓形線圈，線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線圈與半徑為a的圓形區(qū)域是同心圓。從某時刻起磁感應(yīng)強(qiáng)度在Δt時間內(nèi)均勻減小到，則此過程中該線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為(　　) A． B． C． D． D　[磁感線既有垂直紙面向外的，又有垂直紙面向里的，所以可以取垂直紙面向里的方向為正方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B時線圈磁通量Φ1＝πB(b2－a2)－πBa2, 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為時線圈磁通量Φ2 ＝πB(b2－a2)－πBa2，因而該線圈磁通量的變化量的大小為ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝πB(b2－2a2)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小為E＝＝。故選項D正確。] 　回路中

14、電荷量的求解 4．(2019·德州模擬)如圖所示，長為L的金屬導(dǎo)線彎成一圓環(huán)，導(dǎo)線的兩端接在電容為C的平行板電容器上，P、Q為電容器的兩個極板。磁場方向垂直于環(huán)面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度以B＝B0＋kt(k>0)隨時間變化。t＝0時，P、Q兩極板電勢相等，兩極板間的距離遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。經(jīng)時間t，電容器的P極板(　　) A．不帶電 B．所帶電荷量與t成正比 C．帶正電，電荷量是 D．帶負(fù)電，電荷量是 D　[磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向為逆時針方向，Q板帶正電，P板帶負(fù)電，A錯誤；由L＝2πR，得R＝，感應(yīng)電動勢E＝·S＝k·πR2，解得E＝，電容器上的電荷量Q＝CE＝

15、，B、C錯誤，D正確。] 5．如圖甲所示，一個電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路。線圈的半徑為r1。在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示。圖線與橫、縱軸上的截距分別為t0和B0。導(dǎo)線的電阻不計。求0至t1時間內(nèi)： 甲　　　　　　　乙 (1)通過電阻R1的電流大小和方向； (2)通過電阻R1的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。 [解析]　(1)由圖象分析可知，0到t1時間內(nèi)＝ 由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝n＝n·S 而S＝πr，可得E＝ 由閉合電路歐姆定律有I1＝ 通過電

16、阻R1的電流大小為I1＝ 由楞次定律可判定通過電阻R1的電流方向為從b到a。 (2)通過電阻R1的電荷量 q＝I1t＝ 電阻R1上產(chǎn)生的熱量Q＝IR1t1＝。 [答案]　(1)　從b到a　(2)　 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢　[講典例示法] 1．E＝Blv的三個特性 (1)正交性：本公式要求磁場為勻強(qiáng)磁場，而且B、l、v三者互相垂直。 (2)有效性：公式中的l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度。如圖中，導(dǎo)體棒的有效長度為ab間的距離。 (3)相對性：E＝Blv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。 2．導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線 當(dāng)導(dǎo)體在垂直

17、于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Bl＝Bl2ω，如圖所示。 [典例示法]　(2015·全國卷Ⅱ)如圖所示，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點(diǎn)的電勢分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長度為l。下列判斷正確的是(　　) A．Ua>Uc，金屬框中無電流 B．Ub >Uc，金屬框中電流方向沿a－b－c－a C．Ubc＝－Bl2ω，金屬框中無電流 D．Ubc＝Bl2ω，金屬框中電流方向沿a－c－b－a C　[金屬框abc平面與磁場平行，轉(zhuǎn)動過程中磁

18、通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項B、D錯誤；轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則判斷Ua

19、期期末)如圖所示，矩形線框abcd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框平面垂直，線框ab長為2L，bc長為L，MN為垂直于ab并可在ab和cd上自由滑動的金屬桿，且桿與ab和cd接觸良好，abcd和MN上單位長度的電阻皆為r。讓MN從ad處開始以速度v向右勻速滑動，設(shè)MN與ad之間的距離為x(0≤x≤2L)，則在整個過程中(　　) A．當(dāng)x＝0時，MN中電流最小 B．當(dāng)x＝L時，MN中電流最小 C．MN中電流的最小值為 D．MN中電流的最大值為 BCD　[MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝BLv，MN中電流I＝＝＝，當(dāng)x＝0或x＝2L時，MN中電流最大，MN中電流的最大值為I

20、max＝，當(dāng)x＝L時，MN中電流最小，MN中電流的最小值為Imin＝，故A錯誤，B、C、D正確。] 2．如圖所示，abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為l，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌電阻不計。已知金屬桿MN傾斜放置，與導(dǎo)軌成θ角，單位長度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好)。則(　　) A．電路中感應(yīng)電動勢的大小為 B．電路中感應(yīng)電流的大小為 C．金屬桿所受安培力的大小為 D．金屬桿的發(fā)熱功率為 B　[電路中的感應(yīng)電動勢E＝Blv，感應(yīng)電流I＝＝＝，故A錯誤，B正確；金屬桿所受安培力大

21、小F＝BI＝，故C錯誤；金屬桿的發(fā)熱功率P＝I2R＝I2 r＝，故D錯誤。] 　轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 3．(多選)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示。銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸。圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場B中。圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是(　　) A．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定 B．若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動 C．若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化 D．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 AB　[由右手定則知，

22、圓盤按如題圖所示的方向轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)電流沿a到b的方向流動，選項B正確；由感應(yīng)電動勢E＝Bl2ω知，角速度恒定，則感應(yīng)電動勢恒定，電流大小恒定，選項A正確；角速度大小變化，感應(yīng)電動勢大小變化，但感應(yīng)電流方向不變，選項C錯誤；若ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則感應(yīng)電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝I2R知，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍，選項D錯誤。] 　線框在磁場中平動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 4．(2019·太原模擬)如圖所示，一電阻為R的導(dǎo)線彎成邊長為L的等邊三角形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于閉合回路所在的平面向里。下列對三角形導(dǎo)線框以速度v向右勻速進(jìn)入

23、磁場過程中的說法正確的是(　　) A．回路中感應(yīng)電流方向為順時針方向 B．回路中感應(yīng)電動勢的最大值E＝BLv C．回路中感應(yīng)電流的最大值I＝RBLv D．導(dǎo)線所受安培力的大小可能不變 B　[在進(jìn)入磁場的過程中，閉合回路中磁通量增加，根據(jù)楞次定律，閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為逆時針方向，A錯誤； 等效切割磁感線的導(dǎo)線最大長度為Lsin 60°＝L, 感應(yīng)電動勢的最大值E ＝BLv，B正確；感應(yīng)電流的最大值I＝＝BLv，C錯誤；在進(jìn)入磁場的過程中，等效切割磁感線的導(dǎo)線長度變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流大小變化，根據(jù)安培力公式可知，導(dǎo)線所受安培力大小一定變化，D錯誤。] 5．(

24、多選)如圖所示，光滑水平面上存在有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里。質(zhì)量為m、邊長為a的正方形線框ABCD斜向穿進(jìn)磁場，當(dāng)AC剛進(jìn)入磁場時線框的速度大小為v，方向與磁場邊界所成夾角為45°。若線框的總電阻為R，則(　　) A．線框穿進(jìn)磁場過程中，框中電流的方向為D→C→B→A→D B．AC剛進(jìn)入磁場時線框中感應(yīng)電流為 C．AC剛進(jìn)入磁場時線框所受安培力大小為 D．此時CD兩端電壓為Bav CD　[線框進(jìn)入磁場的過程中穿過線框的磁通量增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，則感應(yīng)電流的方向為A→B→C→D→A，A錯誤；AC剛進(jìn)入磁場時CD邊切割磁感

25、線，AD邊不切割磁感線，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Bav，則線框中感應(yīng)電流為I＝＝，故CD兩端的電壓為U＝I×R＝Bav，B錯誤，D正確；AC剛進(jìn)入磁場時線框的CD邊受到的安培力的方向與v的方向相反，AD邊受到的安培力的方向垂直于AD邊向下，它們的大小都是F＝BIa，由幾何關(guān)系可以看出，AD邊與CD邊受到的安培力的方向相互垂直，所以AC剛進(jìn)入磁場時線框所受安培力為AD邊與CD邊受到的安培力的矢量和，即F合＝F＝，C正確。] 自感和渦流　[講典例示法] 1．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

26、穩(wěn)定時，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。 2．自感中“閃亮”與“不閃亮”問題 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖 通電時 電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮 電流突然增大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定 斷電時 電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2： ①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗； ②若I2＞I1，燈泡“閃亮”后逐漸變暗。兩種情況下燈泡中電流方向均改變 [典例示法]　(2017·北京高考)如圖所示，圖甲和圖乙是教材中演示自感現(xiàn)

27、象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關(guān)S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關(guān)S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A．圖甲中，A1與L1的電阻值相同 B．圖甲中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流 C．圖乙中，變阻器R與L2的電阻值相同 D．圖乙中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等 C　[斷開開關(guān)S1瞬間，線圈L1產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的減小，通過L1的電流反向通過A1，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗，說明IL1>IA1，即RL1

28、A錯；題圖甲中，閉合開關(guān)S1，電路穩(wěn)定后，因為RL1

29、上逐漸減為零。 (3)電流穩(wěn)定時，理想的自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)線，非理想的自感線圈相當(dāng)于定值電阻。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 　通電自感現(xiàn)象的分析 1．(多選)在如圖所示的甲、乙電路中，電阻R和燈泡A電阻的阻值相等，自感線圈L的電阻值可認(rèn)為是0，在接通開關(guān)S時，則(　　) 甲　　　　　乙 A．在電路甲中，燈泡A將漸漸變亮 B．在電路甲中，燈泡A將先變亮，然后漸漸變暗 C．在電路乙中，燈泡A將漸漸變亮 D．在電路乙中，燈泡A將先由亮漸漸變暗，然后熄滅 AD　[在電路甲中，當(dāng)接通開關(guān)S時，通過與燈泡A相連的自感線圈L的電流突然增大，由于線圈的自感現(xiàn)象，自感電動勢阻礙電流的增大，所以通過燈

30、泡A的電流只能慢慢增大，故選項A正確，選項B錯誤；在電路乙中，當(dāng)接通開關(guān)S時，通過自感線圈L的電流突然增大，由于線圈的自感現(xiàn)象，開始時，自感線圈L就產(chǎn)生一個很大的自感電動勢來阻礙電流的流入，會有電流通過R和燈泡A，使燈泡A亮起，電流穩(wěn)定后，又因為自感線圈L的電阻值可認(rèn)為是0，所以燈泡A被短路，熄滅，故選項C錯誤，選項D正確。] 2．(多選)如圖所示，A、B是相同的白熾燈，L是自感系數(shù)很大、電阻可忽略的自感線圈。下面說法正確的是(　　) A．閉合開關(guān)S時，A、B燈同時亮，且達(dá)到正常 B．閉合開關(guān)S時，B燈比A燈先亮，最后一樣亮 C．閉合開關(guān)S時，A燈比B燈先亮，最后一樣亮 D．?dāng)嚅_

31、開關(guān)S時，A燈與B燈同時慢慢熄滅 BD　[由于自感的作用，閉合開關(guān)S時，B燈比A燈先亮，最后一樣亮，選項A、C錯誤，B正確；斷開開關(guān)S時，L中產(chǎn)生自感電動勢，A燈與B燈同時慢慢熄滅，選項D正確。] 　斷電自感現(xiàn)象的分析 3．(多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，線圈L的電阻不計。以下判斷正確的是(　　) A．閉合S，穩(wěn)定后，電容器的a極板帶正電 B．閉合S，穩(wěn)定后，電容器兩端電壓小于E C．?dāng)嚅_S的瞬間，通過R1的電流方向向右 D．?dāng)嚅_S的瞬間，通過R2的電流方向向右 BC　[閉合S，穩(wěn)定后，電容器相當(dāng)于斷路，線圈L相當(dāng)于短路，所以電容器b極板與電源正極相連，

32、帶正電荷，A項錯誤；電源有內(nèi)阻，電容器兩端電壓等于電路的路端電壓，小于電源電動勢，B項正確；斷開S瞬間，電容器與R2構(gòu)成回路放電，通過R2的電流方向向左，D項錯誤；斷開S瞬間，由于自感現(xiàn)象，線圈L相當(dāng)于臨時電源，阻礙原來的電流減小，通過線圈的電流方向不變，R1與線圈L構(gòu)成回路，所以通過R1的電流方向向右，C項正確。] 4．(2019·常德市一模)如圖所示的電路，開關(guān)閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在某時刻t1突然斷開開關(guān)S，則通過電阻R1中的電流I1隨時間變化的圖線可能是下圖中的(　　) 　　　　　　　　A　　　　B　　　　C　　　　　D D　[當(dāng)斷開開關(guān)，原來通過R1的電流立即消失，由

33、于電磁感應(yīng)，線圈L產(chǎn)生自感電動勢阻礙自身電流變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流流過電阻，其方向與原來流過電阻R1的電流方向相反，慢慢減小最后為0，故D正確。] 　渦流現(xiàn)象的分析與應(yīng)用 5．(多選)如圖所示，條形磁鐵位于固定的半圓光滑軌道的圓心位置。一半徑為R、質(zhì)量為m的金屬球從半圓軌道的一端沿半圓軌道由靜止下滑。重力加速度大小為g。下列說法正確的是(　　) A．金屬球會運(yùn)動到半圓軌道的另一端 B．由于金屬球沒有形成閉合電路，所以金屬球中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．金屬球受到的安培力做負(fù)功 D．系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為mgR CD　[金屬球在運(yùn)動過程中，穿過金屬球的磁通量不斷變化，在金屬球內(nèi)形成閉合回路

34、，產(chǎn)生渦流，金屬球受到的安培力做負(fù)功，金屬球產(chǎn)生的熱量不斷地增加，機(jī)械能不斷地減少，直至金屬球停在半圓軌道的最低點(diǎn)，C正確，A、B錯誤；根據(jù)能量守恒定律得系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量為mgR，D正確。] 6．(2019·深圳市第一次調(diào)研)如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端固定在天花板上，另一端拴接條形磁鐵，一個銅盤放在條形磁鐵的正下方的絕緣水平桌面上，控制磁鐵使彈簧處于原長，然后由靜止釋放磁鐵，不計磁鐵與彈簧之間的磁力作用，且磁鐵運(yùn)動過程中未與銅盤接觸，下列說法中正確的是(　　) A．磁鐵所受彈力與重力等大反向時，磁鐵的加速度為零 B．磁鐵下降過程中，俯視銅盤，銅盤中產(chǎn)生順時針方向的渦旋電流 C．磁鐵從靜

35、止釋放到第一次運(yùn)動到最低點(diǎn)的過程中，磁鐵減少的重力勢能等于彈簧彈性勢能 D．磁鐵從靜止釋放到最終靜止的過程中，磁鐵減少的重力勢能大于銅盤產(chǎn)生的焦耳熱 D　[磁鐵上下運(yùn)動時，由于穿過銅盤的磁通量發(fā)生變化，則在銅盤中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，銅盤對磁鐵有磁場力，阻礙磁鐵的運(yùn)動，則當(dāng)磁鐵所受彈力與重力等大反向時，此時磁鐵還受到下面銅盤的作用力，故此時磁鐵的加速度不為零，選項A錯誤；根據(jù)楞次定律，磁鐵下降過程中，俯視銅盤，銅盤中產(chǎn)生逆時針方向的渦旋電流，選項B錯誤；磁鐵從靜止釋放到第一次運(yùn)動到最低點(diǎn)的過程中，由于有電能產(chǎn)生，則磁鐵減少的重力勢能等于彈簧彈性勢能與產(chǎn)生的電能之和，選項C錯誤；磁體最終靜止時彈簧

36、有彈性勢能，則磁鐵從靜止釋放到最終靜止的過程中，磁鐵減少的重力勢能等于銅盤產(chǎn)生的焦耳熱與彈簧彈性勢能之和，選項D正確。] 電磁感應(yīng)現(xiàn)象與生活密切相關(guān)，高考對這部分的考查更趨向于有關(guān)現(xiàn)代氣息和STSE問題中信息題的考查。命題背景有電磁爐、電子秤、電磁卡、電磁焊接術(shù)、衛(wèi)星懸繩發(fā)電、磁懸浮列車等。 [示例]　(2017·全國卷Ⅰ)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振

37、動的衰減最有效的方案是(　　) 　　　　　　　　　A　　　　B　　 　C　 　　D A　[底盤上的紫銅薄板出現(xiàn)擾動時，其擾動方向不確定，在選項C這種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動時，穿過薄板的磁通量難以改變，不能發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，沒有阻尼效應(yīng)；在選項B、D這兩種情況下，紫銅薄板出現(xiàn)上下擾動時，也沒有發(fā)生電磁阻尼現(xiàn)象；選項A這種情況下，不管紫銅薄板出現(xiàn)上下或左右擾動時，都發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生電磁阻尼效應(yīng)，選項A正確。] [即時訓(xùn)練] 1．(多選)(2016·江蘇高考)電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流經(jīng)

38、電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說法正確的有(　　) A．選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作 B．取走磁體，電吉他將不能正常工作 C．增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢 D．弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷變化 BCD　[銅質(zhì)弦為非磁性材料，不能被磁化，選用銅質(zhì)弦，電吉他不能正常工作，A項錯誤；若取走磁體，金屬弦不能被磁化，其振動時，不能在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電吉他不能正常工作，B項正確；由E＝n可知，C項正確；弦振動過程中，穿過線圈的磁通量大小不斷變化，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流方向不斷變化，D項正確。] 2．(2019·北京豐臺區(qū)模擬)隨著科技的不斷發(fā)展，無線充電

39、已經(jīng)進(jìn)入人們的視線。小到手表、手機(jī)，大到電腦、電動汽車，都已經(jīng)實現(xiàn)了無線充電從理論研發(fā)到實際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。如圖所示為某品牌的無線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式充電的原理圖。關(guān)于無線充電，下列說法正確的是(　　) A．無線充電時手機(jī)接收線圈部分的工作原理是“電流的磁效應(yīng)” B．只有將充電底座接到直流電源上才能對手機(jī)進(jìn)行充電 C．接收線圈中交變電流的頻率與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同 D．只要有無線充電底座，所有手機(jī)都可以進(jìn)行無線充電 C　[無線充電時手機(jī)接收線圈部分的工作原理是電磁感應(yīng)，故A錯誤；當(dāng)給充電設(shè)備通以恒定直流電時，充電設(shè)備不會產(chǎn)生交變磁場，即不能正常充電，故B錯誤；接收線圈中交

40、變電流的頻率應(yīng)與發(fā)射線圈中交變電流的頻率相同，故C正確；被充電手機(jī)內(nèi)部，應(yīng)該有一類似金屬線圈的部件與手機(jī)電池相連，當(dāng)有交變磁場時，則產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，那么普通手機(jī)由于沒有金屬線圈，所以不能夠利用無線充電設(shè)備進(jìn)行充電，故D錯誤。] 3．(多選)航母上飛機(jī)彈射起飛利用的電磁驅(qū)動原理如圖所示。當(dāng)固定線圈上突然通過直流電流時，線圈左側(cè)的金屬環(huán)被彈射出去，現(xiàn)在線圈左側(cè)同一位置，先后放上用橫截面積相等的銅和鋁導(dǎo)線制成形狀、大小相同的兩個閉合環(huán)，電阻率ρ銅<ρ鋁，則合上開關(guān)S的瞬間(　　) A．從右側(cè)看，環(huán)中產(chǎn)生沿逆時針方向的感應(yīng)電流 B．銅環(huán)受到的安培力大于鋁環(huán)受到的安培力 C．若將金屬環(huán)置于線

41、圈的右側(cè)，環(huán)將向右彈射 D．電池正負(fù)極調(diào)換后，金屬環(huán)仍能向左彈射 BCD　[線圈中電流為左側(cè)流入，磁場方向為向右，在閉合開關(guān)的過程中，磁場變強(qiáng)，則由楞次定律可以知道，感應(yīng)電流由右側(cè)看為順時針，故A項錯誤；因為銅環(huán)的電阻較小，故銅環(huán)中感應(yīng)電流較大，故銅環(huán)受到的安培力要大于鋁環(huán)，故B項正確；若環(huán)放在線圈右方，根據(jù)“來拒去留”可得，環(huán)將向右運(yùn)動，故C項正確；電池正負(fù)極調(diào)換后，金屬環(huán)受力向左，故仍將向左彈出，故D項正確。] 4．(多選)渦流檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一，如圖所示，線圈中通以一定頻率的正弦交流電，靠近待測工件時，工件內(nèi)會產(chǎn)生渦流，同時線圈中的電流受渦流影響也會發(fā)生變化。下列說法中正確的是(　　) A．渦流的磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化 B．渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率 C．通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力 D．待測工件可以是塑料或橡膠制品 ABC　[由楞次定律可知，渦流的磁場總是要阻礙穿過工件磁通量的變化，A項正確；類似于變壓器，渦流的頻率等于通入線圈的交流電頻率，B項正確；由于電流在磁場中受安培力作用，故通電線圈和待測工件間存在周期性變化的作用力，C項正確；渦流必須是在導(dǎo)體中產(chǎn)生，故待測工件不能是塑料或橡膠制品，D項錯誤。] 19