第11章 第2节 法拉第电磁感应定律 涡流 自感(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

第2节　法拉第电磁感应定律　涡流　自感 一、法拉第电磁感应定律 1．感应电动势 (1)概念：在电磁感应现象中产生的电动势。 (2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。 (3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。 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，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 (2)公式：E＝n，其中n为线圈匝数。 (3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路的欧姆定律，即I＝。 3．导体切割磁感线的情形 v是导体相对磁场的速度 切割方式 电动势表达式 说明 平动切割 E＝BLv ①导体棒与磁场方向垂直 ②速度v与磁场垂直 ③磁场为匀强磁场 转动切割 (以一端为轴) E＝BL2ω 二、涡流　电磁阻尼与电磁驱动 1．涡流 (1)定义：在变化的磁场中的导体内产生的感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。 (2)涡流的特点：a．涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。b．磁场变化越快，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。 (3)涡流的应用：涡流热效应的应用，如真空冶炼炉；涡流磁效应的应用，如探雷器、安检门。 (4)涡流的防止：电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。 2．电磁阻尼与电磁驱动 (1)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，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。 (2)电磁驱动：如果磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。 三、自感 1．自感现象 (1)概念：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫作自感现象。 (2)自感电动势：由于自感而产生的感应电动势。 自感电动势大小：E＝L。 2．自感系数 (1)概念：自感电动势与导体中电流的变化率成正比，比例系数则为自感系数，简称自感或电感。 (2)决定因素：自感系数L与线圈的形状、长短、匝数及有无铁芯有关。如果线圈内有铁芯，则自感系数L会比没有铁芯时大得多。 (3)单位：亨利(符号H)1 H＝1×103 mH＝1×106 μH。 (4)物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量。数值上等于通过线圈的电流在1 s内改变1 A时产生的自感电动势的大小。 一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)磁通量为零时，磁通量的变化率也为零。 (×) (2)磁通量的变化率越大，则感应电动势一定大。 (×) (3)感应电动势是标量但有方向，其方向可以利用楞次定律或右手定则来判断。 (√) (4)当电路是闭合回路时一定产生感应电动势。 (×) (5)导体切割磁感线时产生的电动势大小一定是E＝Blv。 (×) (6)电磁炉是利用涡流原理来工作的。 (√) 二、教材习题衍生 1．(粤教版选择性必修第二册改编)如图所示，半径为r的n匝线圈放在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场充满正方形区域并垂直穿过该区域，当磁场以的变化率变化时，线圈产生的感应电动势大小为(　　) A．0 B．n·L2 C．n·πr2 D．n·r2 B　[由法拉第电磁感应定律可知线圈产生的自感电动势E＝n·L2，故B正确。] 2．(人教版选择性必修第二册改编)如图所示，匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b，磁场方向与线圈所在平面垂直，磁感应强度B随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为2∶1，匝数之比为1∶2。线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，某时刻磁通量分别为Φa和Φb，不考虑两线圈间的相互影响，则a、b线圈中产生的感应电动势之比Ea∶EbO为 (　　) A．1∶2 B．2∶1 C．4∶1 D．1∶4 B　[任意时刻两个圆的磁感应强度相同，根据法拉第电磁感应定律有E＝n＝nS＝nπr2，因相同，则有Ea∶Eb＝nar∶nbr＝2∶1。故B项正确。] 3．(人教版选择性必修第二册改编)(多选)如图是金属圆盘发电机的原理图。匀强磁场垂直于金属圆盘，电阻R通过导线与两块铜片电刷D、C连接，D、C分别与转动轴和圆盘的边缘良好接触。圆盘绕通过圆心O的固定转动轴按图示顺时针方向转动，电阻R中就有电流通过。则(　　) A．电流方向由D经过电阻R流向C B．通过电阻R的电流大小与铜盘的半径成正比 C．通过电阻R的电流大小与磁感应强度成正比 D．通过电阻R的电流大小与圆盘转动的角速度成正比 CD　[金属圆盘按图示方向转动，切割磁感线，产生感应电动势，根据右手定则可判断圆盘边缘电势比轴心电势高，故电流方向由C经过电阻R流向D，选项A错误；根据法拉第电磁感应定律知感应电动势E＝Bl＝