第12章 第2讲 法拉第电磁感应定律 自感和涡流(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第十二章 电磁感应 第2讲　法拉第电磁感应定律　 自感和涡流 1.理解法拉第电磁感应定律,会用E=n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。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点1　法拉第电磁感应定律的理解和应用 1.感应电动势。 (1)概念:在_____________中产生的电动势。 ①感生电动势:由于____________而激发出感生电场,由感生电场而产生的感应电动势。 ②动生电动势:由于导体在磁场中______而产生的感应电动势。 (2)条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的________发生变化,电路中就一定有感应电动势。 电磁感应现象 磁场的变化 运动 磁通量 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)与感应电流的关系:遵守_________欧姆定律,即I=。 2.法拉第电磁感应定律。 (1)定律内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的__________ _____成正比。 (2)公式:E=_____。其中n为线圈的______。 闭合电路 磁通量的变 化率 n 匝数 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)磁通量为零时磁通量的变化率不一定为零( ) (2)穿过线圈的磁通量变化越大,感应电动势越大( ) (3)电路断开,磁通量发生变化时不产生感应电流,也没有感应电动势产生( ) 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.对法拉第电磁感应定律的理解。 (1)感应电动势的大小由线圈的匝数和穿过线圈的磁通量的变化率共同决定,而与磁通量Φ的大小、变化量ΔΦ的大小没有必然联系。 (2)磁通量的变化率对应Φ-t图线上某点切线的斜率。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.应用法拉第电磁感应定律的三种情况。 (1)磁通量的变化是由面积变化引起时,ΔΦ=B·ΔS,则E=n。 (2)磁通量的变化是由磁场变化引起时,ΔΦ=ΔB·S,则E=n。 (3)磁通量的变化是由面积和磁场变化共同引起时,则ΔΦ=Φ末-Φ初,E= n≠n。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例1】　(2023·湖北卷)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯,其天线类似一个压平的线圈,线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示,一正方形NFC线圈共3匝,其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm,图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁 场垂直通过此线圈,磁感应强度变化率为103 T/s,则线圈产生的感应电动势最接近(　　) A.0.30 V B.0.44 V C.0.59 V D.4.3 V 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据法拉第电磁感应定律可知E===103×(1.02+1.22+1.42) ×10-4 V=0.44 V,B项正确。 答案　B 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例2】　如图所示,竖直放置的矩形导线框MNPQ边长分别为L和2L,M、N间连接水平的平行板电容器,两极板间距为d,虚线为线框中轴线,虚线右侧有垂直线框平面向里的匀强磁场。两极板间有一质量为m、电荷量为q的带负电油滴恰好处于平衡状态,已知重力加速度为g,则该磁场磁感应强度大小B的变化情况及其变化率分别是(　　) A.正在减小,= B.正在减小,= C.正在增强,= D.正在增强,= 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　电荷量为q的带负电的油滴恰好处于静止状态,电场力竖直向 上,则电场强度方向竖直向下,所以电容器的上极板带正电,线框上端相当于电源正极,感应电动势沿逆时针方向,感应电流的磁场方向和原磁场方向相反,根据楞次定律可知,穿过线框的磁通量在均匀增强,线框产生的感应电动势E=UMN=S=L2,油滴所受电场力与重力大小相等,则q=mg,联立以上两式得,线圈中的磁通量变化率的大小为=, D项正确。 答案　D 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点2　导体切割磁感线产生感应电动势的计算 导体切割磁感线产生感应电动势的三种情形。 (1)垂直切割时,E=____。 (2)倾斜切割时,E=________,其中θ为v与B的夹角。  (3)旋转切割(以导体的一端为轴)时,E=_________。 Blv Blvsin θ Bl2ω 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)公式E=Blv的适用条件是B、l、v三者的方向两两垂直( ) (2)只要磁场与导体棒间有相对运动,导体棒中就产生感应电动势 ( ) (3)长度一定的导体棒的速度越大,磁感应强度越大,感应电动势一定越大( ) 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.E=Blv的三个特性。 (1)正交性:本公式要求磁场为匀强磁场,而且B、l、v三者的方向两两垂直。 (2)有效性。 公式E=Blv中的l为导体两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度。如图,导体的有效长度分别为: 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 图甲:l=cdsin β。 图乙:沿v方向运动时,l=MN。 图丙:沿v1方向运动时,l=R;沿v2方向运动时,l=R。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)相对性:E=Blv中的速度v是导体相对磁场的速度,若磁场也在运动,应注意速度间的相对关系。 2.导体旋转切割磁感线产生感应电动势的三种情况。 (1)以中点为轴时,E=0,即两段产生的感应电动势大小相等,方向相反,代数和为0。 (2)以端点为轴时,E=Bl2ω,也可理解为切割的平均速度为lω。 (3)以任意点为轴,E=Bω(-),其中l1、l2分别为转轴到两端点的距离,E为导体两端点间的电势差。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向1　有效长度问题 【典例3】　如图所示,一电阻为R的导线弯成边长为L的等边三角形闭合回路。虚线MN右侧有磁感应强度大小为B的匀强磁场,方向垂直于闭合回路所在的平面向里。在三角形导线以速度v向右匀速进入磁场过程中,下列说法正确的是(　　) A.回路中感应电流方向为顺时针方向 B.回路中感应电动势的最大值E=BLv C.回路中感应电流的最大值I=RBLv D.导线所受安培力的大小可能不变 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　在进入磁场的过程中,闭合回路中磁通量增加,根据楞次定律,闭合回路中产生的感应电流方向为逆时针方向,A项错误;等效切割磁感线的导线最大长度为Lsin 60°=L,感应电动势的最大值E=BLv,B项正确;感应电流的最大值I==BLv,C项错误;在进入磁场的过程中,等效切割磁感线的导线长度变化,产生的感应电动势和感应电流大小变化,根据安培力公式可知,导线所受安培力大小一定变化,D项错误。 答案　B 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　平动切割磁感线 【典例4】　如图所示,平行导轨间距为d,一端跨接一个电阻R。匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在平面。金属棒与导轨的电阻均不计。当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在金属导轨上滑行时,通过电阻R的电流是(　　) A. B. C. D. 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　电流应等于感应电动势除以电阻R,问题在于感应电动势应如何计算。由于这里有明显的金属切割磁感线的运动,故不妨用E=Blv的办法计算。能够引起感应电流的电动势是MN间产生的电动势,所以有效切割长度应为MN,而MN用已知参数表示应为,所以有效切割长度l=。解得E=Blv= ,I==,D项正确。 答案　D 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向3　旋转切割磁感线 【典例5】　(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘旋转时,关于流 过电阻R的电流,下列说法正确的是(　　) A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定 B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动 C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化 D.若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　圆盘切割磁感线产生的感应电动势E=Br∝ω,感应电流I=∝ω,即圆盘转动的角速度恒定,电流大小恒定,A项正确;圆盘切割磁感线,相当于圆盘圆心与铜片P间的半径切割磁感线,根据右手定则,电流沿a到b的方向流动,B项正确;由右手定则知感应电流的方向与圆盘转动的角速度大小无关,C项错误;由A项分析知I∝ω,又P=I2R∝ω2,角速度变为原来的2倍,则R上的热功率变为原来的4倍,D项错误。 答案　AB 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向4　感生电动势和动生电动势同时存在问题 【典例6】　如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0= 0.10 Ω/m,导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20 m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020 T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0 s时金属杆所受的安培力。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　方法一:(感生电动势和动生电动势叠加) 以a表示金属杆运动的加速度,在t时刻,金属杆与初始位置的距离L=at2, 此时杆的速度v=at, 这时,杆与导轨构成的回路的面积S=Ll, 回路的感应电动势E=S+Blv, 而B=kt,==k, 回路的总电阻R=2Lr0, 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 回路中的感应电流i=, 作用于杆的安培力F=Bli, 解得F=, 代入数据为F=1.44×10-3 N。 方法二: 以a表示金属杆运动的加速度,在t时刻,金属杆与初始位置的距离L=at2, 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 t时刻的磁通量Φ=BlL=ktl·at2=klat3, 磁通量的变化量 ΔΦ=Φ2-Φ1=kla-kla=kla(-), 感应电动势 E==kla=kla(+t1t2+), 在上式中,当Δt→0,即t1=t2=t时,有 E=klat2=3klL, 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 安培力F=Bli=ktl=ktl=, 代入数据,解得F=1.44×10-3 N,与方法一所得结果相同。 答案　1.44×10-3 N 【易错警示】　磁场变化的同时导体切割磁感线运动,求某时刻的电动势时,有两点容易产生错误之处:(1)求动生电动势时磁感应强度B应代入该时刻的感应电动势;(2)求感生电动势时回路的面积应代入该时刻回路的面积。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点3　自感现象 1.概念:由于导体本身的______变化而产生的电磁感应现象称为自感,由于自感而产生的感应电动势叫作___________。 2.表达式:E=______。 3.自感系数L。 (1)相关因素:与线圈的_____、形状、_____以及是否有_____有关。 (2)单位:亨利,符号是H(1 mH=10-3 H,1 μH=10-6 H)。 电流 自感电动势 L 大小 匝数 铁芯 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)线圈中电流越大,自感电动势越大( ) (2)对同一线圈,电流的变化越快,线圈中的自感电动势也越大( ) (3)自感电动势起到阻止原电流变化的作用( ) 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题。   与线圈串联的灯泡 与线圈并联的灯泡 电路图     通电时 电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮 电流突然增大,然后逐渐减小达到稳定 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 断电时 电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变 电路中稳态电流为I1、I2: ①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗; ②若I2>I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。 两种情况下灯泡中电流方向均改变 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例7】　(多选)如图所示,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很 大、电阻可忽略的自感线圈。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关S时,A、B灯同时亮,且达到正常 B.闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮 C.闭合开关S时,A灯比B灯先亮,最后一样亮 D.断开开关S时,A灯与B灯同时慢慢熄灭 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由于自感的作用,闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮,A、C两项错误,B项正确;断开开关S时,L中产生自感电动势,A灯与B灯同时慢慢熄灭,D项正确。 答案　BD 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 对自感现象的深度理解 (1)电流稳定时,线圈中不产生自感电动势,线圈相当于导体,是否需要考虑其电阻,依题意而定。 (2)通电自感:通电时线圈中产生自感电动势阻碍电流的增大,随着电流的增大,电流的变化率减小,自感电动势减小,阻碍作用减弱。 (3)断电自感:断电时线圈相当于电源,是把线圈中储存的磁场能转化为电能释放出来。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点4　涡流　电磁驱动和电磁阻尼 1.涡流现象。 (1)涡流:块状金属放在变化的磁场中,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:金属块内磁通量变化→感应电动势→感应电流。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 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,安培力总是阻碍导体的运动。 3.电磁驱动。 如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流使导体受到安培力而运动起来。 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (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( ) 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例8】　电磁炉又名电磁灶(图甲),它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高。图乙是描述电磁炉工作原理的示意图,下列说法正确的是(　　) 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.电磁炉通电线圈加直流电,电流越大,电磁炉加热效果越好 B.电磁炉原理是通电线圈加交流电后,在锅底产生涡流,进而发热工作 C.在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,电磁炉不能起到加热作用 D.电磁炉的锅不能用陶瓷锅或耐热玻璃锅,主要原因是这些材料的导热性能较差 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　电磁炉通电线圈加直流电,会产生恒定磁场,穿过锅底的磁通量不会发生变化,不能产生涡流,所以没有加热效果,A项错误;电磁炉的原理是交变电流通过线圈产生交变磁场,穿过锅底的磁通量发生改变,在锅底产生涡流,进而发热工作,B项正确;在锅和电磁炉中间放一绝缘物质,不会影响涡流的产生,因此不会影响电磁炉的加热作用,C项错误;金属锅自身产生无数小涡流而直接加热锅,陶瓷锅或耐热玻璃锅属于绝缘材料,不会产生涡流,而不是因为导热性能较差,D项错误。 答案　B 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例9】　如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁,磁铁的N极向下。将磁铁托起到某一高度(弹簧处于压缩状态)后放开,磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合金属圆环(如图所示),仍将磁铁托起到同一高度后放开,磁铁就会很快地停下来。针对这个现象下列解释正确的是(　　) A.磁铁和弹簧组成的系统机械能守恒 B.若磁铁的S极向下,磁铁振动时间会变长 C.磁铁很快停下来的主要原因是圆环中产生 了感应电流 D.金属圆环的制作材料一定不是铝,因为磁铁对铝不会产生力的作用 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 44 解析　由楞次定律,线圈中产生感应电流,使磁铁始终受到阻碍,时而表现为引力,时而表现为斥力,导致电流做功,从而使系统的机械能转化为内能,A项错误;根据楞次定律,下面的线圈会阻碍磁铁运动,所以当磁铁向下靠近金属线圈时,线圈中产生了逆时针的感应电流(俯视),两者之间表现为相互排斥,同理当磁铁向上远离金属线圈时,根据楞次定律,可得线圈中产生了顺时针的感应电流(俯视),两者之间表现为相互吸引,因此与磁铁的磁极无关,B项错误;磁铁很快停下来的主要原因是圆环 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 中产生了感应电流,C项正确;金属圆环的制作材料可以是铝,只要是金属,就会产生感应电流,出现安培力,D项错误。 答案　C 第2讲　法拉第电磁感应定律　自感和涡流 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$