第10章 第30讲 法拉第电磁感应定律 自感现象-【名师大课堂】2025年高考物理艺术生总复习必备（word教师用书）

第30讲　法拉第电磁感应定律　自感现象 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：穿过电路的__磁通量__发生了变化，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． (4)感应电流与感应电动势的关系：遵循__闭合电路欧姆定律__，即I＝____． 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，为磁通量的__变化率__． 3．导体切割磁感线的情形 (1)若B、l、v相互垂直，则E＝__Blv__． (2)若B⊥l，l⊥v，v与B夹角为θ，则E＝__Blv_sin_θ__． 点拨：若v∥B，则E＝0. 二、自感与涡流 1．自感 (1)定义：由于导体本身的__电流__变化而产生的电磁感应现象称为自感． (2)自感电动势 a．定义：在自感现象中产生的感应电动势叫作__自感电动势__． b．表达式：E＝L. (3)自感系数L a．相关因素：与线圈的大小、形状、__匝数__以及是否有__铁芯__等有关． b．单位：亨利(H).1 mH＝10-3H，μH＝10-6H. 2．涡流 (1)涡流：块状金属放在__变化磁场__中，或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的旋涡状感应电流． (2)产生原因：金属块内__磁通量__变化→感应电动势→感应电流． 3．电磁阻尼 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__导体的相对运动． 4．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使导体运动起来． 点拨：电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用． 考点一　法拉第电磁感应定律的理解和应用 1．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较 物理量 磁通量Φ 磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化率 意义 某时刻穿过某个面的磁感线的条数 某段时间内穿过某个面的磁通量变化多少 穿过某个面的磁通量变化的快慢 大小 Φ＝BS cos θ ΔΦ＝Φ2－Φ1 ①ΔΦ＝B·ΔS ②ΔΦ＝S·ΔB ③ΔΦ＝B2S2－B1S1 ①＝B ②＝S ③＝ 2.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，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Φ­t图线上某点切线的斜率． (3)公式E＝n求解的是一个回路中某时间内的平均电动势，在磁通量均匀变化时，瞬时值才等于平均值． (4)通过回路截面的电荷量q＝，即q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关． 3．应用法拉第电磁感应定律的三种情况 产生原因 ΔΦ E 面积变化 ΔΦ＝B·ΔS E＝nB 磁场变化 ΔΦ＝ΔB·S E＝nS 面积和磁场共同变化 ΔΦ＝Φ末－Φ初 E＝n 　如图所示，a、b两个闭合线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，半径ra＝2rb，图示区域内有匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀减小，则下列说法正确的是(　B　) A．a、b线圈中产生的感应电流方向均沿逆时针方向 B．a、b线圈均有扩张趋势 C．a、b线圈中产生的感应电动势之比Ea∶Eb＝2∶1 D．a、b线圈中产生的感应电流之比Ia∶Ib＝4∶1 解析：根据楞次定律的推广含义“增反减同”，再利用安培定则可以判断出a、b线圈中产生的感应电流方向均沿顺时针方向，A错误；根据楞次定律的推广含义“增缩减扩”可知，a、b线圈均有扩张趋势，B正确；由法拉第电磁感应定律有E＝n，则＝＝＝＝，C错误；根据R＝ρ可知，两线圈的电阻之比等于周长之比，为2∶1，由闭合电路欧姆定律有I＝，则＝×＝，D错误． 考点二　感应电动势的计算 1．感应电动势求解的“四种”情形 情景图 研究对象 回路(不一定闭合) 一段直导线(或等效成直导线) 绕一端垂直匀强磁场匀速转动的一段导体棒 绕与B垂直的轴匀速转动的导线框 表达式 E＝n E＝Blv sin θ E＝Bl2ω E＝NBSωsin ωt(从中性面位置开始计时) 2．导体切割磁感线的三种情况 导体棒切割磁感线时，可有以下三种情况 切割方式 电动势表达式 说明 垂直切割 E＝Blv ①导体棒与磁场方向垂直 ②磁场为匀强磁场 倾斜切割 E＝Blv sin θ其中θ为v与B的夹角 旋转切割(以一端为轴) E＝Bl2ω 3．E＝Blv五性的含义 名词 含义 正交性 B、l、v三者互相垂直 瞬时性 若v为瞬时速度．则E为相应的瞬时感应电动势 平均性 导体平动切割磁感线时，若v为平均速度，则E为平均感应电动势 有效性 公式中的l为导体切割磁感线的有效长度．如图中棒的有效长度为ab间的距离 相对性 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 4.“找、判、定”三步确定电势的高低 5．公式E＝n与E＝Blv的比较 E＝n E＝Blv 区别 研究 对象 闭合回路 回路中做切割磁感线运动的部分导体 研究 内容 平均电动势 (1)若v为瞬时速度，则求的是瞬时感应电动势 (2)若v为平均速度，则求的是平均感应电动势 适用 范围 对任何电磁感应现象普遍适用 只适用于导体切割磁感线的运动 联系 E＝Blv由E＝n在一定条件下推导得到，导体切割磁感线运动时，常用E＝Blv求E，磁感应强度变化时，常用E＝n求E 　 如图是半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由θ确定，则(　A　) A．θ＝0时，杆产生的电动势为2Bav B．θ＝时，杆产生的电动势为Bav C．θ＝0时，杆受的安培力大小为 D．θ＝时，杆受的安培力大小为 解析：当θ＝0时，导体杆的等效长度最大，为2a，这时感应电动势E＝2Bav，A正确；根据f＝BIl，I＝＝＝，联立可得F＝，C错误；当θ＝时，导体杆的等效长度为a，这时感应电动势E＝Bav，B错误；根据F＝BIl，I＝＝＝，联立可得F＝，D错误；所以答案选A. 考点三　自感现象和涡流 1．自感现象“阻碍”作用的理解 (1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增加，使其缓慢地增加． (2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流的减小，使其缓慢地减小． 2．自感现象的四个特点 (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，自感线圈就相当于普通导体． (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，不能使过程停止，更不能使过程反向． 3．自感中灯泡“闪亮”与“不闪亮”的原因 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 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．两种情况灯泡中电流方向均改变 　(自感)(多选)如图所示电路，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计．LA、LB是两个相同的灯泡，则(　BC　) A．S闭合瞬间，LA不亮，LB很亮 B．S闭合瞬间，LA、LB同时亮，然后LA逐渐变暗到熄灭，LB变得更亮 C．S断开瞬间，LA闪亮一下才熄灭，LB立即熄灭 D．S断开瞬间，LA、LB立即熄灭 解析：闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，LA、LB同时亮，且亮度相同；随着L中电流增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，分流作用增大，LA逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，LB变亮，A错误．B正确；断开S，LB立即熄灭，线圈中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过LA灯，LA闪亮一下后熄灭，C正确，D错误． 学科网（北京）股份有限公司 $$