专题11 第2课时 法拉第电磁感应定律、自感和涡流(课件PPT)-【零起点考大学】2026年高考物理高效备考方案

零起点考大学 物 理 第二课时 法拉第电磁感应定律 专题十一 电磁感应、交流电 法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律 一 自感和涡流 二 考点3：法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律 1.感应电动势 （1）感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势。产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源内阻。 （2）感应电流与感应电动势的关系：遵循闭合电路欧姆定律，即。 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：，n为线圈匝数。 考点3：法拉第电磁感应定律 3.导体切割磁感线的情形 （1）导体平动切割磁感线：E=Blv。 ①有效长度：l为导体两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度。 ②相对速度：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。 考点3：法拉第电磁感应定律 图甲：。 图乙：沿v方向运动时，。 图丙：沿v1方向运动时，l＝2R；沿v2方向运动时，l＝R。 有效长度：l为导体两端点连线在垂直于速度方向上的投影长度。 考点3：法拉第电磁感应定律 （2）导体转动切割磁感线：。 如图，当长为l的导体在垂直于匀强磁场(磁感应强度为B)的平面内，绕一端以角速度ω匀速转动，当导体运动Δt时间后，转过的弧度θ＝ωΔt，扫过的面积，则。 即学即练 1.（2022全国乙卷）如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l =0.40 m的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ=5.0×10-3 Ω/m；在t=0到t=3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)=0.3－0.1t(SI)。求： （1）t=2.0 s时金属框所受安培力的大小； （2）在t=0到t=2.0 s时间内金属框产生的焦耳热。 即学即练 1.（2022全国乙卷）如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l =0.40 m的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ=5.0×10-3 Ω/m；在t=0到t=3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)=0.3－0.1t(SI)。求： （1）t=2.0 s时金属框所受安培力的大小； 【解析】（1）金属框的总电阻为R=4lλ=4×0.4×5×10-3 Ω=0.008 Ω， 金属框中产生的感应电动势为， 金属框中的电流为， t=2.0 s时磁感应强度为B2=(0.3－0.1×2) T=0.1 T， 金属框处于磁场中的有效长度为，此时金属框所受安培力大小为 FA=B2IL=。 即学即练 1.（2022全国乙卷）如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为l =0.40 m的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ=5.0×10-3 Ω/m；在t=0到t=3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)=0.3－0.1t(SI)。求： （2）在t=0到t=2.0 s时间内金属框产生的焦耳热。 【解析】（2）0~0.2 s内金属框产生的焦耳热为 Q=I2Rt=12×0.008×2 J=0.016 J 【答案】（1） （2）0.016 J 即学即练 2.（2024湖南卷）如图，有一硬质导线Oabc，其中abc是半径为R的半圆弧，b为圆弧的中点，直线段Oa长为R且垂直于直径ac。该导线在纸面内绕O点逆时针转动，导线始终在垂直纸面向里的匀强磁场中，则O、a、b、c各点电势关系为（ ） A.φO>φa>φb>φc B.φO<φa<φb<φc C.φO>φa>φb=φc D.φO<φa<φb=φc C 【解析】如图，相当于Oa、Ob、Oc导体棒转动切割磁感线，根据右手定则可知O点电势最高；根据E=Blv=Bωl2，同时有lOb=lOc=5R，可得0<UOa<UOb=UOc，得φO>φa>φb=φc，故选C。 即学即练 3.（2023辽宁卷）如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是（ ） C 【解析】如图所示，设导体棒匀速转动的速度为v，导体棒从A到B过程，棒转过的角度为θ，则导体棒垂直磁感线方向的分速度为v⊥=vcos θ，可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦变化，根据左手定则可知，导体棒经过B点和B点关于P点的对称点时，电流方向发生变化，根据u=BLv⊥，可知导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像为余弦图像。 知识拓展 （1）感应电动势大小的决定因素。 ①感应电动势的大小由穿过闭合电路的磁通量的变化率ΔΦ/Δt和线圈的匝数共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系。 ②当ΔΦ仅由B引起时，则； 当ΔΦ仅由S引起时，则。 （2）磁通量的变化率在Φ-t图像上的几何意义。 磁通量的变化率ΔΦ/Δt是Φ-t图像上某点切线的斜率。 考点4：自感与涡流 1.自感现象 （1）概念：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，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。 （2）表达式：。 （3）自感系数L的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。 自感与涡流 考点4：自感与涡流 2.涡流 （1）涡流：当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生像水的旋涡状的感应电流。 （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。 （2）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，使导体受到安培力作用，安培力使导体运动起来。交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。 即学即练 1.(多选)图(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯泡A的电阻，接通S，电路达到稳定后，灯泡A发光，则（ ） A.在电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗 B.在电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 C.在电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗 D.在电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 AD 【解析】在电路(a)中，灯A和线圈L串联，它们的电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，流过灯A的电流逐渐减小，因而灯A渐渐变暗。在电路(b)中，电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S后，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过电阻R、灯泡A形成回路，灯泡A中电流突然变大，灯泡A先变得更亮，然后渐渐变暗，故AD正确。 知识拓展 （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。 知识拓展 （2）自感现象的四大特点。 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，但它不能使过程停止，更不能使过程反向。 （3）断电自感中，灯泡是否闪亮问题。 ①通过灯泡的自感电流大于原电流时，灯泡闪亮。 ②通过灯泡的自感电流小于或等于原电流时，灯泡不会闪亮。 $