第2講法拉第電磁感應定律自感現象課

程

標

準素

養

目

標1.通過實驗，理解法拉第電磁感應定律．2.通過實驗，了解自感現象和渦流現象．3.能舉例說明自感現象和渦流現象在生產生活中的應用．物理觀念：法拉第電磁感應定律、渦流、電磁驅動、電磁阻尼、自感現象、互感現象．科學思維：利用磁場、磁感線等模型綜合分析電磁感應問題，從能量角度利用楞次定律分析問題，從動量角度分析電磁感應類問題．考點一考點一法拉第電磁感應定律的理解與應用【必備知識·自主落實】1．感應電動勢(1)概念：在____________現象中產生的電動勢．(2)產生條件：穿過回路的________發生改變，與電路是否閉合________．(3)“方向”判斷：感應電動勢的方向用________或________判斷．在電源內部由負極指向正極電磁感應磁通量無關楞次定律右手定則

變化率歐姆

例1[2023·湖北卷]近場通信(NFC)器件應用電磁感應原理進行通訊，其天線類似一個壓平的線圈，線圈尺寸從內到外逐漸變大．如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內部芯片時與內部線圈絕緣．若勻強磁場垂直通過此線圈，磁感應強度變化率為103T/s，則線圈產生的感應電動勢最接近(

)A．0.30VB．0.44VC．0.59VD．4.3V答案：B

例2[2023·天津卷]如圖，有一正方形線框靜止懸掛著，其質量為m、電阻為R、邊長為l.空間中有一個三角形磁場區域，其磁感應強度大小為B＝kt(k>0)，方向垂直于線框所在平面向里，且線框中磁場區域的面積為線框面積的一半，已知重力加速度為g，求：(1)感應電動勢E；(2)線框開始向上運動的時刻t0.

考點二考點二導體棒切割磁感線產生感應電動勢【必備知識·自主落實】導體切割磁感線的情形(1)若B、l、v相互垂直，則E＝Blv．

v是導體相對磁場的速度(2)v∥B時，E＝0.(3)公式中l為有效長度，示例圖：【關鍵能力·思維進階】1．感應電動勢大小計算切割方式表達式垂直切割E＝Blv傾斜切割E＝Blvsinθ，其中θ為v與B的夾角旋轉切割(以一端為軸)2.感應電動勢“方向”判斷(1)把產生感應電動勢的那部分電路或導體當作電源的內電路，那部分導體相當于電源．(2)若電路是不閉合的，則先假設有電流通過，然后應用楞次定律或右手定則判斷出電流的方向．(3)電源內部電流的方向是由負極(低電勢)流向正極(高電勢)，外電路順著電流方向每經過一個電阻電勢都要降低．考向1導體棒平動切割磁感線例3如圖所示，水平面內光滑的平行長直金屬導軌間距為L，左端接電阻R，導軌上靜止放有一金屬棒．正方形虛線框內有豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場，該磁場正以速度v勻速向右移動，則(

)A．電阻R兩端的電壓恒為BLvB．電阻R中有從a向b的電流C．導體棒以速度v向左運動D．導體棒也向右運動，只是速度比v小答案：D解析：根據楞次定律，磁場正以速度v勻速向右移動，磁通量減小，則導體棒也向右運動，阻礙磁通量的減小，但由于要產生感應電流，棒的速度比v小，C錯誤，D正確；由此可認為磁場不動棒向左切割，感應電流方向從b向a流過R，B錯誤；產生感應電動勢的大小看棒與磁場的相對速度，故電阻R兩端的電壓小于BLv，A錯誤．故選D.考向2導體棒轉動切割磁感線例4[2023·江蘇卷]如圖所示，圓形區域內有垂直紙面向里的勻強磁場，OC導體棒的O端位于圓心，棒的中點A位于磁場區域的邊緣．現使導體棒繞O點在紙面內逆時針轉動．O、A、C點電勢分別為φO、φA、φC，則(

)A．φO>φCB．φC>φAC．φO＝φAD．φO－φA＝φA－φC答案：A解析：由題圖可看出OA導體棒轉動切割磁感線，則根據右手定則可知φO>φA，其中導體棒AC段不在磁場中，不切割磁感線，電動勢為零，該段為等勢體，則φC＝φA，A正確，B、C錯誤；根據以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，則φO－φA>φA－φC，D錯誤．故選A.例5(多選)[2024·廣東汕頭統考三模]如圖甲是法拉第發明的銅盤發電機，也是人類歷史上第一臺發電機．利用這個發電機給平行金屬板電容器供電，如圖乙．已知銅盤的半徑為L，加在盤下側的勻強磁場磁感應強度為B1，盤勻速轉動的角速度為ω，每塊平行板長度為d，板間距離也為d，板間加垂直紙面向內、磁感應強度為B2的勻強磁場．

答案：BCD

考點三考點三

自感和渦流電磁阻尼與電磁驅動【必備知識·自主落實】1．自感現象(1)概念：當一個線圈中的電流變化時，它所產生的________的磁場在線圈本身激發出____________，這種現象稱為自感．(2)自感電動勢

滿足法拉第電磁感應定律①定義：在自感現象中產生的感應電動勢叫作____________．②表達式：E＝________．(3)自感系數L①相關因素：與線圈的________、形狀、匝數以及是否有鐵芯有關．②單位：亨利(H)，1mH＝________H，1μH＝10－6H．2．渦流當線圈中的電流發生變化時，在它附近的任何導體中都會產生感應電流，這種電流，看起來就像水中的漩渦，所以叫渦流．變化感應電動勢自感電動勢

大小10－33．電磁阻尼與電磁驅動的比較

電磁阻尼電磁驅動不同點成因由于導體在磁場中運動而產生感應電流，從而使導體受到安培力由于磁場運動引起磁通量的變化而產生感應電流，從而使導體受到安培力效果安培力的方向與導體運動方向相反，阻礙導體運動導體受安培力的方向與導體運動方向相同，推動導體運動能量轉化導體克服安培力做功，其他形式的能轉化為電能，最終轉化為內能由于電磁感應，磁場能轉化為電能，通過安培力做功，電能轉化為導體的機械能，而對外做功相同點兩者都是電磁感應現象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應電流的導體與磁場間的相對運動【關鍵能力·思維進階】1．自感現象的四大特點(1)自感電動勢總是阻礙導體中原電流的變化．(2)通電線圈中的電流不能發生突變，只能緩慢變化．(3)電流穩定時，自感線圈就相當于普通導體．(4)線圈的自感系數越大，自感現象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向．2．自感現象中燈泡“閃亮”與“不閃亮”的原因項目與線圈串聯的燈泡與線圈并聯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，然后逐漸減小達到穩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態電流為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，兩種情況燈泡中電流方向均改變考向1自感現象例6[2023·北京卷]如圖所示，L是自感系數很大、電阻很小的線圈，P、Q是兩個相同的小燈泡，開始時，開關S處于閉合狀態，P燈微亮，Q燈正常發光，斷開開關(

)A．P與Q同時熄滅B．P比Q先熄滅C．Q閃亮后再熄滅D．P閃亮后再熄滅答案：D解析：由題知，開始時，開關S閉合時，由于L的電阻很小，Q燈正常發光，P燈微亮，斷開開關前通過Q燈的電流遠大于通過P燈的電流，斷開開關時，Q所在電路未閉合，立即熄滅，由于自感，L中產生感應電動勢，與P組成閉合回路，故P燈閃亮后再熄滅．故選D.例7(多選)[2024·湖南校聯考模擬預測]相同的電燈A1、A2和自感系數較大的電感線圈L接入如圖甲的電路中，電源電動勢為E，內阻不計．閉合開關S待電路穩定后開始計時，t1時刻斷開開關S，t2時刻整個電路的電流均為零．t1前后通過電燈A2的電流—時間(iA2-t)圖像如圖乙，用I1和I2分別表示開關S斷開瞬間通過電燈A2的電流大小．下列說法正確的是(

)A．電感線圈的直流電阻不可忽略B．斷開開關S后，電燈A1、A2電流大小始終相等C．斷開開關S后，流過電燈A2的電流方向向左D．線圈的自感系數是由線圈本身決定，與是否有鐵芯無關答案：AB解析：因為相同的電燈A1、A2，電路穩定，由圖像可知通過電感線圈L支路的電流小于通過電燈A2支路的電流，所以電感線圈的直流電阻不可忽略，A正確；穩定后當開關S斷開瞬間，由于線圈的自感現象，線圈中的電流只能逐漸減小，線圈L、電燈A1、A2構成閉合回路，兩燈都過一會兒再熄滅，電燈A1、A2電流大小始終相等，且流過燈A2的電流方向向右，故B正確，C錯誤；有鐵芯時線圈的自感系數比沒有鐵芯時要大得多，D錯誤．故選AB.考向2渦流現象例8[2023·全國乙卷]一學生小組在探究電磁感應現象時，進行了如下比較實驗．用圖(a)所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通．兩管皆豎直放置，將一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內下落至管的下端．實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖(b)和圖(c)所示，分析可知(

)A.圖(c)是用玻璃管獲得的圖像B．在鋁管中下落，小磁體做勻變速運動C．在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D．用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短答案：A解析：強磁體在鋁管中運動，鋁管會形成渦流，玻璃是絕緣體，故強磁體在玻璃管中運動，玻璃管不會形成渦流．強磁體在鋁管中加速后很快達到平衡狀態，做勻速直線運動，而玻璃管中的磁體則一直做加速運動，故由圖像可知圖(c)的脈沖電流峰值不斷增大，說明強磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運動情況相符，A正確；在鋁管中下落，脈沖電流的峰值一樣，磁通量的變化率相同，故小磁體做勻速運動，B錯誤；在玻璃管中下落，玻璃管為絕緣體，線圈的脈沖電流峰值增大，電流不斷在變化，故小磁體受到的電磁阻力在不斷變化，C錯誤；強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在鋁管中，磁體在線圈間做勻速運動，玻璃管中磁體在線圈間做加速運動，故用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長，D錯誤．故選A.考向3電磁阻尼和電磁驅動例9[2023·浙江1月]如圖甲所示，一導體桿用兩條等長細導線懸掛于水平軸OO′，接入電阻R構成回路．導體桿處于豎