(江苏专版)2019年高考物理总复习 第39讲 法拉第电磁感应定律讲义

第39讲 法拉第电磁感应定律,T 13—计算，考查感应电动势大小的计算,应用数学处理物理问题T 6—选择，考查楞次定律、法拉第电磁感应定律,理解与分析综合T 13—计算，考查法拉第电磁感应定律,分析综合及应用数学处理物理问题 T 13—计算，考查法拉第电磁感应定律,分析综合及应用数学处理物理问题 弱项清单,1.平均感应电动势和瞬时电动势概念理解不清； 2．感应电动势E ＝BLv 和安培力F ＝BIL 公式混淆；3．感应电动势E ＝S·ΔBΔt表达式中物理量的具体含义模糊不清．知识整合1．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____________成正比． (2)公式：E ＝________，其中n 为线圈的________． 2．部分导体切割磁感线时的感应电动势 (1)导体在匀强磁场中平动一般情况：运动速度v 和磁感线方向的夹角为θ，则E ＝________． 常用情况：运动速度v 和磁感线方向垂直，则E ＝______． (2)导体棒在匀强磁场中转动长为L 的导体棒以端点为轴，在垂直于磁感线的平面内以角速度ω匀速转动时产生的感应电动势E ＝________．方法技巧考点1 法拉第电磁感应定律的理解1．决定感应电动势大小的因素感应电动势E 的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数n ，而与磁通量的大小、磁通量变化量ΔΦ的大小无必然联系．2．磁通量变化通常有两种方式(1)磁感应强度B 不变，垂直于磁场的回路面积发生变化，此时E ＝n B ΔSΔt；(2)垂直于磁场的回路面积s 不变，磁感应强度发生变化，此时E ＝n ΔB Δt S ，其中ΔBΔt 是B­t 图象的斜率．3．公式E ＝n ΔΦΔt 中，若Δt 取一段时间，则E 为Δt 时间内感应电动势的平均值；若Δt 趋近于零，则表示感应电动势的瞬时值．【典型例题1】 穿过某闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图象分别如图中①～④所示，下列关于该回路中的感应电动势的论述，正确的是( )A ．图①中，回路产生的感应电动势恒定不变B ．图②中，回路产生的感应电动势一直在变大C ．图③中，回路在0～t 1时间内产生的感应电动势小于t 1～t 2时间内产生的感应电动势D ．图④中，回路产生的感应电动势先变小后变大【典型例题2】 如图所示，半径为2r 的弹性螺旋线圈内有垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，磁场区域的半径为r ，磁感应强度为B ，已知弹性螺旋线圈的电阻为R ，线圈与磁场区域共圆心，则以下说法中正确的是( )A ．当线圈的半径由2r 变到3r 的过程中，线圈内有顺时针的电流B ．当线圈的半径由2r 变到1.5r 的过程中，线圈内有顺时针的电流C ．当线圈的半径由2r 变到0.5r 的过程中，通过线圈横截面上的电荷量为3πr 2B4RD ．当线圈的半径由2r 变到0.5r 的过程中，通过线圈横截面上的电荷量为15πr 2B4R考点2 导体切割磁感线时的感应电动势1．导体棒切割磁感线时，可有以下三种情况2.理解公式E ＝BLv 的“四性”(1)正交性：本公式是在一定条件下得出的，除磁场为匀强磁场外，还需B 、L 、v 三者互相垂直．(2)瞬时性：若v 为瞬时速度，则E 为相应的瞬时感应电动势． (3)有效性：公式中的L 为导体切割磁感线的有效长度．(4)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．(17年南通模拟)法拉第发明了世界上第一台发电机．如图所示，圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间，两电刷M 、N 分别与盘的边缘和中心电接触良好．且与灵敏电流计相连．金属盘绕中心轴沿图示方向转动，则( )A ．电刷M 的电势高于电刷N 的电势B ．若只将电刷M 移近N ，电流计的示数变大C ．若只提高金属盘转速，电流计的示数变大D ．若只将变阻器滑片向左滑动，电流计的示数变大 考点3 公式E ＝n ΔΦΔt与E ＝BLv sin θ的区别与联系联系,公式E ＝BLv 是法拉第电磁感应定律的特例，可由E ＝n ΔΦΔt 推导得到 【典型例题3】 如图所示，边长为a 的导线框abcd 处于磁感应强度为B 0的匀强磁场中，bc 边与磁场右边界重合．现发生以下两个过程：一是仅让线框以垂直于边界的速度v 匀速向右运动，二是仅使磁感应强度随时间均匀变化．若导线框在上述两个过程中产生的感应电流大小相等，则磁感应强度随时间的变化率为( )A .2B 0v a B .B 0v aC .B 0v 2aD .4B 0v a当堂检测 1.(多选)一矩形线圈置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图所示．则线圈产生的感应电动势的情况为( )第1题图A．0时刻电动势为零B．t1时刻电动势为零C．t1～t2时间内电动势减小D．t1～t2时间内电动势增大2．如图所示，在边界MN左侧存在垂直纸面向外的匀强磁场，一圆形线框开始全部在磁场中，现将其匀速拉出磁场，在线框出磁场的过程中，关于线框中的感应电流大小，下列说法正确的是( )A．一直变大B．一直变小C．先变大后变小D．先变小后变大第2题图第3题图3．(16年江苏高考)(多选)电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音．下列说法中正确的有( )A．选用铜质弦，电吉他仍能正常工作B．取走磁体，电吉他将不能正常工作C．增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势D．弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化4．如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为U a、U b、U c.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )第4题图A ．U a >U c ，金属框中无电流B ．U b >U c ，金属框中电流方向沿a －b －c －aC ．U bc ＝－12Bl 2ω，金属框中无电流D ．U bc ＝12Bl 2ω，金属框中电流方向沿a －c －b －a5．有一面积为S ＝100 cm 2的金属环如图甲所示，电阻为R ＝0.1 Ω，环中磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直环面向里，在t 1到t 2时间内，环中感应电流的方向如何？通过金属环的电荷量为多少？甲 乙第5题图第39讲 法拉第电磁感应定律知识整合 基础自测1．(1)磁通量的变化率 (2)n ΔΦΔt 匝数2．(1)BLv sin θ BLv (2)12B ωL 2方法技巧·典型例题1·D 【解析】 根据公式E ＝nΔΦΔt，图①中磁通量不变，故回路中无感应电动势产生；图②中磁通量随时间均匀变化，回路中将产生恒定的感应电动势；图③中，在0～t 1时间磁通量变化得快，故产生的感应电动势比t 1～t 2时间内产生的感应电动势大；图④中，磁通量变化率先减小后增大，回路中产生的感应电动势也先变小后变大．答案选D.·典型例题2· C 【解析】 根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势E ＝n ΔΦΔt＝nB ΔSΔt，这个面积应有磁场区域的面积变化，A 、B 选项中弹性螺旋线圈中的磁通量没有发生变化，故没有感应电流．通过导体横截面的电荷量q ＝I －Δt ＝E －RΔt ＝n ΔΦR，选项C 正确．·变式训练·C 【解析】 由安培定则可判断U 型电磁铁左侧为N 极，右侧为S 极，圆盘转动过程，等同于无数根辐向金属棒绕其一端转动而切割磁感线，根据右手定则可知圆心处电势高于圆盘边缘；电刷M 移近N 时L 减小，根据E ＝12B ωL 2知感应电动势减小，电流计的示数变小；当转速增大时感应电动势增大，电流计的示数将变大；若只将变阻器滑片向左滑动，电流减小，电磁铁磁性减弱，感应电动势将减小，电流计的示数变小．答案选C.·典型例题3·B 【解析】 过程一为ad 边切割磁感线，产生的是动生电动势，E ＝B 0av ；过程二产生的是感生电动势，大小为E ＝ΔB Δt S ＝ΔB Δta 2.两个过程中感应电流大小相等，则感应电动势相等，有B 0av ＝ΔB Δt a 2，可解得ΔB Δt ＝B 0va，B 项正确．当堂检测1．BD 【解析】 根据E ＝n ΔB Δt S (其中ΔBΔt 是B ­t 图象的斜率)可知，感应电动势先减小后增大，t 1时刻电动势最小为0，故选项B 、D 正确．2．C 【解析】 根在线框出磁场过程中其等效切割长度即为圆形线框与磁场边界的相交弦长度，先变长后变短，故感应电动势先变大后变小，因而感应电流亦先变大后变小，选C.3．BCD 【解析】 铜质弦不能被磁化，故不能使电吉他工作，A 选项错误；取走磁铁，金属弦不能被磁化，电吉他不能正常工作；增加线圈匝数，根据法拉第电磁感应定律，可知线圈中的感应电动势将增大；弦振动过程中，线圈中磁通量做周期性变化，故将产生周期性变化的感应电流，BCD 选项正确．4．C 【解析】 金属框abc 平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B 、D 错误；转动过程中bc 边和ac 边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断U a ＜U c ，U b ＜U c ，选项A 错误；由转动切割产生感应电动势的公式得U bc ＝－12Bl 2ω，选项C 正确． 5．逆时针方向 0.01 C 【解析】 由楞次定律，可以判断出金属环中感应电流的方向为逆时针方向，由图乙可知：磁感应强度的变化率ΔB Δt ＝B 2－B 1t 2－t 1① 金属环中的磁通量的变化率 ΔΦΔt ＝ΔB Δt ·S ＝B 2－B 1t 2－t 1·S ② 环中形成的感应电流I ＝E R ＝ΔΦ/Δt R ＝ΔΦR Δt③通过金属环的电荷量Q ＝I Δt ④由①②③④式解得Q ＝（B 2－B 1）S R ＝（0.2－0.1）×1×10－20.1C ＝0.01 C.。