赢在微点 高考复习顶层设计 大一轮物理配套课件 第十二章　电磁感应

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法拉第电磁感应定律　自感和涡流
考点1　法拉第电磁感应定律的理解和应用
考点2　导体切割磁感线产生感应电动势
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考点4　涡流　电磁阻尼和电磁驱动
法拉第电磁感应定律的理解和应用
赢在微点 物理 大一轮
必|备|知|识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。
(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：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 。
(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( )
【典例1】　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( ) V VD.4.3 V
导体切割磁感线产生感应电动势
必|备|知|识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= 。
(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( )
关|键|能|力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：
(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。
感生电动势和动生电动势同时存在问题
【典例5】　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。
　　磁场变化的同时导体做切割磁感线运动，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应代入该时刻的磁感应强度；(2)求感生电动势时回路的面积应代入该时刻回路的面积。
必|备|知|识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)。
(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( )
关|键|能|力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。
2.自感中“闪亮”与“不闪亮”问题。
【典例6】　(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
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。
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。
涡流　电磁阻尼和电磁驱动
必|备|知|识1.涡流现象。(1)涡流：块状金属放在 的磁场中，或者让它在 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 →感应电动势→感应电流。
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 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 起来。
(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( )
关|键|能|力【典例7】　(2024·甘肃卷)工业上常利用感应电炉冶炼合金，装置如图所示。当线圈中通有交变电流时，下列说法正确的是( )A.金属中产生恒定感应电流B.金属中产生交变感应电流C.若线圈匝数增加，则金属中感应电流减小D.若线圈匝数增加，则金属中感应电流不变
当线圈中通有交变电流时，感应电炉金属内的磁通量也不断随之变化，金属中产生交变感应电流，A项错误，B项正确；若线圈匝数增加，根据电磁感应定律可知，感应电动势增大，则金属中感应电流变大，C、D两项错误。
【典例8】　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
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。
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