1、第2节法拉第电磁感应定律及其应用必备知识预案自诊知识梳理一、法拉第电磁感应定律1.感应电动势(1)概念:在中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的发生改变,与电路是否闭合。(3)方向判断:感应电动势的方向用或判断。2.法拉第电磁感应定律(1)内容:感应电动势的大小跟穿过这一电路的成正比。(2)公式:E=nt,其中n为线圈匝数。(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路的定律,即I=。3.导体切割磁感线的情形切割方式电动势表达式说明平动切割E=导体棒与磁场方向垂直速度v与磁场垂直磁场为匀强磁场转动切割(以一端为轴)E=注: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
2、间的相对关系。二、自感、涡流1.自感现象(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。(2)自感电动势定义:在自感现象中产生的感应电动势叫作。表达式:E=。(3)自感系数L相关因素:与线圈的、形状、以及是否有铁芯有关。单位:亨利(H),1 mH= H,1 H= H。2.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,这种电流像水的漩涡所以叫涡流。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,安培力的方向总是导体的运动。4.电磁驱动如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生使导体受到安培力而运动起来。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)=0,t不一定等于0。
3、()(2)线圈匝数n越多,磁通量越大,产生的感应电动势也越大。()(3)公式E=Blv中的l是导体棒的总长度。()(4)磁场相对导体棒运动时,导体棒中也可能产生感应电动势。()(5)线圈中的电流越大,自感系数也越大。()(6)对于同一线圈,当电流变化越快时,线圈中的自感电动势越大。()2.(新教材人教版选择性必修第二册P31“思考与讨论”改编)如图,导体棒CD在匀强磁场中运动,导体棒中的自由电荷是电子。自由电荷会随着导体棒运动,并因此受到洛伦兹力。不必考虑自由电荷的热运动,导体棒中自由电荷相对于纸面的运动大致沿什么方向?导体棒一直运动下去,自由电荷是否总会沿着导体棒运动?为什么?导体棒哪端的电
4、势比较高?3.(新教材人教版选择性必修第二册P35“思考与讨论”改编)磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,指针也固定在铝框上(如图)。铝框的作用是什么?4.(新教材人教版选择性必修第二册P43习题改编)如图所示,匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b,磁场方向与线圈所在平面垂直,磁感应强度B随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为21,匝数之比为12。线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,某时刻磁通量分别为a和b,不考虑两线圈间的相互影响,则a、b线圈中产生的感应电动势之比EaEb是多少?关键能力学案突破考点一法拉第电磁感应定律的应用(师生共研)1.磁通量、磁通量的变
5、化量、磁通量的变化率t的比较物理量磁通量磁通量的变化量磁通量的变化率t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=BScos =2-1=BS=SB=B2S2-B1S1t=BStt=SBtt=B2S2-B1S1t2.法拉第电磁感应定律应用的三种情况产生原因E面积变化=BSE=nBSt磁场变化=BSE=nSBt面积和磁场共同变化=末-初E=nB2S2-B1S1t3.在有关图像问题中,磁通量的变化率t是-t图像上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定该点感应电动势的大小。【典例1】(多选)(2019全国卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小
6、随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示。则在t=0到t=t1的时间间隔内()图(a)图(b)A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B0rS4t0D.圆环中的感应电动势大小为B0r24t0解题指导(1)根据楞次定律判定感应电流方向,但要注意若由此盲目认为安培力方向始终不变,易错选。(2)根据感应电动势E=S有效Bt中计算电动势,然后根据闭合电路欧姆定律计算电流,但要注意S有效为圆环回路在磁场中的有效面积,而不是圆环回路的面积。1.应用法拉第电磁感应定律解题的一般步骤(1)分析穿过闭合电路的磁场方向及磁通量的变化情况;(2)利用楞次定律确定感应电流的方向;(3)灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。2.几点注意(1)公式E=nt是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择。(2)用公式E=nSBt求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积。(3)通过某一回路截面的电荷量q仅与n、和回路总电阻R总有关,与时间长短无关。推导如下:q=