第十二章 电磁感应
2025年高三一轮复习物理课件第十二章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律
阻碍原电流的变
化——“增反减
同”(即自感现象)
楞次定律
27
例证
第1讲
电磁感应现象
楞次定律
(2024 届北京二模)在匀强磁场中放置一个金属圆环,磁场方向与圆环平面垂直。
规定图 1 所示磁场方向为正。当磁感应强度 B 随时间 t 按图 2 所示的正弦规律变化时,
下列说法正确的是( C )。
A.t2 时刻,圆环中无感应电流
的磁通量增大,A 不符合题意;开关闭合时将滑动变阻器的
滑片向左滑动,A 线圈中的电流增大,则 B 线圈中的磁通量
增大,B 项不符合题意;开关闭合时将 A 线圈从 B 线圈中拔
出,则 B 线圈中的磁通量减小,C 项符合题意;开关闭合时
将 A 线圈倒置,再重新插入 B 线圈中,则 B 线圈中反向的
磁通量增大,D 项符合题意。
向。
3.判断磁通量是否变化的方法
(1)根据公式 Φ=BSsin θ(θ 为 B 与 S 间的夹角)判断。
(2)根据穿过平面的磁感线的条数是否变化判断。
第1讲
电磁感应现象
楞次定律
角度 2 电磁感应现象及其应用
判断感应
电流有无
的方法
产生感应
电流的三
种常见情
况
8
第1讲
电磁感应现象
楞次定律
(多选)下列各图所描述的物理情境中,能产生感应电流的是( BCD )。
2.电磁感应现象
(1)定义:当穿过闭合导体回路的 磁通量 发生变化时,闭合导体回路中有感应电流产
生,这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。
(2)感应电流的产生条件:穿过 闭合 导体电路的 磁通量 发生变化。
4
第1讲
第12章-电磁感应 电磁场和电磁波
0n1I1
则穿过半径为 r2 的线圈
的磁通匝数为
N2Φ21 N2B1(π r12 )
n2lB1(πr12 )
代入 B1 计算得 2 N2Φ21 0n1n2l(πr12 )I1
则
M 21
N 2Φ21 I1
0n1n2l(πr12 )
33
12-3 自感和互感
例3 上题中，若通过长度为 l2 的线圈 N2 的电流为 I2 ， 且 I2 是随时间而变化的，那么，因互感的作用，在线 圈 N1 中激起的感应电动势是多少呢？ 解 通过线圈 N1 的磁通匝数为
dV
V 2
36
12-4 磁场的能量 磁场能量密度
例1 有一长为 l 0.20m 、截面积 S 5.0cm2 的长直 螺线管。按设计要求，当螺线管通以电流 I 450mA 时，螺线管可储存磁场能量 Wm 0.10J . 试问此长直螺
线管需绕多少匝线圈？
解 由上一节可知，长直螺线管的自感为
L 0N 2S / l
i
OP Ek dl
(v
B)
dl
OP
l
p
i
设杆长为 l
i
vBdl vBl
0
o
16
12-2 动生电动势和感生电动势
例1 一长为 L 的铜棒在磁感强度为 B 的均匀磁场中,
以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转
动，求铜棒两端的感应电动势.
解 di (v B) dl
vBdl
螺线管储存的磁场能量为
Wm
1 2
LI 2
1 2
0 N 2S
l
I2
N 1 ( 2Wml )1/ 2 1.8104匝
当 dL 0 dt
第十二章 第2课时 法拉第电磁感应定律、自感和涡流
第2课时 法拉第电磁感应定律、自感和涡流目标要求 1.理解法拉第电磁感应定律，会应用E ＝n ΔΦΔt 进行有关计算。
2.会计算导体切割磁感线产生的感应电动势。
3.了解自感现象、涡流、电磁驱动和电磁阻尼。
考点一 法拉第电磁感应定律的理解及应用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。
(2)产生条件：穿过电路的________________发生改变，与电路是否闭合无关。
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________________________成正比。
(2)公式：E ＝n ΔΦΔt，其中n 为线圈匝数。
①若已知Φ－t 图像，则图线上某一点的切线斜率为ΔΦΔt。
②当ΔΦ仅由B 的变化引起时，E ＝nS ΔBΔt ，其中S 为线圈在磁场中的有效面积。
若B ＝B 0＋kt ，则ΔBΔt＝k 。
③当ΔΦ仅由S 的变化引起时，E ＝nB ΔSΔt 。
④当B 、S 同时变化时，则E ＝n B 2S 2－B 1S 1Δt ≠n ΔB ·ΔSΔt。
求瞬时值时，分别求出动生电动势E 1和感生电动势E 2并进行叠加。
(3)感应电流与感应电动势的关系：I ＝________________。
(4)说明：E 的大小与Φ、ΔΦ无关，决定于磁通量的变化率ΔΦΔt。
1．Φ＝0，ΔΦΔt不一定等于0。
( )2．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势也越大。
( ) 3．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大。
( )4．线圈匝数n 越多，磁通量越大，产生的感应电动势也越大。
( )例1(2023·湖北卷·5)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。
第十二章 电磁感应和麦克斯韦电磁理论
第十二章 电磁感应和麦克斯韦电磁理论12-1将一条形磁铁插入一闭合线圈，线圈中将产生感应电动势。
问在磁铁与线圈相对位置相同的情况下，迅速插入和缓慢插入线圈中所产生的感应电动势是否相同感应电流是否相同因电磁感应所产生的总电量是否相同答：迅速插入在线圈中产生的感应电动势大，缓慢插入线圈中产生的感应电动势小。
感应电流也不相同（因为I=Rε），但电磁感应所产生的总电量是相同的。
（因为11d q Idt dt dt R R dt RεΦ===-=-∆Φ⎰⎰⎰，∆Φ相同，所以q 相同）12-2一闭合圆形线圈在匀强磁场中运动，在下列情况下是否会产生感应电流为什么(1)线圈沿磁场方向平移； (2)线圈沿垂直于磁场方向平移；(3)线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向平行；(4)线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向垂直。
解：由d dt εΦ=-1d I R R dt εΦ==- （1）因为0d dt Φ=，所以没有电流产生（2）0d dtΦ= 也没有电流产生（3） 0Φ= 0d dtΦ= 没有电流产生（4）0d dt Φ≠ 若转动的角速度为，则2sin d R dtπωθΦ=（θ为线圈平台与之间的夹角）12-3在一环状铁芯上绕有两组线圈1和2，如题图所示，这样就构成了一个变压器。
当在线圈1中所通电流I 增大或减小时，在线圈2中都要感应电动势。
判断在这两种情况下，线圈2中的感应电流的方向。
答：（1）当I 增大，∆Φ增大，由楞次定律，I 产生的磁场应阻碍变化， 所以I 感的方向如图所示（从B 端流出）（2）当I 减小时，∆Φ减小，由楞次定律产生的磁场应阻碍变化 所以I 感的方向从A 端流出。
（3） （4） AB12-4将一条形磁铁插入电介质环中，环内会不会产生感应电动势会不会产生感应电流环内还会发生什么现象 答：不会产生感应电流，但会产生感应电动势（很小）。
环内还会产生极化现象，因为变化的磁场能产生电场，因此会使电解质极化。
大学物理B-第十二章 电磁感应
电磁感应
产 生 机 理
i
d m dt
楞次定律 动生电动势
感生电动势
自感电动势
i (v B ) dl L B i dS S t
工业生产
12-3 自感和互感
互感电动势
一、自感电动势
自感系数 I(t) Φm
1.自感现象与自感系数 由于回路自身电流的变化，在回 路中产生感应电动势的现象。
N
ab a
I NIl a b ldr ln 2r 2 a
N B dS
s
dr
I
r
由互感系数定义可得互感为: Nl ab M ln I 2 a
l
a
b
I I I I
0
0
12-4磁场的能量与能量密度
I (t )
L
R
0
充电过程曲线
τ
t
I (t)
K2
麦克斯韦提出全电流的概念
I 全 I 传导 I D
全电流连续不中断的，构成闭合回路
ID
全电流安培环路定理
L H dl I 传导 I D dD d D dS D dS 位移电流 I D S t dt dt S
讨论： 1. 传导电流：电荷定向运动 2. 若传导电流为零
L
L
穿过S1 面 电流
穿过S2 面 电流
S1
I
+ + + +
S2
D
电流不连续 -
二、 全电流安培环路定理 S2 面电位移通量 D DS
极板间电位移矢量 D 位移电流
2025版高考物理大一轮复习课件第十二章电磁感应第2讲法拉第电磁感应定律自感和涡流
25
考点一 考点二 考点三 考点四 限时规范训练
维度2 转动切割问题
例 3 如图所示，光滑铜环水平固定，半径为l，长为l、电阻为r的
铜棒OA的一端在铜环的圆心O处，另一端与铜环良好接触，整个装置处
在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现使铜棒OA以角
速度ω逆时针(俯视)匀速转动，A端始终在铜环上，定值电阻的阻值为3r，
B0；左侧匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，规定垂 直纸面向外为磁场的正方向。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为
S0，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。求：
(1)t＝t20时，圆环受到的安培力； 甲
乙
(2)在 0～32t0 内，通过圆环的电荷量。
11
考点一 考点二 考点三 考点四 限时规范训练
03
考点三 自感
30
考点一 考点二 考点三 考点四 限时规范训练
知识梳理
1.自感现象 由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象，叫作自 感。 2.自感电动势 (1)在自感现象中产生的电动势叫作自感电动势。
(2)表达式：EL＝LΔΔIt。
31
考点一 考点二 考点三 考点四 限时规范训练
考点一 法拉第电磁感应定律
的理解及应用
4
考点一 考点二 考点三 考点四 限时规范训练
知识梳理
1.感应电动势 (1)概念：在电磁感应现象中产生的电动势。
(2)产生条件：穿过回路的__□_1_磁__通__量____发生改变，与电路是否闭合
无关。
(3)方向判断：感应电动势的方向用__□_2 _楞__次__定__律_____或右手定则判
然联系。
第十二章电磁感应电磁场
bA cb 0
bA cb bc
a
a
vBdy v
0I
dy
b
b 2y
0Iv ln b 2 a
O
I
a
C
v
B
A
v
b
y
bc
bA
讨论：（1）在磁场中旋转的导体棒
（a）棒顺时针旋转
v
L
S
0 (v B) dl
L
0 Bvdl
ω
L Bl dl 1 BL2
0
2
动生电动势的方向由 O指向A 。
回路中产生的感应电动势 的大小与磁通量对时
间的变化率成正比。
k dΦm
dt
dm
dt
负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化
国际单位制中 k =1
单位: 1V=1Wb/s
若有N匝线圈，每匝磁通量相同，它们彼此串联，总电动 势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为 m
磁链数: Ψ NΦm
(2) 在磁场中旋转的线圈
在匀强磁场B 中， 面积为S 的N 匝矩形线
圈以角速度为 绕固定
的轴线作匀速转动。
在任意时刻 t，线圈平面法 线与磁场的夹角为，这时
通过线圈平面的磁链数
Nm NBS cos
ωn
d(Nm )
dt
NBS d sin NBS sin t
dt
max sin t ——交变电动势
能量的转换和守恒
外力做正功输入机械能，安培力做负功吸收 了它，同时感应电流以电能的形式在回路中输出 这份能量。
发电机的工作原理： 靠洛仑兹力将机械能转换为电能
3、动生电动势的计算
计算动生电动势的一般方法是：
大学物理《普通物理学简明教程》第十二章 电磁感应 电磁场
第十二章 电磁感应 电磁场问题12-1 如图,在一长直导线L 中通有电流I ,ABCD 为一矩形线圈,试确定在下列情况下，ABCD 上的感应电动势的方向：(1)矩形线圈在纸面内向右移动；(2)矩形线圈绕AD 轴旋转；（3）矩形线圈以直导线为轴旋转.解 导线在右边区域激发的磁场方向垂直于纸面向里，并且由2IB rμ0=π可知，离导线越远的区域磁感强度越小，即磁感线密度越小．当线圈运动时通过线圈的磁通量会发生变化，从而产生感应电动势．感应电动势的方向由楞次定律确定．（1）线圈向右移动，通过矩形线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，线圈中感应电动势的方向为顺时针方向．（2）线圈绕AD 轴旋转，当从0o到90o时，通过线圈的磁通量减小，感应电动势的方向为顺时针方向．从90o到180o时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针. 从180o到270o 时，通过线圈的磁通量减少，感应电动势的方向为顺时针．从270o到360o 时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针方向. （2）由于直导线在空间激发的磁场具有轴对称性，所以当矩形线圈以直导线为轴旋转时，通过线圈的磁通量并没有发生变化，所以，感应电动势为零.12-2 当我们把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环中时,铜环内有感应电流和感应电场吗？ 如用塑料圆环替代铜质圆环,环中仍有感应电流和感应电场吗？解 当把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环过程中，穿过铜环的磁通量增加，铜环中有感应电流和感应电场产生；当用塑料圆环替代铜质圆环，由于塑料圆环中的没有可以移动的自由电荷，所以环中无感应电流和感应电场产生.12-3 如图所示铜棒在均匀磁场中作下列各种运动，试问在哪种运动中的铜棒上会有感应电动势？其方向怎样？设磁感强度的方向铅直向下．（１）铜棒向右平移［图(a)］；（２）铜棒绕通过其中心的轴在垂直于B 的平面内转动［图(b)］；（３）铜棒绕通过中心的轴在竖直平面内转动［图(c)］．CI解 在磁场中运动的导体所产生的感应电动势为()d Lε=⨯⎰v B l ⋅，在图(a)与(c)中的运动情况中，⨯v B 的方向与d l 方向垂直，铜棒中没有感应电动势．在图(b)中，铜棒绕中心轴运动，左右两段产生的感应电动势大小相等，方向相反，所以铜棒中总的感应电动势为零．12-4 有一面积为S 的导电回路，其n e 的方向与均匀磁场的B 的方向之间的夹角为θ．且B 的值随时间变化率为d d B t .试问角θ为何值时，回路中i ε的值最大；角θ为何值时，回路中i ε的值最小？请解释之．解 由i d d d cos S S dt dtεθ=--⎰B BS =⋅，可得当0θ=o 时，回路中i ε的值最大，当90θ=o 时，回路中iε的值最小.12-5 有人认为可以采用下述方法来测量炮弹的速度．在炮弹的尖端插一根细小的永久磁铁，那么，当炮弹在飞行中连续通过相距为r 的两个线圈后，由于电磁感应，线圈中会产生时间间隔为t ∆的两个电流脉冲．您能据此测出炮弹速度的值吗？如0.1m r =，4=210s t -∆⨯，炮弹的速度为多少？解 带有小磁铁的炮弹飞向线圈，线圈中会产生感应电流， 测得的两个电流脉冲产生的时间间隔即炮弹飞过这两个线圈间距所用的时间. 由题意可知, 炮弹的速度为1500m s rv t-==⋅∆12-6 如图所示,在两磁极之间放置一圆形的线圈,线圈的平面与磁场垂直.问在下述各种情况中，线圈中是否产生感应电流？并指出其方向．（１）把线圈拉扁时；（２）把其中B B B (a)(b)(c)ne Bθ一个磁极很快地移去时；（３）把两个磁极慢慢地同时移去时．解 这三种情况中, 通过的磁通量均减小,线圈中均会产生感应电流, 从上往下看, 感应电流的方向沿顺时针方向.12-7 如图所示,均匀磁场被限制在半径为R 的圆柱体内,且其中磁感强度随时间的变化率d d B t =常量,试问: 在回路1L 和2L 上各点的d d B t 是否均为零？各点的k E 是否均为零？1kd L ⋅⎰ÑEl 和2k d L ⋅⎰ÑE l 各为多少？解 由于磁场只存在于圆柱体内，在回路1L 上各点d d B t 为常量，在回路2L 上各点d d B t 为零.空间中各点的感生电场分布为r R < k d 2d r BE t=r R > 2k d 2d R BE r t=可见在回路1L 和2L 上各点的k E 均不为零.对于在回路1L11k d d d d d d L L S S t t⋅=-=-⎰⎰ÑB B E l S ⋅对于回路2L 22kd d 0d L tΦ⋅=-=⎰ÑE l12-8 一根很长的铜管铅直放置，有一根磁棒由管中铅直下落．试述磁棒的运动情况．解 长直铜管可以看作由许多铜线圈组成，当磁棒下落，每通过一个线圈，线圈中的磁通量都会发生变化，在下落过程中，铜管中始终会有感应电流产生，并且感应电流产生的磁场的方向与磁棒磁场方向相反，因此，磁棒始终受到铜管对它的阻碍作用.12-9 有一些矿石具有导电性，在地质勘探中常利用导电矿石产生的涡电流来发现它，这叫电磁勘探．在示意图中，A 为通有高频电流的初级线圈，Ｂ为次级线圈，并连接电流计Ｇ，从次级线圈中的电流变R2L 1L化可检测磁场的变化．当次级线圈Ｂ检测到其中磁场发生变化时，技术人员就认为在附近有导电矿石存在．你能说明其道理吗？利用问题12-9图相似的装置，还可确定地下金属管线和电缆的位置，你能提供一个设想方案吗？解 该检测方法利用的原理是电磁感应。
大学物理电磁学电磁感应
二、 法拉第电磁感应定律
通过回路面积内的磁通量发生变化时，回路中产生 的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。
1、数学表述
i
k
dΦm dt
在SI制中比例系数为1
i
dΦm dt
§12-1 电磁感应定律
对
N
匝线圈 i
N
dΦm dt
d (NΦm ) dt
令 Ψ NΦm 全磁通 磁通链数
洛仑兹力不提供能量， 他只起到了一个传递能量的 作用。
至此详谬得以解释
f0
v
v0 V f
§12-2 动生电动势
例1有力一线半运圆动形。金已属知导：线v在, B匀,强R磁. 场中作切割磁
求：动生电动势。
b
解：方法一
作辅助线 a b，形成闭合回路。
i i
0
a (v
b
半圆
B) dl
ab
2RBv
② 求电量
i dq 0 sin t
dt R
q
idt
0 sin tdt
0R
BS sin td (t) 2BS
0R
R
§12-2 动生电动势
求解动生电动势的步骤
1. 选择 dl 方向；
2. 确定 dl 所在处的 B 及 v 3. 确定 v × B 的方向； 4. 确定 dl 与 v × B 的夹角
B A
vC
§12-2 动生电动势
例3 一直导线CD在一无限长直电流磁场中作
切割磁力线运动。求：动生电动势。
解： 方法一
d (v B) dl
v
0I
sin
900 dl
I
cos1800
第十二章电磁感应电磁场
第十二章电磁感应电磁场题12.1：如图所示，在磁感强度T 106.74－⨯=B 的均匀磁场中，放置一个线圈。
此线圈由两个半径均为3.7 cm 且相互垂直的半圆构成，磁感强度的方向与两半圆平面的夹角分别为 62和 28。
若在s 105.43－⨯的时间内磁场突然减至零，试问在此线圈内的感应电动势为多少？ 题12.1分析：由各种原因在回路中所引起的感应电动势，均可由法拉第电磁感应定律求解，即⎰⋅-=-=Sd d d d d S B t t Φε但在求解时应注意下列几个问题： 1．回路必须是闭合的，所求得的电动势为回路的总电动势。
2．Φ应该是回路在任意时刻或任意位置处的磁通量。
它由⎰⋅=Sd S B Φ计算。
对于均匀磁场则有θcos d SBS Φ=⋅=⎰S B ，其中⊥=S S θcos 为闭会回路在垂直于磁场的平面内的投影面积。
对于本题，2211cos cos θθBS BS Φ+=中1θ和2θ为两半圆形平面法线n e 与B 之间的夹角。
3．感应电动势的方向可由tΦd d -来判定，教材中已给出判定方法。
为方便起见，所取回路的正向（顺时针或逆时针）应与穿过回路的B 的方向满足右螺旋关系，此时Φ恒为正值，这对符号确定较为有利。
题12.1解：迎着B 的方向，取逆时针为线圈回路的正向。
由法拉第电磁感应定律V 1091.4)cos cos (cos cos d d cos cos d d d d 4221122112211-⨯=+∆∆-=+-=+-=-=θθθθθθεS S tB S S t B BS BS t t Φ）（）（0>ε，说明感应电动势方向与回路正向一致题12.2：一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为t Φ)s 100s i n ()Wb 100.8(15--⨯=π，求在s 100.12－⨯=t 时，线圈中的感应电动势。
题12.2解：线圈中总的感应电动势t t ΦN )s 100cos()V 51.2(d d 1-=-=πε当 s 100.12－⨯=t 时， ε= 2.51 V 。
第十二章 电磁感应
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(3)根据磁通量的计算式知 引起磁通量变化的原因可能是 未 根据磁通量的计算式知,引起磁通量变化的原因可能是 根据磁通量的计算式知 引起磁通量变化的原因可能是S未 发生变化;也可能是 未变,S发生变化 或者B和 均未 变,B发生变化 也可能是 未变 发生变化 或者 和S均未 发生变化 也可能是B未变 发生变化;或者 而它们之间夹角有变化等,要具体问题具体分析 变,而它们之间夹角有变化等 要具体问题具体分析 求磁通 而它们之间夹角有变化等 要具体问题具体分析.求磁通 量的变化用公式∆Φ=Φ末-Φ初,公式应用时先规定一个正面 公式应用时先规定一个正面, 量的变化用公式 公式应用时先规定一个正面 然后根据从正面穿过为正,从反面穿过为负 把初 然后根据从正面穿过为正 从反面穿过为负,把初､末磁通量 从反面穿过为负 把初､ 代入计算. 代入计算
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(2)几种常见引起磁通变化的情形 几种常见引起磁通变化的情形 磁感应强度变化,即 ①投影面积不变,磁感应强度变化 即 投影面积不变 磁感应强度变化 ∆Φ=∆B·S · 投影面积发生变化,即 ②磁感应强度不变,投影面积发生变化 即∆Φ=B·∆S,其中投 磁感应强度不变 投影面积发生变化 · 其中投 影面积的变化又有两种形式: 影面积的变化又有两种形式 a.处在磁场中的闭合回路面积发生变化 处在磁场中的闭合回路面积发生变化. 处在磁场中的闭合回路面积发生变化 b.闭合回路面积不变 但与磁场方向的夹角发生变化 从而引 闭合回路面积不变,但与磁场方向的夹角发生变化 闭合回路面积不变 但与磁场方向的夹角发生变化,从而引 起投影面积变化. 起投影面积变化
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第二关:技法关 第二关 技法关 解读高考
高三物理第十二章知识点
高三物理第十二章知识点高三物理的第十二章主要涉及电磁感应和电磁波两个方面的知识点。
在这一章节中，我们将学习电磁感应的基本原理、法拉第电磁感应定律以及应用于发电机和变压器的相关知识；同时，我们还将了解电磁波的概念、性质以及波长和频率的关系等内容。
1. 电磁感应电磁感应是指当磁通量穿过一个闭合回路时，该回路中会产生电动势。
根据法拉第电磁感应定律，产生的电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
这一定律可以表示为U=-dΦ/dt，其中U表示电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。
2. 磁通量和磁感应强度磁通量是指磁场穿过一个给定区域的总磁力线的数量。
磁感应强度则表示单位面积上垂直通过的磁力线的数量，单位为特斯拉(T)。
根据安培环路定律，磁感应强度的大小与环路上的电流以及环路围成的面积成正比。
3. 发电机发电机是利用电磁感应产生电动势，将机械能转化为电能的装置。
其工作原理是通过一个旋转的导体线圈与磁场相互作用，使线圈中产生交流电。
4. 变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电的电压大小的装置。
变压器由两个互相绕制的线圈组成，其中一个线圈称为高压线圈，另一个线圈称为低压线圈。
通过改变线圈的匝数比，可以改变电压的大小。
5. 电磁波电磁波是一种由电场和磁场相互作用而形成的波动现象。
它具有无线传输的特性，可以在真空中传播，且速度为光速。
电磁波的频率范围非常广泛，从无线电波到可见光、红外线、紫外线、X 射线和γ射线等。
6. 波长和频率波长是指电磁波一个完整周期所占据的空间距离，用λ表示，单位为米。
频率则表示单位时间内电磁波的周期个数，用f表示，单位为赫兹(Hz)。
波长和频率之间的关系可以用光速c来表示，λ=c/f。
通过对这些知识点的学习，我们可以深入了解电磁感应和电磁波的原理和应用，从而更好地理解电磁现象在日常生活中所起到的作用。
同时，这些知识也为我们进一步学习和研究电磁学提供了坚实的基础。
大学物理课件-电磁感应定律
× ××××
i
dm dt
12t 7
× ××××
× ×××× R
× ×××× × ××××
t =2s時， εi =31 V
由於磁通量隨時間的增加而增大，由楞次定律可知，電流 方向為逆時針方向，所以電流通過電阻時的方向為從下向上。
1
例2 無限長直導線電流I＝I0sint，求如圖矩形線圈內的感應電
安培力 dF Idl B
若給一初速度，由受力分析 知，導體棒受安培力與速度 反向，速度越來越小，機械 能轉換成電能、熱能等其他 形式能量，符合能量守恆定 律！
1
×B
×
×
×××Fm×××
× × ×
× × ×
×
× ×v
× × × ×I i × ×
××××××
機械能
焦耳熱
要維持滑杆運動必須外加一力，此過程為外力克服安培 力做功轉化為焦耳熱.
1
三 法拉第電磁感應定律
不論何種原因，當穿過閉 合回路所圍面積的磁通量發 生變化時，回路中會產生感 應電動勢，且感應電動勢正 比於磁通量對時間變化率的 負值。
i
k
dΦm dt
負號表示方向
國際單位制 ε i
Φ
伏特
韋伯 k 1
1
說明：
(1) “-”表示εi的方向，是楞次定律的數學表述。
B实 n
ΦN
)
d dt
Φ Φi
ψ NΦ
εi
N
dΦ dt
Ψ Φ1 Φ2 ΦN 稱為線圈的磁鏈
1
例1 如圖，磁場方向與線圈平面垂直，且穿入紙面向內，設通
過線圈回路的磁通量隨時間的變化關係為Φ=6t2+7t+1。
电磁感应定律
·
原 i
12 - 1 电磁感应定律
第十二章 电磁感应 电磁场
（4）楞次定律是能量守恒定律的一种表现
原 N 感
原 v
S N S S
感
v
S
N N
违反能量守恒定律
不违反能量守恒定律
12 - 1 电磁感应定律
第十二章 电磁感应 电磁场
+ B
+ + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
LB
12 - 1 电磁感应定律
第十二章 电磁感应 电磁场
i
可见：1） i 与 i 反向。
ˆ n
B L
L
X
2）电动势分为两部分，一部分是由场变引 起的，一部分由导线运动所引起的。
i k
dΦ dt
国际单位制
i
Φ
伏特 韦伯
k 1
第十二章 电磁感应 电磁场 12 - 1 电磁感应定律 说明（1） “一”表示εi的方向，是楞次定律 的数学表述。
如何确定感应电动势的方向？ 选定回路的绕行方向 定回路的法线方向，与绕行方向成右手螺旋
判定 m以及
i
d m dt
截面积 S 0.5mm N 10 n 10转 / 秒
' 2
＝ .7 10 （ m） 1
8
L
a
求：1）由图示位置旋转300时， 线圈内的感应电动势
n
2）线圈转动时的最大感应电动势及该时位置 3）由图示位置转1秒时，其内的感应电动势 4）转过1800时通过线圈任一截面的电量。
第十二章-电磁感应电磁场(一)作业答案
一．选择题[ A ]1.（基础训练1）半径为a的圆线圈置于磁感强度为B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为R ，当把线圈转动使其法向与B 的夹角为α=60︒时，线圈中已通过的电量与线圈面积及转动时间的关系是：(A)与线圈面积成正比，与时间无关. (B) 与线圈面积成正比，与时间成正比. (C) 与线圈面积成反比，与时间无关. (D) 与线圈面积成反比，与时间成正比. 【解析】[ D ]2.（基础训练3）在一自感线圈中通过的电流I 随时间t 的变化规律如图(a)所示，若以I 的正流向作为的正方向，则代表线圈内自感电动势随时间t 变化规律的曲线应为图(b)中(A)、(B)、(C)、(D)中的哪一个？ 【解析】dt dI LL -=ε，在每一段都是常量。
dtdI［ B ］3.（基础训练6）如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B平行于ab 边，bc 的长度为l ．当金属框架绕ab 边以匀角速度转动时，abc 回路中的感应电动势和a 、c 两点间的电势差U a – U c 为(A) =0，U a – U c =221l B ω (B) =0，U a – U c =221l B ω- (C) =2l B ω，U a – U c =221l B ω (D) =2l B ω，U a – U c=221l B ω-【解析】金属框架绕ab 转动时，回路中0d d =Φt，所以0=ε。
2012c L a c b c bc b U U U U v B d l lBdl Bl εωω→→→⎛⎫-=-=-=-⨯⋅=-=- ⎪⎝⎭⎰⎰［ C ］5.（自测提高1）在一通有电流I 的无限长直导线所在平面内，有一半经为r ，电阻为R 的导线环，环中心距直导线为a ，如图所示，且r a >>。
当直导线的电流被切断后，沿着导线环流过的电量约为：(A))11(220ra a R Ir +-πμ (B)a r a R Ir +ln 20πμ (C)aR Ir 220μ (D) rR Ia 220μ 【解析】直导线切断电流的过程中，在导线环中有感应电动势大小：td d Φ=εaIR q 21φφ-=感应电流为：tR Ri d d 1Φ==ε则沿导线环流过的电量为：∆Φ=⋅Φ==⎰⎰Rt t R t i q 1d d d 1daR Ir R r a I R S B 212120200μππμ=⋅⋅=⋅∆≈［ C ］6.（自测提高4）有两个长直密绕螺线管，长度及线圈匝数均相同，半径分别为r 1和r 2．管内充满均匀介质，其磁导率分别为1和2．设r 1∶r 2=1∶2，1∶2=2∶1，当将两只螺线管串联在电路中通电稳定后，其自感系数之比L 1∶L 2与磁能之比W m 1∶W m 2分别为：(A) L 1∶L 2=1∶1，W m 1∶W m 2 =1∶1． (B) L 1∶L 2=1∶2，W m 1∶W m 2 =1∶1． (C) L 1∶L 2=1∶2，W m 1∶W m 2 =1∶2． (D) L 1∶L 2=2∶1，W m 1∶W m 2 =2∶1． 【解析】自感系数为l r n V n L 222πμμ==，磁能为221LI W m =［ B ］7.（附录C3）在圆柱形空间内有一磁感应强度为B 的均匀磁场，如图所示，B的大小以速率dB/dt 变化。
大学物理答案第12章
第十二章 电磁感应 电磁场和电磁波12－1 一根无限长平行直导线载有电流I ，一矩形线圈位于导线平面内沿垂直于载流导线方向以恒定速率运动（如图所示），则（ ） （A ） 线圈中无感应电流（B ） 线圈中感应电流为顺时针方向 （C ） 线圈中感应电流为逆时针方向 （D ） 线圈中感应电流方向无法确定题 12-1 图分析与解 由右手定则可以判断，在矩形线圈附近磁场垂直纸面朝里，磁场是非均匀场，距离长直载流导线越远，磁场越弱．因而当矩形线圈朝下运动时，在线圈中产生感应电流，感应电流方向由法拉第电磁感应定律可以判定．因而正确答案为（B ）．12－2 将形状完全相同的铜环和木环静止放置在交变磁场中，并假设通过两环面的磁通量随时间的变化率相等，不计自感时则（ ） （A ） 铜环中有感应电流，木环中无感应电流 （B ） 铜环中有感应电流，木环中有感应电流 （C ） 铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小 （D ） 铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大分析与解 根据法拉第电磁感应定律，铜环、木环中的感应电场大小相等， 但在木环中不会形成电流．因而正确答案为（A ）．12－3 有两个线圈，线圈1对线圈2 的互感系数为M 21 ，而线圈2 对线圈1的互感系数为M 12 ．若它们分别流过i 1 和i 2 的变化电流且ti t i d d d d 21<，并设由i 2变化在线圈1 中产生的互感电动势为12 ，由i 1 变化在线圈2 中产生的互感电动势为ε21 ，下述论断正确的是（ ）． （A ）2112M M = ，1221εε=（B ）2112M M ≠ ，1221εε≠ （C ）2112M M =， 1221εε<（D ）2112M M = ，1221εε<分析与解 教材中已经证明M21 ＝M12 ，电磁感应定律t i M εd d 12121=；tiM εd d 21212=．因而正确答案为（D ）．12－4 对位移电流，下述说法正确的是（ ） （A ） 位移电流的实质是变化的电场（B ） 位移电流和传导电流一样是定向运动的电荷 （C ） 位移电流服从传导电流遵循的所有定律 （D ） 位移电流的磁效应不服从安培环路定理分析与解 位移电流的实质是变化的电场．变化的电场激发磁场，在这一点位移电流等效于传导电流，但是位移电流不是走向运动的电荷，也就不服从焦耳热效应、安培力等定律．因而正确答案为（A ）．12－5 下列概念正确的是（ ） （A ） 感应电场是保守场（B ） 感应电场的电场线是一组闭合曲线（C ） LI Φm =，因而线圈的自感系数与回路的电流成反比 （D ） LI Φm =，回路的磁通量越大，回路的自感系数也一定大分析与解 对照感应电场的性质，感应电场的电场线是一组闭合曲线．因而 正确答案为（B ）．12－6 一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为t Φπ100sin 100.85⨯=，式中Φ的单位为Wb ，t 的单位为s ，求在s 100.12-⨯=t 时，线圈中的感应电动势．分析 由于线圈有N 匝相同回路，线圈中的感应电动势等于各匝回路的感应电动势的代数和，在此情况下，法拉第电磁感应定律通常写成tψt ΦN ξd d d d -=-=，其中ΦN ψ=称为磁链．解 线圈中总的感应电动势())V (π100cos 51.2d d t tΦN=-=ξ 当s 100.12-⨯=t 时，V 51.2=ξ．12－7 载流长直导线中的电流以tId d 的变化率增长.若有一边长为d 的正方形线圈与导线处于同一平面内，如图所示.求线圈中的感应电动势. 分析 本题仍可用法拉第电磁感应定律tΦd d -=ξ，来求解.由于回路处在非均匀磁场中，磁通量就需用⎰⋅=SS B Φd 来计算.为了积分的需要，建立如图所示的坐标系.由于B 仅与x 有关，即B =B (x )，故取一个平行于长直导线的宽为d x 、长为d 的面元d S ，如图中阴影部分所示，则d S =d d x ，所以，总磁通量可通过线积分求得（若取面元d S =d x d y ，则上述积分实际上为二重积分）.本题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式tIM d d -=ξ求解.解1 穿过面元d S 的磁通量为x d xIS B Φd π2d d 0μ=⋅=因此穿过线圈的磁通量为2ln π2d π2d 200⎰⎰===ddIdx xIdΦΦμμ再由法拉第电磁感应定律，有tI d t Φd d 21ln π2d d 0）（μξ=-=解2 当两长直导线有电流I 通过时，穿过线圈的磁通量为2ln π20dIΦμ=线圈与两长直导线间的互感为2ln π20d I ΦM μ==当电流以tId d 变化时，线圈中的互感电动势为 tI d t I Md d 21ln π2d d 0）（μξ=-=题 12-7 图12－8 有一测量磁感强度的线圈，其截面积S ＝4.0 cm 2 、匝数N ＝160 匝、电阻R ＝50Ω．线圈与一内阻R i ＝30Ω的冲击电流计相连．若开始时，线圈的平面与均匀磁场的磁感强度B 相垂直，然后线圈的平面很快地转到与B 的方向平行．此时从冲击电流计中测得电荷值54.010C q -=⨯．问此均匀磁场的磁感强度B 的值为多少？分析 在电磁感应现象中，闭合回路中的感应电动势和感应电流与磁通量变化的快慢有关，而在一段时间内，通过导体截面的感应电量只与磁通量变化的大小有关，与磁通量变化的快慢无关．工程中常通过感应电量的测定来确定磁场的强弱． 解 在线圈转过90°角时，通过线圈平面磁通量的变化量为NBS NBS ΦΦΦ=-=-=0Δ12因此，流过导体截面的电量为i i R R NBS R R Φq +=+=Δ则 ()T 050.0=+=NSR R q B i 12－9 如图所示，一长直导线中通有I ＝5.0 A 的电流，在距导线9.0 cm 处，放一面积为0.10 cm 2 ，10匝的小圆线圈，线圈中的磁场可看作是均匀的．今在1.0 ×10－2s 内把此线圈移至距长直导线10.0 cm 处．求：（1） 线圈中平均感应电动势；（2） 设线圈的电阻为1.0×10－2Ω，求通过线圈横截面的感应电荷．题 12-9 图分析 虽然线圈处于非均匀磁场中，但由于线圈的面积很小，可近似认为穿过线圈平面的磁场是均匀的，因而可近似用NBS ψ=来计算线圈在始、末两个位置的磁链．解 （1） 在始、末状态，通过线圈的磁链分别为1011π2r ISμN S NB ψ==,2022π2r IS μN S NB ψ==则线圈中的平均感应电动势为V 1011.111πΔ2ΔΔ8210-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==r r t IS N t μψξ 电动势的指向为顺时针方向．（2） 通过线圈导线横截面的感应电荷为C 101.11821-⨯=∆=-=t RR q ξψψ12－10 如图（ａ）所示，把一半径为R 的半圆形导线OP 置于磁感强度为B 的均匀磁场中，当导线以速率v 水平向右平动时，求导线中感应电动势E 的大小，哪一端电势较高？题 12-10 图分析 本题及后面几题中的电动势均为动生电动势，除仍可由tΦE d d -=求解外（必须设法构造一个闭合回路），还可直接用公式()l B d ⋅⨯=⎰lE v 求解．在用后一种方法求解时，应注意导体上任一导线元ｄl 上的动生电动势()l B d d ⋅⨯=v E .在一般情况下，上述各量可能是ｄl 所在位置的函数．矢量（v ×B ）的方向就是导线中电势升高的方向．解1 如图（ｂ）所示，假想半圆形导线O P 在宽为2R 的静止形导轨上滑动，两者之间形成一个闭合回路．设顺时针方向为回路正向，任一时刻端点O 或 端点P 距 形导轨左侧距离为x ，则B R Rx Φ⎪⎭⎫⎝⎛+=2π212即B R tx RB t ΦE v 2d d 2d d -=-=-= 由于静止的 形导轨上的电动势为零，则E ＝－2R v B ．式中负号表示电动势的方向为逆时针，对OP 段来说端点P 的电势较高．解2 建立如图（c ）所示的坐标系，在导体上任意处取导体元ｄl ，则()θR θB l θB E o d cos d cos 90sin d d v v ==⋅⨯=l B vB R θθBR E v v 2d cos d E π/2π/2===⎰⎰-由矢量（v ×B ）的指向可知，端点P 的电势较高．解3 连接OP 使导线构成一个闭合回路．由于磁场是均匀的，在任意时刻，穿过回路的磁通量==BS Φ常数.由法拉第电磁感应定律tΦE d d -=可知，E ＝0又因 E ＝E OP ＋E PO 即 E OP ＝－E PO ＝2R v B由上述结果可知，在均匀磁场中，任意闭合导体回路平动所产生的动生电动势为零；而任意曲线形导体上的动生电动势就等于其两端所连直线形导体上的动生电动势．上述求解方法是叠加思想的逆运用，即补偿的方法．12－11 长为L 的铜棒，以距端点r 处为支点，以角速率ω绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动.设磁感强度为B 的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差．题 12-11 图分析 应该注意棒两端的电势差与棒上的动生电动势是两个不同的概念，如同电源的端电压与电源电动势的不同．在开路时，两者大小相等，方向相反（电动势的方向是电势升高的方向，而电势差的正方向是电势降落的方向）．本题可直接用积分法求解棒上的电动势，亦可以将整个棒的电动势看作是O A 棒与O B 棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．而E O A 和E O B 则可以直接利用第12－2 节例1 给出的结果．解1 如图（ａ）所示，在棒上距点O 为l 处取导体元ｄl ，则()()r L lB ωl lB ωE L-rrABAB 221d d --=-=⋅⨯=⎰⎰-l B v因此棒两端的电势差为()r L lB ωE U AB AB 221--==当L ＞2r 时，端点A 处的电势较高解2 将AB 棒上的电动势看作是O A 棒和O B 棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．其中221r ωB E OA =,()221r L B ωE OB -= 则()r L BL ωE E E OB OA AB 221--=-=12－12 如图所示，长为L 的导体棒OP ，处于均匀磁场中，并绕OO ′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B 与转轴平行．求OP 棒在图示位置处的电动势．题 12-12 图分析 如前所述，本题既可以用法拉第电磁感应定律tΦE d d -= 计算（此时必须构造一个包含OP 导体在内的闭合回路， 如直角三角形导体回路OPQO ），也可用()l B d ⋅⨯=⎰lE v 来计算．由于对称性，导体OP 旋转至任何位置时产生的电动势与图示位置是相同的．解1 由上分析，得()l B d ⋅⨯=⎰OPOP E vl αB lo d cos 90sin ⎰=v()()l θB θωlod 90cos sin ⎰-=l()⎰==L L B l l B 022sin 21d sin θωθω由矢量B ⨯v 的方向可知端点P 的电势较高．解2 设想导体OP 为直角三角形导体回路OPQO 中的一部分，任一时刻穿过回路的磁通量Φ为零，则回路的总电动势QO PQ OP E E E tΦE ++==-=0d d 显然，E QO ＝0，所以()221PQ B ωE E E QO PQ OP ==-=2)sin (21θωL B = 由上可知，导体棒OP 旋转时，在单位时间内切割的磁感线数与导体棒QP 等效． 12－13 如图（ａ）所示，金属杆AB 以匀速12.0m s -=⋅v 平行于一长直导线移动，此导线通有电流I ＝40 A ．求杆中的感应电动势，杆的哪一端电势较高？题 12-13 图分析 本题可用两种方法求解． 方法1：用公式()l B d ⋅⨯=⎰lE v 求解，建立图（a ）所示的坐标系，所取导体元x l d d =，该处的磁感强度xIμB π20=． 方法2：用法拉第电磁感应定律求解，需构造一个包含杆AB 在内的闭合回路．为此可设想杆AB 在一个静止的导轨上滑动，如图（ｂ）所示．设时刻t ，杆AB 距导轨下端CD 的距离为y ，先用公式⎰⋅=SΦS B d 求得穿过该回路的磁通量，再代入公式tΦE d d -=，即可求得回路的电动势，亦即本题杆中的电动势．解1 根据分析，杆中的感应电动势为()V 1084.311ln 2πd 2πd d 50m1.1m 1.00-⨯-=-=-==⋅⨯=⎰⎰vv v I μx x μxl E ABAB l B 式中负号表示电动势方向由B 指向A ，故点A 电势较高．解2 设顺时针方向为回路AB CD 的正向，根据分析，在距直导线x 处，取宽为ｄx 、长为y 的面元ｄS ，则穿过面元的磁通量为x y xIμΦd 2πd d 0=⋅=S B 穿过回路的磁通量为11ln 2πd 2πd 0m1.1m 1.00⎰⎰-===SIyμx y x I μΦΦ回路的电动势为V 1084.32πd d 11ln 2πd d 500-⨯-=-=-=-=Iyμt y x I μt ΦE 由于静止的导轨上电动势为零，所以V 1084.35-⨯-==E E AB式中负号说明回路电动势方向为逆时针，对AB 导体来说，电动势方向应由B 指向A ，故点A 电势较高．12－14 如图（ａ）所示，在“无限长”直载流导线的近旁，放置一个矩形导体线框，该线框在垂直于导线方向上以匀速率v 向右移动，求在图示位置处，线框中感应电动势的大小和方向．题 12 -14 图分析 本题亦可用两种方法求解．其中应注意下列两点：（1）当闭合导体线框在磁场中运动时，线框中的总电动势就等于框上各段导体中的动生电动势的代数和．如图（ａ）所示，导体eh 段和fg 段上的电动势为零［此两段导体上处处满足()0l B =⋅⨯d v ］，因而线框中的总电动势为()()()()hg ef hgefghefE E E -=⋅⨯-⋅⨯=⋅⨯+⋅⨯=⎰⎰⎰⎰l B l B l B l B d d d d v v v v 其等效电路如图（ｂ）所示．（2）用公式tΦE d d -=求解，式中Φ是线框运动至任意位置处时，穿过线框的磁通量．为此设时刻t 时，线框左边距导线的距离为ξ，如图（c ）所示，显然ξ是时间t 的函数，且有v =tξd d ．在求得线框在任意位置处的电动势E （ξ）后，再令ξ＝d ，即可得线框在题目所给位置处的电动势．解1 根据分析，线框中的电动势为hg ef E E E -=()()⎰⎰⋅⨯-⋅⨯=hgefl B l B d d v v()⎰⎰+-=2201000d 2πd 2πl l l l d I μl d I μvv ()1202πl d d l I +=1vl μ由E ef ＞E hg 可知，线框中的电动势方向为efgh ．解2 设顺时针方向为线框回路的正向．根据分析，在任意位置处，穿过线框的磁通量为()ξξμξμ120020lnπ2d π21l Il x x Il l +=+=Φ⎰ 相应电动势为()()1120π2d d l ξξll I μt ΦξE +=-=v 令ξ＝d ，得线框在图示位置处的电动势为()1120π2l d d l l I μE +=v由E ＞0 可知，线框中电动势方向为顺时针方向．12－15 在半径为R 的圆柱形空间中存在着均匀磁场，B 的方向与柱的轴线平行．如图（ａ）所示，有一长为l 的金属棒放在磁场中，设B 随时间的变化率tBd d 为常量．试证：棒上感应电动势的大小为2222d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=l R l t B ξ题 12-15 图分析 变化磁场在其周围激发感生电场，把导体置于感生电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下移动，在棒内两端形成正负电荷的积累，从而产生感生电动势．由于本题的感生电场分布与上题所述情况完全相同，故可利用上题结果，由⎰⋅=l k l E d ξ计算棒上感生电动势．此外，还可连接OP 、OQ ，设想PQOP 构成一个闭合导体回路，用法拉第电磁感应定律求解，由于OP 、OQ 沿半径方向，与通过该处的感生电场强度E k 处处垂直，故0d =⋅l E k ，OP 、OQ 两段均无电动势，这样，由法拉第电磁感应定律求出的闭合回路的总电动势，就是导体棒PQ 上的电动势．证1 由电磁感应定律，在r ＜R 区域，⎰⎰⋅-=⋅=S B tl E k d d dd ξ tB r E r k d d ππ22-=⋅ 解得该区域内感生电场强度的大小tBr E k d d 2=设PQ 上线元ｄx 处，E k 的方向如图（b ）所示，则金属杆PQ 上的电动势为()()222202/2d d d 2/d d 2d cos d l R l t B x r l R tB r xE lk k PQ -=-==⋅=⎰⎰θξx E证2 由法拉第电磁感应定律，有22Δ22d d d d d d ⎪⎭⎫⎝⎛-==-==l R l t B t B S t ΦE E PQ讨论 假如金属棒PQ 有一段在圆外，则圆外一段导体上有无电动势？ 该如何求解？12－16 截面积为长方形的环形均匀密绕螺绕环，其尺寸如图（ａ）所示，共有N 匝（图中仅画出少量几匝），求该螺绕环的自感L ．题 12-16 图分析 如同电容一样，自感和互感都是与回路系统自身性质（如形状、匝数、介质等）有关的量．求自感L 的方法有两种：1．设有电流I 通过线圈，计算磁场穿过自身回路的总磁通量，再用公式IΦL =计算L ．2．让回路中通以变化率已知的电流，测出回路中的感应电动势E L ，由公式tI E L Ld /d =计算L ．式中E L 和t I d d 都较容易通过实验测定，所以此方法一般适合于工程中．此外，还可通过计算能量的方法求解．解 用方法1 求解，设有电流I 通过线圈，线圈回路呈长方形，如图（ｂ）所示，由安培环路定理可求得在R 1 ＜r ＜R 2 范围内的磁场分布为xNI μB π20=由于线圈由N 匝相同的回路构成，所以穿过自身回路的磁链为12200ln π2d π2d 21R R hI N μx h x NI μN N ψSR R ==⋅=⎰⎰S B 则1220ln π2R R h N μI ψL =若管中充满均匀同种磁介质，其相对磁导率为μr ，则自感将增大μr 倍．12－17 如图所示，螺线管的管心是两个套在一起的同轴圆柱体，其截面积分别为S 1 和S 2 ，磁导率分别为μ1 和μ2 ，管长为l ，匝数为N ，求螺线管的自感．（设管的截面很小）题 12-17 图分析 本题求解时应注意磁介质的存在对磁场的影响．在无介质时，通电螺线管内的磁场是均匀的，磁感强度为B 0 ，由于磁介质的存在，在不同磁介质中磁感强度分别为μ1 B 0 和μ2 B 0 ．通过线圈横截面的总磁通量是截面积分别为S 1 和S 2 的两部分磁通量之和．由自感的定义可解得结果．解 设有电流I 通过螺线管，则管中两介质中磁感强度分别为I L N μnl μB 111==,I LN μnl μB 222== 通过N 匝回路的磁链为221121S NB S NB ΨΨΨ+=+=则自感2211221S μS μlN I ψL L L +==+=12－18 有两根半径均为a 的平行长直导线，它们中心距离为d ．试求长为l 的一对导线的自感（导线内部的磁通量可略去不计）．题 12-18 图分析 两平行长直导线可以看成无限长但宽为d 的矩形回路的一部分．设在矩形回路中通有逆时针方向电流I ，然后计算图中阴影部分（宽为d 、长为l ）的磁通量．该区域内磁场可以看成两无限长直载流导线分别在该区域产生的磁场的叠加．解 在如图所示的坐标中，当两导线中通有图示的电流I 时，两平行导线间的磁感强度为()r d I μr I μB -+=π2π200 穿过图中阴影部分的磁通量为aa d l μr Bl ΦSad a-==⋅=⎰⎰-ln πd d 0S B 则长为l 的一对导线的自感为aad l μI ΦL -==ln π0 如导线内部磁通量不能忽略，则一对导线的自感为212L L L +=．L 1 称为外自感，即本题已求出的L ，L 2 称为一根导线的内自感．长为l 的导线的内自感8π02lμL =，有兴趣的读者可自行求解．12－19 如图所示，在一柱形纸筒上绕有两组相同线圈AB 和A ′B ′，每个线圈的自感均为L ，求：（1） A 和A ′相接时，B 和B ′间的自感L 1 ；（2） A ′和B 相接时，A 和B ′间的自感L 2 ．题 12-19 图分析 无论线圈AB 和A ′B ′作哪种方式连接，均可看成一个大线圈回路的两个部分，故仍可从自感系数的定义出发求解．求解过程中可利用磁通量叠加的方法，如每一组载流线圈单独存在时穿过自身回路的磁通量为Φ，则穿过两线圈回路的磁通量为2Φ；而当两组线圈按（1）或（2）方式连接后，则穿过大线圈回路的总磁通量为2Φ±2Φ，“ ±”取决于电流在两组线圈中的流向是相同或是相反．解 （1） 当A 和A ′连接时，AB 和A ′B ′线圈中电流流向相反，通过回路的磁通量亦相反，故总通量为0221=-=ΦΦΦ，故L 1 ＝0．（2） 当A ′和B 连接时，AB 和A ′B ′线圈中电流流向相同，通过回路的磁通量亦相同，故总通量为ΦΦΦΦ4222=+=，故L IΦI ΦL 4422===． 本题结果在工程实际中有实用意义，如按题（1）方式连接，则可构造出一个无自感的线圈． 12－20 如图所示，一面积为4.0 cm 2 共50 匝的小圆形线圈A ，放在半径为20 cm 共100 匝的大圆形线圈B 的正中央，此两线圈同心且同平面．设线圈A 内各点的磁感强度可看作是相同的．求：（1） 两线圈的互感；（2） 当线圈B 中电流的变化率为－50 A·ｓ－1时，线圈A 中感应电动势的大小和方向．题 12-20 图分析 设回路Ⅰ中通有电流I 1 ，穿过回路Ⅱ的磁通量为Φ21 ，则互感M ＝M 21 ＝Φ21/I 1 ；也可设回路Ⅱ通有电流I 2 ，穿过回路Ⅰ的磁通量为Φ12 ，则21212I ΦM M == ． 虽然两种途径所得结果相同，但在很多情况下，不同途径所涉及的计算难易程度会有很大的不同．以本题为例，如设线圈B 中有电流I 通过，则在线圈A 中心处的磁感强度很易求得，由于线圈A 很小，其所在处的磁场可视为均匀的，因而穿过线圈A 的磁通量Φ≈BS ．反之，如设线圈A 通有电流I ，其周围的磁场分布是变化的，且难以计算，因而穿过线圈B 的磁通量也就很难求得，由此可见，计算互感一定要善于选择方便的途径．解 （1） 设线圈B 有电流I 通过，它在圆心处产生的磁感强度RIμN B B 200=,穿过小线圈A 的磁链近似为A BA A A A S RIμN N S B N ψ200== 则两线圈的互感为H 1028.6260-⨯===RSμN N I ψM A B A A （2）线圈A 中感应电动势的大小为V 1014.3d d 4-⨯=-=tIME A 互感电动势的方向和线圈B 中的电流方向相同．12－21 如图所示，两同轴单匝线圈A 、C 的半径分别为R 和r ，两线圈相距为d ．若r 很小，可认为线圈A 在线圈C 处所产生的磁场是均匀的．求两线圈的互感．若线圈C 的匝数为N 匝，则互感又为多少？题 12-21 图解 设线圈A 中有电流I 通过，它在线圈C 所包围的平面内各点产生的磁 感强度近似为()2/322202dR IR μB +=穿过线圈C 的磁通为()22/32220π2r dR IR μBS ψC +==则两线圈的互感为()2/3222202πdR R r μI ψM +== 若线圈C 的匝数为N 匝，则互感为上述值的N 倍．12－22 如图所示，螺绕环A 中充满了铁磁质，管的截面积S 为2.0 cm 2 ，沿环每厘米绕有100 匝线圈，通有电流I 1 ＝4.0 ×10 －2A ，在环上再绕一线圈C ，共10 匝，其电阻为0.10 Ω，今将开关Ｓ 突然开启，测得线圈C 中的感应电荷为2.0 ×10 －3C ．求：当螺绕环中通有电流I 1 时，铁磁质中的B 和铁磁质的相对磁导率μr ．题 12-22 图分析 本题与题12-8 相似，均是利用冲击电流计测量电磁感应现象中通过回路的电荷的方法来计算磁场的磁感强度．线圈C 的磁通变化是与环形螺线管中的电流变化相联系的． 解 当螺绕环中通以电流I 1 时，在环内产生的磁感强度110I n μμB r =则通过线圈C 的磁链为S I n μμN BS N ψr c 11022==设断开电源过程中，通过C 的感应电荷为q C ，则有()RSI n μμN ψR ψR qc r c c 110201Δ1=--=-= 由此得T 10.02110===SN Rq I n B Cr μμ 相对磁导率1991102==I n S N Rq Cr μμ12－23 一个直径为0.01 m ，长为0.10 m 的长直密绕螺线管，共1 000 匝线圈，总电阻为7.76 Ω．求：（1） 如把线圈接到电动势E ＝2.0 V 的电池上，电流稳定后，线圈中所储存的磁能有多少？ 磁能密度是多少？*（2） 从接通电路时算起，要使线圈储存磁能为最大储存磁能的一半，需经过多少时间？分析 单一载流回路所具有的磁能，通常可用两种方法计算：方法 1： 如回路自感为L （已知或很容易求得），则该回路通有电流I 时所储存的磁能221LI W m =，通常称为自感磁能． 方法 2： 由于载流回路可在空间激发磁场，磁能实际是储存于磁场之中，因而载流回路所具有的能量又可看作磁场能量，即V w W Vm m d ⎰=，式中m w 为磁场能量密度，积分遍及磁场存在的空间．由于μB w m 22=，因而采用这种方法时应首先求载流回路在空间产生的磁感强度B 的分布．上述两种方法还为我们提供了计算自感的另一种途径，即运用V w LI V m d 212⎰=求解L ．解 （1） 密绕长直螺线管在忽略端部效应时，其自感lSN L 20μ=，电流稳定后，线圈中电流REI =，则线圈中所储存的磁能为 J 1028.3221522202-⨯===lRSE N μLI W m 在忽略端部效应时，该电流回路所产生的磁场可近似认为仅存在于螺线管中，并为均匀磁场，故磁能密度m w 处处相等，3m J 17.4-⋅==SLW w mm （2） 自感为L ，电阻为R 的线圈接到电动势为E 的电源上，其电流变化规律⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-t LR R E I e 1，当电流稳定后，其最大值R E I m = 按题意⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22212121m LI LI ，则R E I 22=，将其代入⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-t LRR E I e 1中，得 ()s 1056.122ln 221ln 4-⨯=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=RL R L t12－24 未来可能会利用超导线圈中持续大电流建立的磁场来储存能量．要储存1 kW·h 的能量，利用1.0Ｔ的磁场，需要多大体积的磁场？ 若利用线圈中500 A 的电流储存上述能量，则该线圈的自感系数应该多大？解 由磁感强度与磁场能量间的关系可得302m 0.92/==μB W V m所需线圈的自感系数为H 2922==I W L m12－25 中子星表面的磁场估计为108Ｔ，该处的磁能密度有多大？解 由磁场能量密度21021098.32⨯==μB w m 3m /J12－26 在真空中，若一均匀电场中的电场能量密度与一 0.50Ｔ 的均匀磁场中的磁场能量密度相等，该电场的电场强度为多少？解 2021E εw e =,022μB w m =,按题意，当m e w w =时，0220221μB E ε=则1800m V 1051.1-⋅⨯==μεBE 12－27 设有半径R ＝0.20 m 的圆形平行板电容器，两板之间为真空，板间距离d ＝0.50 cm ，以恒定电流I ＝2.0 A 对电容器充电．求位移电流密度（忽略平板电容器的边缘效应，设电场是均匀的）．分析 尽管变化电场与传导电流二者形成的机理不同，但都能在空间激发磁场．从这个意义来说，变化电场可视为一种“广义电流”，即位移电流．在本题中，导线内存在着传导电流I c ，而在平行板电容器间存在着位移电流I d ，它们使电路中的电流连续，即c d I I =．解 忽略电容器的边缘效应，电容器内电场的空间分布是均匀的，因此板间位移电流2πd R j I d Sd d =⋅=⎰S j ，由此得位移电流密度的大小222m A 9.15ππ-⋅===R I R I j c d d。
第十二章第二节法拉第电磁感应定律
A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大 C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大
解析：选C.由自感规律可知在开关断 开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原 因是在线圈中产生了与原电流同向的 自感电流且大于稳定时通过灯泡的原 电流．由图可知灯泡和线圈构成闭合 的自感回路，与电源无关，故A错；
造成不闪亮的原因是自感电流不大于 稳定时通过灯泡的原电流，当线圈电 阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象, 故B错C正确．自感系数越大，则产生 的自感电流越大,灯泡更亮，故D错．
ΔΦ＝B·12πa2② Δt＝2va③ 由①②③得 E ＝14πBav，D 正确．
三、对自感现象的进一步理解 1．自感线圈的作用 (1)使线圈中的电流渐变而不突变，即 电流从一个值到另一个值总需要一定 的时间．
(2)在阻碍电流增大的过程中本身储存 了磁场能，而在阻碍电流减小的过程 中，又把储存的磁场能释放出来．
通电自感
断电自感
能量转化 电能转化为磁场 磁场能转化为电
情况
能
能
特别提醒：(1)通电时线圈产生的自感电 动势阻碍电流的增加且与电流方向相反，
此时含线圈L的支路相当于断开.
(2)断电时线圈产生的自感电动势与原 电流方向相同，在与线圈串联的回路 中，线圈相当于电源，它提供的电流 从原来的IL逐渐变小.但流过灯A的电 流方向与原来相反.(3)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.
(1)若B、l、v相互垂直，则E＝_____.
(2)E＝Blvsinθ，θ为运动方向与磁感 线方向的夹角．
(3)导体棒在磁场中转动：
导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直 于磁感线方向匀速转动产生感应电动势 E＝Bl v ＝__12_B__l2_ω___ (平均速度取中点 位置线速度12lω)．
大学物理第十二章 习题答案
第十二章 电磁感应及电磁场基本方程12–1 如图12-1所示，矩形线圈abcd 左半边放在匀强磁场中，右半边在磁场外，当线圈以ab 边为轴向纸外转过60º过程中，线圈中 产生感应电流（填会与不会），原因是 。
解：线圈以ab 边为轴向纸外转过60º过程中，尽管穿过磁感应线的线圈面积发生了变化，但线圈在垂直于磁场方向的投影的面积并未发生变化，因而穿过整个线圈的磁通量并没有发生变化，所以线圈中不会产生感应电流。
因而应填“不会”；“通过线圈的磁通量没有发生变化”。
12–2 产生动生电动势的非静电力是 力，产生感生电动势的非静电力是 力。
解：洛仑兹力；涡旋电场力（变化磁场激发的电场的电场力）。
12–3 用绝缘导线绕一圆环，环内有一用同样材料导线折成的内接正方形线框，如图12-2所示，把它们放在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，当匀强磁场均匀减弱时，圆环中与正方形线框中感应电流大小之比为___________。
解：设圆环的半径为a，圆环中的感应电动势1E 大小为2111d d d πd d d ΦB BS a t t t===E 同理，正方形线框中的感应电动势2E 大小为2212d d d 2d d d ΦB BS a t t t===E而同材料的圆环与正方形导线的电阻之比为12R R ==。
所以圆环与正方形线框中的感应电流之比为122I I a ==12–4 如图12-3所示，半径为R 的3/4圆周的弧形刚性导线在垂直于均匀磁感强度B 的平面内以速度v 平动，则导线上的动生电动势E = ，方向为 。
图12–5图12–4abdc图12–1Ba图12–2图12–3解：方法一：用动生电动势公式()d l =⨯⋅⎰B l v E 求解。
选积分路径l 的绕行方向为顺时针方向，建立如图12-4所示的坐标系，在导体上任意处取导体元d l ，d l 上的动生电动势为d ()d cos d B R θθ=⨯⋅B l =v v E所以导线上的动生电动势为3π3πd cos d 0BRBR θθ-===>⎰⎰v E E由于ε>0，所以动生电动势的方向为顺时方向，即bca 方向。
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第十二章电磁感应第一单元电磁感应基本规律第1课时电磁感应现象楞次定律要点一磁通量1.如图所示,两个同心放置的共面单匝金属环a和b,一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直放置.设穿过圆环a的磁通量为Φa,穿过圆环b的磁通量为Φb,已知两圆环的横截面积分别为S a和S b,且S a<S b,则穿过两圆环的磁通量大小关系为（）A.Φa=ΦbB.Φa>ΦbC.Φa<ΦbD.无法确定答案B要点二电磁感应现象2.如图所示,开始时矩形线圈平面与匀强磁场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外.若要使线圈中产生感应电流,下列做法中可行的是（）A.以ab边为轴转动B.以bd边为轴转动（转动的角度小于60°）C.以bd边为轴转动90°后,增大磁感应强度D.以ac边为轴转动（转动的角度小于60°）答案AD要点三感应电流方向的判定3.如图所示,沿x轴、y轴有两根长直导线,互相绝缘.x轴上的导线中有-x方向的电流,y轴上的导线中有+y方向的电流,两虚线是坐标轴所夹角的角平分线.a、b、c、d是四个圆心在虚线上、与坐标原点等距的相同的圆形导线环.当两直导线中的电流从相同大小,以相同的快慢均匀减小时,各导线环中的感应电流情况是（）A.a中有逆时针方向的电流B.b中有顺时针方向的电流C .c 中有逆时针方向的电流D .d 中有顺时针方向的电流答案 BC题型1 感应电流方向的判断【例1】如图所示,水平放置的两条光滑导轨上有可自由移动的金属棒PQ 、MN,当PQ 在外力作用下运动时,MN 在磁场力作用下向右运动,则PQ 所做的运动可能是 （ ） A .向右匀加速运动B .向左匀加速运动C .向右匀减速运动D .向左匀减速运动答案 BC题型2 楞次定律推论的应用【例2】如图所示,在水平放置的光滑绝缘杆ab 上,挂有两个金属环M 和N . 两环套在一个通电密绕长螺线管的左部,当变阻器的滑动触头向左移动时,两 环将怎样运动 （ ） A .两环保持相对静止一起向左运动B .两环保持相对静止一起向右运动C .两环互相靠近并向左运动D .两环互相离开并向右运动答案 C题型3 等效电路【例3】匀强磁场的磁感应强度B =0.2 T ,磁场宽度L =3 m ,一正方形金属框边长l =1 m,每边电阻r =0.2Ω,金属框以v =10 m/s 的速度匀速穿过磁场区,其平 面始终保持与磁感线方向垂直,如图所示.求:（1）画出金属框穿过磁场区的过程中,金属框内感应电流的I -t 图线.（要求写出作图依据） （2）画出ab 两端电压的U-t 图线.（要求写出作图依据） 答案 （1）金属框进入磁场区时 E 1=Blv =2 V ,I 1=rE 41=2.5 A此电流的方向沿逆时针,即沿abcda 方向. 感应电流持续的时间:t 1=vl =0.1 s金属框完全在磁场中运动时:E 2=0,I 2=0 无电流持续的时间:t 2=vlL =0.2 s金属框穿出磁场区时:E 3=Blv =2 V ,I 3=rE 43=2.5 A此电流的方向沿顺时针,即沿dcbad 方向. 感应电流持续的时间:t 3=vl =0.1 s规定电流方向逆时针为正,得I-t 图线如下图所示.（2）金属框进入磁场区时ab 两端的电压 U 1=I 1r =2.5×0.2 V =0.5 V金属框完全在磁场中运动时,ab 两端的电压等于感应电动势: U 2=Blv =2 V金属框穿出磁场区时ab 两端的电压 U 3=E 3-I 3r =1.5 V由此得U-t 图线如下图所示1.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B ,B 的方向与水平方向的夹角为30°,图中实 线位置有一面积为S 的矩形线圈处于磁场中,并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置（图中虚线位置）.在此过程中磁通量的改变量大小为 （ ）A .BS 213- B .BS C .BS 213+D .2BS答案 C2.（2009·绥化模拟）如图所示,通有稳恒电流的螺线管竖直放置,铜环R 沿螺线管的轴 线加速下落.在下落过程中,环面始终保持水平,铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的 加速度分别为a 1、a 2、a 3,位置2处于螺线管的中心,位置1、3与位置2等距离,则（ ） A .a 1<a 2=g B .a 2<a 1<g C .a 1=a 3<a 2D .a 3<a 1<a 2答案 AD3.如图所示,通电螺线管置于闭合金属环a 的轴线上,当螺线管中电流I 减少时（ ）A .环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小B .环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小C .环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大D .环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 答案 A4.图为“研究电磁感应现象”的实验装置.（1）将图中所缺的导线补接完整.（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后 （ ） A .将原线圈迅速插入副线圈时,电流计指针向右偏转一下 B .将原线圈插入副线圈后,电流计指针一直偏在零点右侧C .原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向右偏转一下D .原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向左偏转一下 答案 （1）见下图（2）AD第2课时 法拉第电磁感应定律 自感要点一 感应电动势1.如图所示,固定在水平桌面上的金属框架cdef 处在竖直向下的匀强磁场中,金属 棒ab 搁在框架上,可无摩擦地滑动.此时abed 构成一个边长为L 的正方形,棒的 电阻为r ,其余部分电阻不计,开始时磁感应强度为B 0.（1）若从t =0时刻起,磁感应强度均匀增加,每秒增量为k ,同时保持棒静止,求棒中的感应电流,在图中标出感应电流的方向.（2）在上述（1）的情况中,棒始终保持静止,当t=t 1时,垂直于棒的水平拉力为多少？（3）若从t =0时刻起,磁感应强度逐渐减小,当棒以恒定速度v 向右做匀速运动时,可使棒中不产生感应电流,则磁感应强度怎样随时间变化？（写出B 与t 的关系式）答案 （1）r kL 2方向见右图 （2）（B 0+kt 1）tL LB B rkL v +=03)3( 要点二 感应电动势大小的计算2.（2009·漠河模拟）一个半径为r 的圆形铝环由静止开始在均匀向外辐射的磁场 中下落,设圆环平面下落时始终保持水平,圆环处磁场的磁感应强度大小为B ,如图所示.已知圆环的铝线半径为r 0,密度为ρ0,电阻率为ρ,磁场范围足够大,试求圆环下落的稳定速度. 答案20B gρρ要点三 自感现象与日光灯3.在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管,下列说法中正确的是（ ）A .日光灯点燃后,镇流器、启动器都不起作用B .镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压,点燃灯管后起降压限流作用C .日光灯点亮后,启动器不再起作用,可以将启动器去掉D .日光灯点亮后,使镇流器短路,日光灯仍能正常发光,并能降低对电能的消耗 答案 BC题型1 感应电荷量的计算【例1】如图所示,边长为a ,总电阻为R 的闭合正方形单匝线框,放在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁感线与线框平面垂直.当线框由图示位置转过180°角过程中,流过线框导线横截面的电荷量是多少?答案 RBa 22题型2 自感现象【例2】如图所示,A 、B 、C 是相同的白炽灯,L 是自感系数很大、电阻很小的自感线圈.现将S 闭合,下面说法正确的是 （ ） A .B 、C 灯同时亮,A 灯后亮B .A 、B 、C 灯同时亮,然后A 灯逐渐变暗,最后熄灭 C .A 灯一直不亮,只有B 灯和C 灯亮D .A 、B 、C 灯同时亮,并且亮暗没有变化题型3 情景建模【例3】某期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术——航天飞缆,航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空中飞行的系统.飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖拽力,它还能清理“太空垃圾”等.从1967年至1999年的17次试验中,飞缆系统试验已获得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释.图为飞缆系统的简化模型示意图,图中两个物体P 、Q 的质量分别为m P 、m Q ,柔性金属缆索长为l ,外有绝缘层,系统在近地轨道做圆周运动,运动过程中Q 距地面高度为h .设缆索总保持指向地心,P 的速度为v P .已知地球半径为R ,地面的重力加速度为g .（1）飞缆系统在地磁场中运动,地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面向外.设缆索中无电流,问缆索P 、Q 哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于v P ,求P 、Q 两端的电势差.（2）设缆索的电阻为R 1,如果缆索两端物体P 、Q 通过周围的电离层放电形成电流,相应的电阻为R 2,求缆索所受的安培力多大? （3）求缆索对Q 的拉力F Q . 答案 （1）Blv P（2）2122R R l B p+v （3）m Q ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++--+222)()()(l h R h R h R R g p v1.如图所示是日光灯的结构示意图,若按图示的电路连接,关于日光灯发光的情 况,下列叙述中正确的是 （ ） A.S 1接通,S 2、S 3断开,日光灯就能正常发光 B .S 1、S 2接通,S 3断开,日光灯就能正常发光C .S 3断开,接通S 1、S 2后,再断开S 2,日光灯就能正常发光D .当日光灯正常发光后,再接通S 3,日光灯仍能正常发光 答案 C2.两块水平放置的金属板间的距离为d ,用导线与一个n 匝线圈相连,线圈电阻为r ,线圈中有竖直方向的磁场,电阻R 与金属板连接,如图所示,两板间有一个质量为m 、电荷量+q 的油滴恰好处于静止.则线圈中的磁感应强度B 的变化情况和磁通量的变化率分别是 （ ） A .磁感应强度B 竖直向上且正增强,nq dmgt Φ=∆∆ B .磁感应强度B 竖直向下且正增强,nqdmgt Φ=∆∆C .磁感应强度B 竖直向上且正减弱,nRqr R dmg t Φ)(+=∆∆ D .磁感应强度B 竖直向下且正减弱,nRqr R dmgr t Φ)(+=∆∆ 答案 C3.（2009·许昌模拟）如图甲为某同学研究自感现象的实验电路图,用电流传感器显示各时刻通过线圈L 的电流.电路中电灯的电阻R 1=6.0Ω,定值电阻R =2.0Ω,AB 间电压U =6.0 V ,开关S 原来闭合,电路处于稳定状态,在t 1=1.0×10-3s 时刻断开开关S ,此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示.（1）求出线圈L 的直流电阻R L .（2）在图甲中用箭头标出断开开关后通过电灯的电流方向. （3）在t 2=1.6×10-3s 时刻线圈L 中的感应电动势的大小是多少? 答案 （1）2.0Ω（2）向左（3）3.0 V4.如图所示,空间存在垂直于纸面的均匀磁场,在半径为a 的圆形区域内外,磁 场方向相反,磁感应强度的大小均为B .一半径为b ,电阻为R 的圆形导线环放置在纸面内,其圆心与圆形区域的中心重合,在内、外磁场同时由B 均匀地减小到零的过程中,通过导线截面的电荷量q 为多少？答案 Ra b B R b a B ）2（π)2(π2222--或1.如图所示,两线圈在同一平面内同心放置,a 中有电流I 通过,在下列哪些情况中,线 圈b 有向外扩张的趋势（ ）A.a中电流沿顺时针方向并逐渐增大B.a中电流沿顺时针方向并逐渐减小C.a中电流沿逆时针方向并逐渐减小D.无论a中电流方向如何,只要逐渐增大答案AD2.电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是（）A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板带正电C.从b到a,上极板带正电D.从b到a,下极板带正电答案D3.（2009·菏泽月考）条形磁铁放在光滑的水平面上,以条形磁铁的中央位置的正上方某点为圆心,水平固定一铜质圆环如图所示,不计空气阻力,以下判断中正确的是（）A.释放圆环,下落过程中环的机械能守恒B.释放圆环,环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大C.给磁铁水平向右的初速度,磁铁向右运动的过程中做减速运动D.给磁铁水平向右的初速度,圆环将受到向左的磁场力答案AC4.如图所示,螺线管的导线的两端与两平行金属板相接,一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态.若条形磁铁突然插入线圈时,小球的运动情况是（）A.向左摆动B.向右摆动C.保持静止D.无法判定答案A5.绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上,铁芯上套着一个铝环,线圈与电源、开关相连,如图所示.闭合开关的瞬间,铝环跳起一定高度.保持开关闭合,下列现象正确的是（）A.铝环停留在这一高度,直到开关断开铝环回落B.铝环不断升高,直到断开开关铝环回落C.铝环回落,断开开关时铝环又跳起D.铝环回落,断开开关时铝环不再跳起答案D6.如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略.下列说法中正确的是（）A.合上开关S接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮B.合上开关S接通电路时,A1和A2始终一样亮C.断开开关S切断电路时,A2立即熄灭,A1过一会儿才熄灭D.断开开关S切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭答案AD7.如图所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd.b、d间连有一固定电阻R,导线电阻可忽略不计.MN为放在ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面（指向图中纸面内）.现对MN施力使它沿导轨方向以速度v（如图）做匀速运动.令表示MN两端电压的大小,则（）1Blv,流过固定电阻R的感应电流由b到dA.U=21Blv,流过固定电阻R的感应电流由d到bB.U=2C.U=Blv,流过固定电阻R的感应电流由b到dD.U=Blv,流过固定电阻R的感应电流由d到b答案A8.如图中半径为r 的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B 中,绕O 轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R 的电流的大小和方向是（金属圆盘的电阻不计） （ ） A .由c 到d ,I=Br 2ω/RB .由d 到c ,I=Br 2ω/R C .由c 到d ,I=Br 2ω/（2R ）D .由d 到c ,I=Br 2ω/（2R ）答案 D9.（2009·济宁一中月考）如图所示,平行导轨间距为d ,一端跨接一个电阻R ,匀强磁场的磁感应强度为B ,方向垂直于平行金属导轨所在平面.一根金属棒与导轨成θ角放置,金属棒与导轨的电阻均不计.当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v 在金属导轨上滑行时,通过电阻R 的电流是 （ ） A .RBd vB .RBd θsin v C .RBd θcos v D .θsin R Bd v答案 D10.如图所示,在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R 的直角形金属导轨aOb （在纸面内）,磁场方向垂直于纸面朝里,另有两根金属导轨c 、d 分别平行于Oa 、Ob 放置.保持导轨之间接触良好,金属导轨的电阻不计.现经历以下四个过程: ①以速率v 移动d ,使它与Ob 的距离增大一倍;②再以速率v 移动c ,使它与Oa的距离减小一半;③然后,再以速率2v 移动c ,使它回到原处;④最后以速率2v 移动d ,使它也回到原处.设上述四个过程中通过电阻R 的电荷量的大小依次为Q 1、Q 2、Q 3和Q 4,则 （ ） A .Q 1=Q 2=Q 3=Q 4B .Q 1=Q 2=2Q 3=2Q 4C .2Q 1=2Q 2=Q 3=Q 4D .Q 1≠Q 2=Q 3≠Q 4答案 A11.如图所示,一边长为L 的正方形金属框,质量为m ,电阻为R ,用细线把它悬挂在一个有界的磁场边缘.金属框的上半部处于磁场内,下半部处于磁场外,磁场随时间均匀变化且满足B=kt 规律,已知细线所能承受的最大拉力T =2mg,求从t =0时刻起,经多长时间细线会被 拉断.答案322L k mgR12.如图所示,在磁感应强度B =2 T 的匀强磁场中,有一个半径r =0.5 m 的金属圆环,圆环所在的平面与磁感线垂直.OA 是一个金属棒,它沿着顺时针方向以20 rad/s 的角速度绕圆心O 匀速转动,且A 端始终与圆环相接触.OA 棒的电阻R =0.1Ω,图中定值电阻R 1=100Ω,R 2=4.9Ω,电容器的电容C =100 pF ,圆环和连接导线的电阻忽略不计,则: （1）电容器的带电荷量是多少？哪个极板带正电？ （2）电路中消耗的电功率是多少？ 答案 （1）4.9×10-10C 上极板 （2）5 W13.半径为a 的圆形区域内有匀强磁场,磁感应强度B =0.2 T ,磁场方向垂直纸面向里,半径为b 的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,如图所示,其中a = 0.4 m ,b =0.6 m .金属环上分别接有灯L 1、L 2,两灯的电阻均为R 0=2 Ω.一金属棒MN 与金属环接触良好,棒与环的电阻均不计.（1）若棒以v 0=5 m/s 的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO ′的瞬时,MN 中的电动势和流过L 1的电流.（2）撤去中间的金属棒MN ,将右面的半圆环OL 2O ′以OO ′为轴向上翻转90°,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为π4=∆∆t B T/s ,求L 1的功率. 答案 （1）0.8 V0.4 A （2）1.28×10-2W第二单元 电磁感应综合问题第3课时 电磁感应中的电路与图象问题要点一 电磁感应中的电路问题1.如图所示,顶角θ=45°的光滑金属导轨MON 固定在水平面内,导轨处在磁感应强度 大小为B 、方向竖直的匀强磁场中.一根与ON 垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v 0沿导轨MON 向右运动,导体棒的质量为m ,导轨与导体棒单位长度的电阻均为r .导体棒与导轨接触点为a 和b ,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触.t =0时,导体棒位于顶点O 处,求:（1）t 时刻流过导体棒的电流强度I 和电流方向. （2）导体棒作匀速直线运动时水平外力F 的表达式. （3）导体棒在0～t 时间内产生的焦耳热Q . 答案 rt B rt B F ab rB 223022020)22(2)3()22()2()22()1(++=→+v v v 方向要点二 电磁感应中的图象问题2.如图所示,图中两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l ,磁场方向垂直纸面向里.abcd 是位于纸面内的梯形线圈,ad 与bc 间的距离也为l .t =0时刻,bc 边与磁场区域边界重合（如图）.现令线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域.取沿a →b →c →d →a 的感应电流为正,则在线圈穿越磁场区域的过程中,感应电流I 随时间t 变化的图线可能是（ ）答案 B题型1 电磁感应与电路综合题【例1】如图所示,在两条平行光滑导轨上有一金属棒ab ,匀强磁场跟轨道平面垂直,导轨上有两定值电阻,R 1=5Ω,R 2=6Ω,电路中的电压表量程为0～10 V ,电流表的量程为0～3 A .将R 0调至30Ω,用F =40 N 的力使ab 垂直导轨向右平移,当ab 达到稳定状态时,两电表中有一表正好达到满偏,而另一表未达到满偏.（1）求此时ab的速度.（2）调节R0的阻值使ab稳定时两表都正好满偏,力F必须为多大?此时ab的速度又为多大?答案（1）1 m/s （2）60 N 1.25 m/s题型2 电磁感应中的图象问题【例2】如图所示,图中A是一边长为l的方形线框,电阻为R.今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动,并穿过图中所示的匀强磁场B区域.若以x轴正方向作为力的正方向,线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为下图中的（）答案B题型3 等效模型【例3】如图所示甲（a）是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个半径为r=0.1 m、有20匝的线圈套在辐向形永久磁铁槽中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右视图如图甲（b）所示）.在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2 T.线圈的电阻为R1=2Ω,它的引出线接有R2=8Ω的灯泡L,外力推动线圈的P端做往复运动,便有电流通过灯泡.当线圈向右的位移随时间变化的规律如图乙所示时（x取向右为正）:（1）试画出感应电流随时间变化的图象（在图甲（b）中取逆时针方向的电流为正）.（2）求每一次推动线圈运动过程中的作用力. （3）求该发电机的输出功率（摩擦等损耗不计）.答案 （1）从题图乙可以看出,线圈每次往返运动的速度 v =m/s 0.8m/s 1.008.0==∆∆t x由于线圈做切割磁感线运动产生的感应电流在每次运动过程中都保持恒定不变.故线圈产生的感应电动势为E=nBLv （式中L 是线圈每一周的长度,即2πr ）,代入数据得 E=n 2πrBv =20×2×3.14×0.1×0.2×0.8 V ≈2 V感应电流I =28221+=+R R E A =0.2 A由图可以看出线圈沿x 轴正方向运动时,产生的感应电流是沿顺时针方向的（从右向左看）.于是可得到电流I 随 时间t 变化的图象.（2）0.5 N （3）0.32 W1.如图所示,两个互连的金属圆环,粗金属环的电阻是细金属环电阻的二分之一,磁场垂直穿过粗金属环所在区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在粗环内产生的感 应电动势为E ,则a 、b 两点间的电势差为（ ） A .E 21 B .E 31C .E 32D .E答案 C2.（2009·开封模拟）如图所示,一边长为a ,电阻为R 的等边三角形线框在外力作用下以速度v 0匀速穿过宽度均为a 的两个匀强磁场区域,两磁场磁感应强度的大小均为B ,方向相反,线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直.以逆时针方向为电流正方向,从图示位置开始线框中感应电流I 与沿运动方向的位移s 的关系图象为 （ ）答案 B3.如图所示,粗细均匀的金属环的电阻为R ,可绕轴O 转动的金属杆OA 的电阻为R /4,杆长为l ,A 端与环相接触,一阻值为R /2的定值电阻分别与杆的端点O 及环边缘连接.杆OA 在垂直于环面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场中,以角 速度ω顺时针转动.求电路中总电流的变化范围.答案 R l B 22ω≤I ≤Rl B 322ω4.如图所示,OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O 、C 处分别接有短 电阻丝,R 1=4Ω,R 2=8Ω（导轨其他部分电阻不计）,导轨OAC 的形状满足方 程y =2sin3πx （单位:m ）,磁感应强度B =0.2 T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面,足够长的金属棒在水平外力F 作用下,以恒定的速率v =5.0 m/s 水平向右在导轨上从O 点滑动到C 点,棒与导轨接触良好且始终保持与OC 导轨垂直,不计棒的电阻.求: （1）外力F 的最大值.（2）金属棒在导轨上运动时电阻丝R 1上消耗的最大功率. （3）在滑动过程中通过金属棒的电流I 与时间t 的关系. 答案 （1）0.3 N（2）1 W（3）I =t 3π5sin43 第4课时 电磁感应中的动力学和能量问题要点一 电磁感应中的动力学问题1.如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L .M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻.一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab 杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.（1）由b 向a 方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图. （2）在加速下滑过程中,当ab 杆的速度大小为v 时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小. （3）求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值.答案 （1）见右图（2）mRL B g RBL vv 22sin -θ （3）22sin L B mgR θ要点二 电磁感应中的能量问题2.如图所示,质量为m ,边长为L 的正方形线框,在有界匀强磁场上方h 高处由静止自由下落,线框的总电阻为R ,磁感应强度为B 的匀强磁场宽度为2L .线框下落过程中,ab 边始终与磁场边界平行且处于水平方向.已知ab 边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动.求:（1）cd 边刚进入磁场时线框的速度. （2）线框穿过磁场的过程中,产生的焦耳热. 答案 （1）gL L B R g m 244222- （2）mg （h +3L ）-442332L B R g m题型1 电磁感应中的能量问题【例1】如图所示,将边长为a 、质量为m 、电阻为R 的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b 、磁感应强度为B 的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里.线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场.整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f ,且线框不发生转动.求:（1）线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v 2. （2）线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v 1. （3）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q . （4）线框在上升阶段通过磁场过程中克服安培力做的功W . 答案 （1）22a B fmg -R （2）22aB R 22)(f mg -（3）4422222)(3a B f g m mR --（mg+f ）（a+b ）（4）22222)(3a B f g m mR --（mg+f ）（a+b ）题型2 单金属杆问题【例2】如图所示,电动机牵引一根原来静止的、长L 为1 m 、质量m 为0.1 kg 的导体棒MN 上升,导体棒的电阻R 为1Ω,架在竖直放置的框架上,它们处于磁感应强度B 为1 T 的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直.当导体棒上升h =3.8 m 时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为2 J .电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为7 V 、1 A ,电动机内阻r 为1Ω,不计框架电阻及一切摩擦.求: （1）棒能达到的稳定速度.（2）棒从静止至达到稳定速度所用的时间. 答案 （1）2 m/s（2）1 s题型3 双金属杆问题【例3】如图所示,在水平台面上铺设两条很长但电阻可忽略的平行导轨MN 和PQ ,导轨间宽度L =0.50 m .水平部分是粗糙的,置于匀强磁场中,磁感应强度。