(完整版)电磁感应经典例题
【物理】高中物理电磁感应经典习题(含答案)
【物理】高中物理电磁感应经典习题(含答案)题一题目:一个导线截面积为$2.5\times10^{-4}m^2$,长度为$0.3m$,放在磁感应强度为$0.5T$的均匀磁场中,将导线两端连接到一个电阻为$2\Omega$的电阻器上,求电阻器中的电流。
解析:根据电磁感应定律,导线中的感应电动势与导线长度、磁感应强度以及导线的运动速度有关。
在此题中,导线不运动,所以感应电动势为零。
因此,电路中的电流完全由电源提供,根据欧姆定律,可以使用$U=IR$求解电流。
答案:电路中的电流为0A。
题二题目:一个充满磁感应强度为$1T$的磁场的金属环,直径为$0.2m$,环的厚度可以忽略不计。
当磁场方向垂直于环的平面并向上时,将环从磁场中抽出后,环中的磁场强度变为多少?解析:根据法拉第电磁感应定律,当闭合回路中的磁通量发生变化时,环中会产生感应电动势导致感应电流的产生。
在此题中,环被抽出磁场后,磁通量减小,从而产生感应电动势。
根据安培环路定理和比奥-萨伐尔定律,感应电动势的方向与磁场的变化方向相反,因此感应电流会生成一磁场。
根据安培定律和环形线圈的磁场公式,可以计算出环中的新的磁场强度。
答案:环中的新磁场强度需要通过计算得出。
具体计算过程请参考相关物理教材或参考书籍。
题三题目:一根长度为$0.5m$的直导线与一个磁场相垂直,导线两端的电动势为$2V$,导线的电阻为$4\Omega$,求导线在磁场中运动的速度。
解析:根据电磁感应定律,导线中的感应电动势与导线长度、磁场强度以及导线的运动速度有关。
在此题中,导线的电动势和电阻已知,可以使用欧姆定律$U=IR$解出电流,并使用感应电动势的公式$E=Bvl$解出运动速度。
答案:导线在磁场中的运动速度需要通过计算得出。
具体计算过程请参考相关物理教材或参考书籍。
(完整版)电磁感应综合练习题(基本题型,含答案)
电磁感应综合练习题(基本题型)一、选择题: 1.下面说法正确的是( )A .自感电动势总是阻碍电路中原来电流增加B .自感电动势总是阻碍电路中原来电流变化C .电路中的电流越大,自感电动势越大D .电路中的电流变化量越大,自感电动势越大【答案】B2.如图9-1所示,M 1N 1与M 2N 2是位于同一水平面内的两条平行金属导轨,导轨间距为L 磁感应强度为B 的匀强磁场与导轨所 在平面垂直,ab 与ef 为两根金属杆,与导轨垂直且可在导轨上滑 动,金属杆ab 上有一伏特表,除伏特表外,其他部分电阻可以不计,则下列说法正确的是 ( ) A .若ab 固定ef 以速度v 滑动时,伏特表读数为BLvB .若ab 固定ef 以速度v 滑动时,ef 两点间电压为零C .当两杆以相同的速度v 同向滑动时,伏特表读数为零D .当两杆以相同的速度v 同向滑动时,伏特表读数为2BLv【答案】AC3.如图9-2所示,匀强磁场存在于虚线框内,矩形线圈竖直下落。
如果线圈中受到的磁场力总小于其重力,则它在1、2、3、4位置 时的加速度关系为 ( ) A .a 1>a 2>a 3>a 4 B .a 1 = a 2 = a 3 = a 4C .a 1 = a 2>a 3>a 4D .a 4 = a 2>a 3>a 1【答案】C4.如图9-3所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行,当电键S 接通一瞬间,两铜环的运动情况是( ) A .同时向两侧推开 B .同时向螺线管靠拢C .一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断D .同时被推开或同时向螺线管靠拢,但因电源正负极未知,无法具体判断 【答案】 A图9-2图9-3图9-4图9-15.如图9-4所示,在U形金属架上串入一电容器,金属棒ab在金属架上无摩擦地以速度v向右运动一段距离后突然断开开关,并使ab停在金属架上,停止后,ab不再受外力作用。
法拉第电磁感应定律典型例题
A B C D 法拉第电磁感应定律典型例题一、平均电动势的应用、与瞬时电动势的区别(求通过电路的电荷量)1. 如右图所示,线圈M 和线圈P 绕在同一铁芯上。
设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正。
当M 中通入下列哪种电流时,在线圈P 中能产生正方向的恒定感应电流2. 如图中(a),圆形线圈P 静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q ,P 和Q 共轴,Q 中通有变化电流,电流随时间变化的规律如图4—4(b)所示,P 所受的重力为G ,桌面对P 的支持力为N ,则不成立是 ( )A.t 1时刻N >GB.t 2时刻N >GC.t 3时刻N <GD.t 4时刻N =G3.在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M 相接,如图所示,导轨上放一根导线ab ,磁感线垂直导轨所在的平面,欲使M 所包围的小闭合线圈N 产生顺时针方向的感应电流,则导线的运动可能是 ( )A .匀速向右运动B .加速向右运动C .减速向右运动D .加速向左运动4、如左图所示,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右图所示.则线圈产生的感应电动势的情况为:( )A 、0时刻电动势最大B 、0时刻电动势为零C 、1t 时刻电动势为0D 、1t ~2t 时间内电动势增大5.如图17-20所示,边长为a 的正方形闭合线框ABCD 在匀强磁场中绕AB 边匀速转动,磁感应强度为B ,初始时刻线框所在平面与磁感线垂直,经过t 时刻后转过120°角,求:(1)线框内感应电动势在t 时间内的平均值(2)转过120°角时感应电动势的瞬时值(3)设线框电阻为R,则这一过程中通过线框截面的电量 二、等效长度的应用1.如图17-17所示中PQRS 为一正方形线圈,它以恒定的速度向右进入以MN 为边界的匀强磁场,磁场方向垂直于线圈平面,MN 与线圈边成45°角,E 、F 分别为PS 、PQ 的中点,关于线圈中感应电流的大小,下面判断正确的是A .当E 点经过MN 时,线圈中感应电流最大B .当P 点经过MN 时,线圈中感应电流最大C .当F 点经过MN 时,线圈中感应电流最大D .当Q 点经过MN 时,线圈中感应电流最大三、旋转切割磁感线1.竖直平面内有一金属环,半径为a ,总电阻为R .磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点A 铰链连接的长度为2a 、电阻为R /2的导体棒AB 由水平位置紧贴环面摆下(如图).当摆到竖直位置时,B 点的线速度为v ,则这时AB 两端的电压大小为( )A.2BavB.BavC.2Bav /3D.Bav /3三、图像问题1. 图6中A 是一底边宽为L 的闭合线框,其电阻为R 。
(完整版)法拉第电磁感应定律的例题
法拉第电磁感应定律的例题【例1】如图所示,磁感强度B=1.2T的匀强磁场中有一折成30°角的金属导轨aob,导轨平面垂直磁场方向。
一条直线MN垂直ob方向放置在轨道上并接触良好。
当MN以v=4m/s从导轨O点开始向右平动时,若所有导线单位长度的电阻r=0.1Ω/m。
求:(1)经过时间t后,闭合回路的感应电动势的瞬时值和平均值;(2)闭合回路中的电流大小和方向。
【分析】磁场B与平动速度v保持不变,但MN切割磁感线有效【解答】 (1)设运动时间为t后,在ob上移动S=vt=4t,MN的回路总电阻R=Lr=10.9t×0.1=1.09t【说明】 (1)本题切割的有效长度是时间的函数,所以电动势的平均值、即时值与有效长度的平均值、即时值有关(2)解这一类有效长度随时间变化的问题,关键是找到有效长度与时间的函数关系。
【例2】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,长L电阻R0的裸电阻丝cd在宽L的平行金属轨道上向右滑行,速度为v。
已知R1=R2=R0,其余电阻忽略不计,求电键K闭合与断开时,M、N两点的电势差U MN。
【分析】 cd在磁场中做切割磁感线的运动,这部分电路是电源,你知道电键K 断开和闭合,U cd有什么不同吗?电键K断开时,电路abcd不闭合,只产生感应电动势,而没有感应电流,N、c、b等势,M、a、d等势,U MN=U dc=E;电键K闭合时,电路中有感应电流,此时U MN=U dc为路端电压。
【解答】ε=BLvK断开时,U MN=U dc=ε=BLv【说明】 1、不要以为切割磁感线导体两端电压都等于感应电动势,通过此题想想在什么情况下,两端电压不等于电动势的值。
2、cd部分是电源,在电源内部,电流方向是从低电势流向高电势(规定为电动势的方向),所以U MN=U dc为正值。
【例3】如图所示,小灯泡的规格为“2V、4W”,接在光滑水平导轨上,轨距0.1m,电阻不计。
(完整版)电磁感应典型例题
典型例题电磁感应与电路、电场相结合1 .如图所示,螺线管的导线的两端与两平行金属板相接,一个带负电的通草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,通草球的运动情况是()A、向左摆动B、向右摆动_C、保持静止D、无法确定N解:当磁铁插入时,穿过线圈的磁通量向左且增加,线圈产S—^生感应电动势,因此线圈是一个产生感应电动势的电路,相当于一个电源,其等效电路图如图,因此A板带正电,B板带负电,故小球受电场力向左答案:A3.如图所示,匀强磁场B=0.1T,金属棒AB长0.4m,与框架宽度相同,计,电阻Ri=2 Q, R2=1 ◎当金属棒以5m/s的速度匀速向左运动时,求:(1)流过金属棒的感应电流多大?(2)若图中电容器C为0.3则充电量多少?(1)0.2A, (2)4 10-8C解:(1)金属棒AB以5m/s的速度匀速向左运动时,切割磁感线,产生的感应电动势为 E Blv ,得E 0.1 0.4 5V 0.2V ,2由串并联知识可得R外一,R总1 ,所以电流I 0.2A304(2)电容器C并联在外电路上,U外—V由公式Q CU 0.334.(2003上海)粗细均习的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行。
现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图100-1所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是()解:沿四个不同方向移出线框的感应电动势都是E效电路如图100-2所示,显然图B'的Uab最大,选B。
电阻为R=1/3 ◎框架电阻不106 034 c 4108cBlv ,而a、b两点在电路中的位置不同,其等AB5.( 2004年东北三校联合考试)粗细均匀的电阻丝围成如图12 —8所示的线框abcde (ab=bc)置于正方形有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面.现使线框以同样大小的速度匀速地沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直,则在通过图示位置时,线框ab边两端点间的电势差绝对值最大的是6. 竖直平面内有一金属环,半径为 a,总电阻为 R.磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点 A 较链连接的长度为 2a 、电阻为R/2的导体棒AB 由水平位置紧-----贴环面摆下(如图).当摆到竖直位置时, B 点的线速度为 v,则这时 AB 两端 巾 的电压大小为( )|,\A.2BavB.BavC.2Bav/3D.Bav/3 X工/解析:导体棒转至竖直位置时,感应电动势 E=1B2av=Bav E2R R电路中总电阻R 总=Y2-2— + — = — R 总电流I = -- = 4EavAB 两端的电压U=E - I — =— Bav.R R 2 4 R 总 3R2 32 2答案:D8. (04江苏35)如图100-3所示,U 形导线框 MNQP 水平放置在磁感应强度 B = 0.2T 的匀强磁场中, 磁感线方向与导线框所在平面垂直,导线 MN 和PQ 足够长,间距为0. 5m,横跨在导线框上的导体棒 ab的电阻r= 1.0 0,接在NQ 间的电阻R = 4.OQ,电压表为理想电表,其余电阻不计.若导体棒在水平外力 作用下以速度 尸2.0m/s 向左做匀速直线运动,不计导体棒与导线框间的摩擦.(1)通过电阻R 的电流方向如何?(2)电压表的示数为多少?M 咛 (3)若某一时刻撤去水平外力,则从该时刻起,在导体棒运动1.0m•的过程中,通过导体棒的电荷量为多少 ?解:(1)由右手定则可判断,导体棒中的电流方向为 阻R 的电流方向为NRQ(2)由感应电动势的公式,得 E=Blv设电路中的电流为I,由闭合电路欧姆定律,得又电压表的示数等于电阻 R 两端的电压值,则有综合①②③式,得R +产 ④(3)撤去水平外力后,导体棒将在安培力的作用下, 做减速运动.设在导体棒运动x=1.0m 的过程中,2U=IR ③代入数值,得 U=0.16V ⑤导体棒中产生的感应电动势的平均值为由法拉第电磁感应定律,得设通过导体棒的电荷量为E E f =—A/E r综合⑥、⑦、⑧式,得Q,则有 Q = I At由闭合电路欧姆定律,得⑧⑨代入数值,得Q=2.0 M0-2C ⑩解析:线框通过图示各位置时,电动势均为E=Blv,图A 中ab 相当于电源,U ab 最大.答案:A答案:通过电阻R的电流万向为NRQ 0.16V 2.0 102c得:Ft mgt I LBt mv ⑤ 解得:q I t 0.36C⑥拓展1. (2003年北京海淀区模拟题) 如图所示,MN 和PQ 是固定在水平面内间距 L=0.20 m 的平 行金属轨道,轨道的电阻忽略不计.金属杆ab 垂直放置在轨道上.两轨道间连接有阻值为 R O =1.5翦勺电阻, ab 杆的电阻R= 0.50 @b 杆与轨道接触良好并不计摩擦, 整个装置放置在磁感应强度为 B= 0.50 T 的匀强 磁场中,磁场方向垂直轨道平面向下 .对ab 杆施加一水平向右的拉力,使之以v= 5.0 m/s 的速度在金属轨道上向右匀速运动 .求: (1)通过电阻R 0的电流; (2)对ab 杆施加的水平向右的拉力的大小 ;(3) ab 杆两端的电势差. 解析:(1) a 、b 杆上产生的感应电动势为 E=BLv=0.50 V. 根据闭合电路欧姆定律,通过 R 0的电流1 = 一E一=0.25 A. R 0 R 口 (2)由于ab 杆做匀速运动,拉力和磁场对电流的安培力 F 大小相等,即F 拉=F=BIL=0.025 N..................................... ER BlvR … (3)根据欧姆定律,ab 杆两端的电势差 Uab=——0—= -------- 0- =0.375 V.R R 0 R R 0 答案:(1) 0.50 V (2) 0.025 N (3) 0.375 V 拓展2.如图所示,水平面上有两根相距 0.5m 的足够长的平行 金属导轨 MN 和PQ,它们的电阻可忽略不计,在 M 和P 之间接有 阻值为R 的定值电阻,导体棒 ab 长l = 0.5m,其电阻为r,与导轨 接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度 B = 0.4T.现使ab 以v= 10m/s 的速度向右做匀速运动. (1) ab 中的感应电动势多大 ? (2)ab 中电流的方向如何 ? ⑶若定值电阻R = 3.O ◎导体棒的电阻r=1.O ◎,则电路电流大? 解:(1) ab 中的感应电动势为: E Blv ① 代入数据得:E=2.0V ② (2) ab 中电流方向为b-a (3)由闭合电路欧姆定律,回路中的电流 I —E — ③ 代入数据得:I = 0.5A R r答案:(1) 2.0V (2) ab 中电流方向为 b-a (3) 0.5A 拓展3.如图所示,MN 、PQ 是两条水平放置彼此平行的金属导轨, 匀强磁场的磁感线垂直导轨平面. 导 轨左端接阻值 R=1.5 ◎的电阻,电阻两端并联一电压表,垂直导轨跨接一金属杆 ab, ab 的质量m=0.1kg, 电阻r=0.5 Q.ab 与导轨间动摩擦因数 户0.5,导轨电阻不计,现用F=0.7N 的恒力水平向右拉 ab,使之从静止开始运动,经时间 t=2s 后,ab 开始 做匀速运动,此时电压表示数 U=0.3V .重力加速度g=10m/s 2.求: (1) ab 匀速运动时,外力 F 的功率. (2) ab 杆加速过程中,通过 R 的电量. (3) ab 杆加速运动的距离. 解:(1)设导轨间距为 L,磁感应强度为 B, ab 杆匀速运动的速 度为v,电流为I,此时ab 杆受力如图所示:由平衡条件得:F=(i mg+ILB ① 由欧姆定律得:1_B" U ② R r R由①②解得:BL=1T m v=0.4m/s③ F 的功率:P=Fv=0.7 0.4W=0.28W④(2)设ab 加速时间为t,加速过程的平均感应电流为I ,由动量定理典型例题一一导体在磁场中切割磁感线(一)单导体运动切割磁感线1.动——电——动2.电——动——电(3)设加速运动距离为s,由法拉第电磁感应定律得 EBLs又E 「(R r) ⑧由⑥⑦⑧解得 c q(R r)s -------BL 0.36 2 ------ m 072m9. (05天津23)图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距导轨所在平面与磁感应强度B为0. 50T的匀强磁场垂直。
(完整版)高考物理必做电磁感应大题
高考复习物理 电磁感应大题1.(18分)如图所示,两根相同的劲度系数为k 的金属轻弹簧用两根等长的绝缘线悬挂在水平天花板上,弹簧上端通过导线与阻值为R 的电阻相连,弹簧下端连接一质量为m ,长度为L ,电阻为r 的金属棒,金属棒始终处于宽度为d 垂直纸面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场中。
开始时弹簧处于原长,金属棒从静止释放,水平下降h 高时达到最大速度。
已知弹簧始终在弹性限度内,且弹性势能与弹簧形变量x 的关系为221kx E p ,不计空气阻力及其它电阻。
求:(1)此时金属棒的速度多大?(2)这一过程中,R 所产生焦耳热Q R 多少?2.(17分)如图15(a )所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L ,距左端L 处的中间一段被弯成半径为H 的1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H 的水平面上。
圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B 0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B (t ),如图15(b )所示,两磁场方向均竖直向上。
在圆弧顶端,放置一质量为m 的金属棒ab ,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t 0滑到圆弧顶端。
设金属棒在回路中的电阻为R ,导轨电阻不计,重力加速度为g 。
⑴问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?为什么?⑵求0到时间t 0内,回路中感应电流产生的焦耳热量。
⑶探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B 0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向。
3、(16分)t =0时,磁场在xOy 平面内的分布如图所示。
其磁感应强度的大小均为B 0,方向垂直于xOy 平面,相邻磁场区域的磁场方向相反。
每个同向磁场区域的宽度均为l 0。
整个磁场以速度v 沿x 轴正方向匀速运动。
⑴若在磁场所在区间,xOy 平面内放置一由n 匝线圈串联而成的矩形导线框abcd ,线框的bc 边平行于x 轴.bc =l B 、ab =L ,总电阻为R ,线框始终保持静止。
(完整版)电磁感应综合典型例题
电磁感应综合典型例题【例1】电阻为R的矩形线框abcd,边长ab=L,ad=h,质量为m,自某一高度自由落下,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为h,如图所示,若线框恰好以恒定速度通过磁场,线框中产生的焦耳热是_______.(不考虑空气阻力)【分析】线框通过磁场的过程中,动能不变。
根据能的转化和守恒,重力对线框所做的功全部转化为线框中感应电流的电能,最后又全部转化为焦耳热.所以,线框通过磁场过程中产生的焦耳热为Q=W G=mg—2h=2mgh.【解答】2mgh。
【说明】本题也可以直接从焦耳热公式Q=I2Rt进行推算:设线框以恒定速度v通过磁场,运动时间从线框的cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程中,因切割磁感线产生的感应电流的大小为cd边进入磁场时的电流从d到c,cd边离开磁场后的电流方向从a到b.整个下落过程中磁场对感应电流产生的安培力方向始终向上,大小恒为据匀速下落的条件,有因线框通过磁场的时间,也就是线框中产生电流的时间,所以据焦耳定律,联立(l)、(2)、(3)三式,即得线框中产生的焦耳热为Q=2mgh.两种解法相比较,由于用能的转化和守恒的观点,只需从全过程考虑,不需涉及电流的产生等过程,计算更为简捷.【例2】一个质量m=0.016kg、长L=0.5m,宽d=0.1m、电阻R=0.1Ω的矩形线圈,从离匀强磁场上边缘高h1=5m处由静止自由下落.进入磁场后,由于受到磁场力的作用,线圈恰能做匀速运动(设整个运动过程中线框保持平动),测得线圈下边通过磁场的时间△t=0.15s,取g=10m/s2,求:(1)匀强磁场的磁感强度B;(2)磁场区域的高度h2;(3)通过磁场过程中线框中产生的热量,并说明其转化过程.【分析】线圈进入磁场后受到向上的磁场力,恰作匀速运动时必满足条件:磁场力=重力.由此可算出B并由运动学公式可算出h2。
由于通过磁场时动能不变,线圈重力势能的减少完全转化为电能,最后以焦耳热形式放出.【解答】线圈自由下落将进入磁场时的速度(l)线圈的下边进入磁场后切割磁感线产生感应电流,其方向从左至右,使线圈受到向上的磁场力.匀速运动时应满足条件(2)从线圈的下边进入磁场起至整个线圈进入磁场做匀速运动的时间以后线圈改做a=g的匀加速运动,历时所对应的位移所以磁场区域的高度(3)因为仅当线圈的下边在磁场中、线圈做匀速运动过程时线圈内才有感应电流,此时线圈的动能不变,由线圈下落过程中重力势能的减少转化为电能,最后以焦耳热的形式释放出来,所以线圈中产生的热量【说明】这是力、热、电磁综合题,解题过程要分析清楚每个物理过程及该过程遵守的物理规律,列方程求解。
(完整版)电磁感应经典例题
电磁感应考点清单1 电磁感应现象 感应电流方向(一)磁通量1.磁通量:穿过磁场中某个面的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁能量.磁通量简称磁通,符号为Φ,单位是韦伯(Wb ).2.磁通量的计算(1)公式Φ=BS此式的适用条件是:○1匀强磁场;○2磁感线与平面垂直.(2)如果磁感线与平面不垂直,上式中的S 为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积.θsin S B •=Φ其中θ为磁场与面积之间的夹角,我们称之为“有效面积”或“正对面积”.(3)磁通量的方向性磁通量正向穿过某平面和反向穿过该平面时,磁通量的正负关系不同.求合磁通时应注意相反方向抵消以后所剩余的磁通量.(4)磁通量的变化12Φ-Φ=∆Φ∆Φ可能是B 发生变化而引起,也可能是S 发生变化而引起,还有可能是B 和S 同时发生变化而引起的,在确定磁通量的变化时应注意.(二)电磁感应现象的产生条件1.产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.2.感应电动势的产生条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化, 这部分电路就会产生感应电动势.这部分电路或导体相当于电源.[例1] (2004上海,4)两圆环A 、B 置于同一水平面上,其中A 为均匀带电绝缘环,B 为导体环.当A 以如图13-36所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时,B 中产生如图所示方向的感应电流.则( )图13-36A.A 可能带正电且转速减小B.A 可能带正电且转速增大C.A 可能带负电且转速减小D.A 可能带负电且转速增大[解析] 由题目所给的条件可以判断,感应电流的磁场方向垂直于纸面向外,根据楞次定律,原磁场的方向与感应电流的磁场相同时是减少的,环A 应该做减速运动,产生逆时针方向的电流,故应该带负电,故选项C 是正确的,同理可得B 是正确的.[答案] BC(三)感应电流的方向1.右手定则当闭合电路的部分导体切割磁感线时,产生的感应电流的方向可以用右手定则来进行判断.右手定则:伸开右手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直穿入手心,大拇指指向导体运动方向,那么伸直四指指向即为感应电流的方向.[说明] 伸直四指指向还有另外的一些说法:○1感应电动势的方向;○2导体的高电势处.[例2](2004天津理综,20)图13-37中MN 、GH 为平行导轨,AB 、CD 为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体.有匀强磁场垂直于导轨所在的平面,方向如图,用I 表示回路的电流.A.当AB 不动而CD 向右滑动时,0≠I 且沿顺时针方向B.当AB 向左、CD 向右滑动且速度大小相等时,I =0C.当AB 、CD 都向右滑动且速度大小相等时,I =0D.当AB 、CD 都向右滑动,且AB 速度大于CD 时,0≠I 且沿逆时针方向图13-37[解析] 当AB 不动而CD 向右滑动时,0≠I ,但电流方向为逆时针,A 错;当AB 向左,CD 向右滑动时,两杆产生的感应电动势同向,故0≠I ,B 错;当AB 和CD 都向右滑动且速度大小相等时,则两杆产生的感应电动势等值反向,故I =0,C 正确;当AB 和CD 都向右滑动,且AB 速度大于CD 时,0≠I ,但方向为顺时针,D 错误.[答案] C2.楞次定律(1)内容感应电流具有这样的方向:就是感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.注意:○1“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁通量相反,“反抗”其增加;原磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁通量相同,“补偿”其减小.即“增反减同”.○2“阻碍”也不是阻止,电路中的磁通量还是变化的,阻碍只是延缓其变化. ○3楞次定律的实质是“能量转化和守恒”,感应电流的磁场阻碍过程,使机械能减少,转化为电能.(2)应用楞次定律判断感应电流的步骤:○1确定原磁场的方向○2明确回路中磁通量变化情况.○3应用楞次定律的“增反减同”,确定感应电流磁场的方向.○4应用右手安培定则,确立感应电流方向.[例3] (2001上海综合,14)某实验小组用如图13-38所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是()A.a→G→bB.先a→G→b,后b→G→aC.b→G→aD.先b→G→a,后a→G→b图13-38[解析] ○1确定原磁场的方向:条形磁铁在穿入线圈的过程中,磁场方向向下.○2明确回路中磁通量变化情况:向下的磁通量增加.○3由楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上.○4应用右手安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)即:从b→G→a.同理可以判断:条形磁铁穿出线圈过程中,向下的磁通量减小,由楞次定律可得:线圈中将产生顺时针的感应电流(俯视),电流从a→G→b.[答案] D[评价] 该题目关键在于对楞次定律的理解和应用以及对“穿过”二字的正确理解,它包括穿入和穿出两个过程.(3)楞次定律的另一种表述楞次定律的另一种表达为:感应电流的效果,总是要反抗产生感应电流的原因.[说明] 这里产生感应电流的原因,既可以是磁通量的变化,也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变.○1当电路的磁通量发生变化时,感应电流的效果就阻碍变化−−变形为阻碍原磁通−→量的变化.○2当出现引起磁量变化的相对运动时,感应电流的效果就阻碍变化−−拓展为阻碍−→(导体间的)相对运动,即“来时拒,去时留”.○3当回路发生形变时,感应电流的效果就阻碍回路发生形变.○4当线圈自身的电流发生变化时,感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化. 总之,如果问题不涉及感应电流的方向,则从楞次定律的另类表述出发的分析方法较为简便.[例4] 如图13-19所示,光滑固定导轨M 、N 水平放置,两根导体棒P 、Q 平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )图13-39A.P 、Q 将互相靠拢B.P 、Q 将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g[解析] 方法一:设磁铁下端为N 极,如图13-40所示,根据楞次定律可判断出P 、Q 中感应电流方向,根据左手定则可判断P 、Q 所受安培力的方向,可见P 、Q 将互相靠拢,由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g .当S 极为下端时,可得到同样的结果.图13-40方法二:根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因,本题的“原因”是回路中磁通量的增加.归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以P 、Q 将互相靠近,且磁铁的加速度小于g .[答案] AD2 法拉第电磁感应定律 自感(一)法拉第电磁感应定律(1)内容:电磁感应中线圈里的感应电动势眼穿过线圈的磁通量变化率成正比.(2)表达式:t E ∆∆Φ=或tn E ∆∆Φ=. (3)说明:○1式中的n 为线圈的匝数,∆Φ是线圈磁通量的变化量,△t 是磁通量变化所用的时间.t ∆∆Φ又叫磁通量的变化率. ○2∆Φ是单位是韦伯,△t 的单位是秒,E 的单位是伏特. ○3t n E ∆∆Φ=中学阶段一般只用来计算平均感应电动势,如果t∆∆Φ是恒定的,那么E 是稳恒的.[例1] 有一面积为S =100cm 2金属环,电阻为R =0.1Ω,环中磁场变化规律如图13-41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?通过金属环的电量为多少?图13-41[分析] 由楞次定律可判断感应电流的方向.感应电量的计算为 R t tR t R E t I Q ∆Φ=∆∆∆Φ=∆=∆=,仅由电路电阻和磁通量变化决定,与发生磁通量变化的时间无关,本题推导的感应电量的计算表达式可以直接使用.[解析] (1)由楞次定律,可以判断金属环中感应电流方向为逆时针方向.(2)由图可知:磁感应强度的变化率为1212t t B B t B --=∆∆ ○1 线圈中的磁通量的变化率: S t t B B S t B t •--=∆∆=∆∆Φ1212 ○2 环中形成感应电流tR R t R E I ∆∆Φ=∆∆Φ==/ ○3 通过金属环的电量:t I Q ∆= ○4由○1○2○3○4解得:1.010)1.02.0()(212-⨯-=-=R S B B Q C=0.1C. (二)导线切割磁感线的感应电动势1.公式:E=BLv2.导线切割磁感线的感应电动势公式的几点说明:(1)公式仅适用于导体上各点以相同的速度切割匀强的磁场的磁感线的情况.(2)公式中的B 、v 、L 要求互相两两垂直.当L ⊥B ,L ⊥v ,而v 与B 成θ夹角时,导线切割磁感线的感应电动势大小为θsin BLv E =.(3)适用于计算当导体切割磁感线产生的感应电动势,当v 为瞬时速度时,可计算瞬时感应电动势,当v 为平均速度时,可计算平均电动势.(4)若导体棒不是直的,θsin BLv E =中的L 为切割磁感线的导体棒的有效长度.如图13-42中,棒的有效长度有ab 的弦长.图13-42[例2] (2001上海物理,22)(13分)半径为a 的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度为B =0.2T ,磁场方向垂直纸面向里,半径为b 的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中a =0.4m ,b =0.6m ,金属环上分别接有灯L 1、L 2,两灯的电阻均匀为R 0=2Ω,一金属棒MN 与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计.(1)若棒以v 0=5m/s 的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径00′的瞬间(如图13-43所示)MN 中的电动势和流过灯L 1的电流.图13-43(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s T t B /)/4(/π=∆∆,求L 1的功率.[解析] (1)棒通过圆环直径时切割磁感线的有效长度L =2a ,棒中产生的感应电动势为58.02.02⨯⨯===av B BLv E V=0.8V ○1 当不计棒和环的电阻时,直径OO ′两端的电压U =E =0.8V ,通过灯L 1电流的为 28.001==R U I A =0.4A. ○2 (2)右半圆环上翻90°后,穿过回路的磁场有效面积为原来的一半,221a S π=',磁场变化时在回路中产生的感应电动热为V V a t B S t E 23.04212=⨯=∆∆•'=∆∆Φ='ππ ○3 由L 1、L 2两灯相同,圆环电阻不计,所以每灯的电压均为E U '='21,L 1的功率为 2020211028.1)21(-⨯='='=R E R U P W. ○4 3.导体切割磁感线产生的感应电动势大小两个特例:(1)长为L 的导体棒在磁感应强度为B 的匀强磁场中以ω匀速转动,导体棒产生的感应电动势:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-===))((212121022212不同两段的代数和以任意点为轴时,)线速度(平均速度取中点位置以端点为轴时,(不同两段的代数和)以中点为轴时,L L B E L L B E E ωωω [例3] (2004两湖理综,19)一直升飞机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B ,直升飞机螺旋桨叶片的长度为l ,螺旋桨转动的频率为f ,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a ,远轴端为b ,如图13-44所示.如果忽略a 到转轴中心线的距离,用ε表示每个叶片中的感应电动势,则( )A.B ft 2πε=,且a 点电势低于b 点电势B.B ft 22πε-=,且a 点电势低于b 点电势C.B ft 2πε=,且a 点电势高于b 点电势D.B ft 22πε=,且a 点电势高于b 点电势图13-44[解析] 对于螺旋桨叶片ab ,其切割磁感线的速度是其做圆周运动的线速度,螺旋桨不同点的线速度不同,但是满足R v ω=',可求其等效切割速度fl lv πω==2,运用法拉第电磁感应定律B ft Blv 2πε==,由右手定则判断电流的方向为由a 指向b ,在电源内部电流由低电势流向高电势,故选项A 是正确的.[答案] A(2)面积为S 的矩形线圈在匀强磁场B 中以角速度ω绕线圈平面内的任意轴匀速转动,产生的感应电动势:⎪⎩⎪⎨⎧===θωθωsin 0BS E E BS E 时,为线圈平面与磁感线夹角时,线圈平面与磁感线垂直时,线圈平面与磁感线平行 (三)自感1.自感现象:当导体中的电流发生变化,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来的电流的变化,这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫自感现象.2.自感现象的应用(1)通电自感:通电瞬间自感线圈处相当于断路.(2)断电自感:断电时自感线圈处相当于电源.○1当线圈中电阻≥灯丝电阻时,灯缓慢熄灭; ○2当线圈中电阻<灯丝电阻时,灯闪亮后缓慢熄灭. 3.增大线圈自感系数的方法(1)增大线圈长度(2)增多单位长度上匝数(3)增大线圈截面积(口径)(4)线圈中插入铁芯4.日光灯(1)日光灯电路的组成和电路图:○1灯管:日光灯管的两端各有一个灯丝,灯管内有微量的氩和汞蒸气,灯管内涂有荧光粉.两个灯丝之间的气体导电荷发出紫外线,激发管壁上的荧光粉发出可见光.但要使管内气体导电所需电压比200V 的电源电压高得多.○2镇流器:ⅰ)结构:线圈和铁芯.ⅱ)原理:自感.ⅲ)作用:灯管启动时提供一个瞬时高压,灯管工作时降压限流.○3启动器ⅰ) 结构:电容、氖气、静触片、U形动触片、管脚、外壳.ⅱ)原理:热胀冷缩. ⅲ)作用:先接通电路,再瞬间断开电路,使镇流器产生瞬间高压.(2)日光灯电路的工作过程:合上开关,电源电压220V加在启动器两极间→氖气放电发出辉光→辉光产生的热量,使U形动触片膨胀伸长,与静触片接触接通电路→镇流器和灯丝中通过电流→氖气停止放电→动静触片分离→切断电路→镇流器产生瞬间高压,与电源电压加在一起,加在灯管两端→灯管中气体放电→日光灯发光.(3)日光灯启动后正常工作时,启动器断开,电流从灯管中通过.镇流器产生自感电动势起降压限流作用.3 电磁感应规律的综合应用法拉第电磁感应定律是电磁学的重点内容之一,其综合了力、热、静电场、直流电路、磁场等许多内容,反映在以下几个方面:1.因导体在切割运动或电路中磁通量的变化,产生感应电流,使导体受到安培力的作用,从而直接影响到导体或线圈的运动.[例1] (2002粤豫大综合,30)如图13-45所示,在一均匀磁场中有一U形导线框abcd,线框处于水平面内,磁场与线框平面垂直,R为一电阻,ef为垂直于ab的一根导体杆,它可在ab、cd上无摩擦地滑动.杆ef及线框中导线的电阻都可不计.开始时,给ef一个向右的初速度,则()A.ef将减速向右运动,但不是匀减速B.ef将匀减速向右运动,最后停止C.ef将匀速向右运动D.ef将往返运动图13-45[解析] 给ef一个向右的初速度,则ef产生感应电动势,回路中产生感应电流.由楞次定律可以判断,ef受到一个向左的安培力的作用而减速,随着ef的速度减小,ef产生的感应电动势减小,回路的感应电流减小,安培力减小,因此可以判断ef 是做加速度逐渐减小的减速运动.因此可知选项A 是正确的.[答案] A[例2] (2004北京理综,23)如图13-46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,磁场方向的垂直斜面向下.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.13-46 (1)由b 向a 方向看到的装置如图13-46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.[解析] (1)重力mg ,竖直向下;支撑力N ,垂直斜面向上;安培力F ,沿斜面向上.(2)当ab 杆速度为v 时,感应电动势E =B lv ,此时电路中电流RBlv R E I ==. ab 杆受到安培力Rv L B BIL F 22==, 根据牛顿运动定律,有Rv L B mg F mg ma 22sin sin -=-=θθ, mRv L B g a 22sin -=θ. (3)当θsin 22mg Rv L B =时,ab 杆达到最大速度v m .22sin L B mgR v m θ=. 2.以电磁感应现象为核心,综合力学各种不同的规律(如机械能、动量、牛顿运动定律)等内容形成的综合类问题.电学部分思路:将产生感应电动势的那部分电路等效为电源,如果在一个电路中切割磁感线的是几部分但又互相联系,可等效成电源的串并联,分析内外电路结构,应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律理顺电学量之间的关系.力学部分思路:分析通电导体的受力情况及力的效果,应用牛顿定律、动量定理、动量守恒、动能定理、机械能守恒等规律理顺力学量之间的关系.[例3] (2001京春季,20)(12分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l .导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd ,构成矩形回路,如图13-47所示.两根导体棒的质量皆为m ,电阻皆为R ,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B .设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd 静止,棒ab 有指向棒cd 的初速度v 0.若两导体棒在运动中始终不接触,求:图13-47(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少?(2)当ab 棒的速度变为初速度的43时,cd 棒的加速度是多少? [解析] ab 棒向cd 棒运动时,两棒和导轨构成的回路面积变小,磁通量发生变化,于是产生感应电流.ab 棒受到与运动方向相反的安培力作用做减速运动,cd 棒则在安培力作用下做加速运动.在ab 棒的速度大于cd 棒的速度时,回路总有感应电流,ab 棒继续减速,cd 棒继续加速.两棒速度达到相同后,回路面积保持不变,磁通量不变化,不产生感应电流,两棒以相同的速度v 做匀速运动.(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中,两棒总动量守恒,有mv mv 20= ○1根据能量守恒,整个过程中产生的总热量2022041)2(2121mv v m mv Q =-=○2 (2)设ab 棒的速度变为初速度的43时,cd 棒的速度为v ′,则由动量守恒可知v m v m mv '+=0043 ○3 此时回路中的感应电动势和感应电流分别为Bl v v E )43(0'-= ○4 R I 2ε= ○5此时cd 棒所受的安培力IBl F = ○6 cd 棒的加速度mF a = ○7 由以上各式,可得mRv l B a 4022=. ○8 3.电磁感应中的能量转化问题电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用.因此要维持安培力存在,必须有“外力”克服安培力做功.此过程中,其他形式的能转化为能.“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能.当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能.同理,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能.因此电能求解思路主要有三种:○1利用克服安培力求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功. ○2得用能量守恒求解:开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能.○3利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电能来计算. [例4] 把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出(如图13-48),第一次速度为v 1,第二次速度为v 2且v 2=2v 1,则两种情况下拉力的功之比W 1/W 2= ,拉力的功率之比P 1/P 2= ,线圈中产生焦耳热之比Q 1/Q 2= .[解析] 设线圈的ab 边长为L ,bc 边长为L ′,整个线圈的电阻为R ,把ab 边拉出磁场时,cd 边以速度v 匀速运动切割磁感线产生感应电动势Blv E =.其电流方向从c 指向d ,线圈中形成的感应电流R BLv R E I == cd 边所受的安培力Rv L B BIL F 22== 为了维持线圈匀速运动,所需外力大小为Rv L B BIL F F 22=='= 因此拉出线圈过程外力的功v RL L B L F W '='=22 外力的功率222v RL B Fv P == 线圈中产生的焦耳热W v R L L B v L R R v L B Rt I Q ='='•==2222222由上面得出的W 、P 、Q 的表达式可知,两情况拉力的功、功率、线圈中的焦耳热之比分别为1∶2、1∶4、1∶2.[评价] 从题中可以看出,安培力做的功,与电路的消耗的电能是相同的.[例5] (2004河南理综,24)图13-49中a 1b 1c 1d 1和a 2b 2c 2d 2为在同一竖直面内的金属导轨,处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨所在的平面(纸面)向里.导轨的a 1b 1段与a 2b 2段是竖直的,距离为l 1;c 1d 1段与c 2d 2段也是竖直的,距离为l 2.x 1y 1与x 2y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆,质量分别为m 1和m 2,它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触.两杆与导轨构成的回路的总电阻为R .F 为作用于金属杆x 1y 1上的竖直向上的恒力.已知两杆运动到图示位置时,已匀速向上运动,求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率.[解析] 设杆向上运动的速度为v ,因杆的运动,两杆与导轨构成的回路的面积减少,从而磁通量也减少,由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势的大小v l l B E )(12-=回路中的电流RE I = 电流沿顺时针方向,两金属杆都要受到安培力作用,作用于杆x 1y 1的安培力为 11BIlF =(方向向上)作用于杆x 2y 2的安培力为22BIl F =(方向向下)当杆匀速运动时,根据牛顿第二定律有02121=-+--F F g m g m F解以上各式[]2122211221)()()()(l l B Rg m m F v l l B g m m F I -+-=-+-=作用于两杆的重力功率的大小gv m m P )(21+=电阻上的热功率.)()()()()(21221212122212R l l B g m m F Q g m m R l l B g m m F P RI Q ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=+-+-== 4.电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B 、磁通量Φ、感应电动势E 和感应电流I 随时间t 变化的图象,即B -t 图象、Φ-t 图象、E -t 图象和I -t 图象.对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移x 变化的图象,即E -x 图象和I -x 图象.这些图象问题大体上可分为两类:○1由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象. ○2由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量. 不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决.[例6] (2004内蒙理综,19)一矩形线圈位于一随时间t 变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里,如图13-50所示.以I 表示线圈中的感应电流,以图中的线圈上所示方向的电流为正,则图13-51的I -t 图正确的是( )图13-50图13-51[解析] 由图象可知,在0到1秒的时间内,磁感应强度均匀增大,那么感应电流的方向为逆时针方向,与图示电流方向相反,为负值,排除B 、C 选项.根据法拉第电磁感应定律,其大小t S B t ∆•∆=∆∆Φ=ε,Rt S B R E I •∆•∆==为一定值,在2到3秒和4到5秒内,磁感应强度不变,磁通量不变,无感应电流生成,D 错误,所以A 选项感应强度不变,磁通量不变,无感应电流生成,D 错误,所以A 选项正确.[答案] A。
电磁感应经典大题及答案
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电磁感应经典习题1.如图10所示,匀强磁场区下边界是水平地面,上边界与地面平行,相距h=1.0m,两个正方形金属线框P、Q在同一竖直平面内,与磁场方向始终垂直。
P的下边框与地面接触,上边框与绝缘轻线相连,轻线另一端跨过两个定滑轮连着线框Q。
同时静止释放P、Q,发现P全部离开磁场时,Q还未进入磁场,而且当线框P整体经过磁场区上边界时,一直匀速运动,当线框Q整体经过磁场区上边界时,也一直匀速运动。
若线框P的质量m1 0.1kg、边长L1 0.6m、总电阻R1 4.0Ω,线框Q的质量m2 0.3kg、边长L2 0.3m、总电阻R2 1.5Ω忽略一切摩擦和空气阻力,重力加速度g 10m/s2。
求:(1)磁感应强度的大小?(2)上升过程中线框P增加的机械能的最大值?2.如图13甲所示,一边长L=2.5m、质量m=0.5kg的正方形金属线框,放在光滑绝缘的水平面上,整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B=0.8T的匀强磁场中,它的一边与磁场的边界MN重合。
在水平力F作用下由静止开始向左运动,经过5s 线框被拉出磁场。
测得金属线框中的电流随时间变化的图像如乙图所示,在金属线框被拉出的过程中。
(1)求通过线框导线截面的电量及线框的电阻;(2)写出水平力F随时间变化的表达式;(3)已知在这5s内力F做功1.92J,那么在此过程中,线框产生的焦耳热是多少?题量超大的题集,较有难度,答案详细,是很不错的电磁感应习题哦。
3.随着越来越高的摩天大楼在世界各地的落成,而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。
这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加,这些钢索会由于承受不了自身的重力,还没有挂电梯就会被拉断。
为此,科学技术人员开发一种利用磁力的电梯,用磁动力来解决这个问题。
如图所示是磁动力电梯示意图,即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2,B1=B2=1.0T,B1和B2的方向相反,两磁场始终竖直向上作匀速运动。
电磁感应定律典型例题
典型例例1: 关于感应电动势,下列说法正确的是( ) A .穿过回路的磁通量越大,回路中的感应电动势就越大 B .穿过回路的磁通量变化量越大,回路中的感应电动势就越大 C .穿过回路的磁通量变化率越大,回路中的感应电动势就越大D .单位时间内穿过回路的磁通量变化量越大,回路中的感应电动势就越大 【解析】感应电动势E 的大小与磁通量变化率t∆∆φ成正比,与磁通量φ、磁通量变化量φ∆无直接联系。
A 选项中磁通量φ很大时,磁通量变化率t∆∆φ可能很小,这样感应电动势E 就会很小,故A 错。
B 选项中φ∆很大时,若经历时间很长,磁通量变化率t∆∆φ仍然会很小,感应电动势E 就很小,故B 错。
D 选项中单位时间内穿过回路的磁通量变化量即磁通量变化率t∆∆φ,它越大感应电动势E 就越大,故D 对。
答案:CD【总结】感应电动势的有无由磁通量变化量φ∆决定,φ∆≠0是回路中存在感应电动势的前提,感应电动势的大小由磁通量变化率t ∆∆φ决定,t∆∆φ越大,回路中的感应电动势越大,与φ、φ∆无关。
例2:一个面积S=4×10-2m 2,匝数N=100的线圈,放在匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面,磁场的磁感应强度B 随时间变化规律为△B /△t=2T/s ,则穿过线圈的磁通量变化率t∆∆φ为 Wb/s ,线圈中产生的感应电动势E= V 。
【解析】根据磁通量变化率的定义得t∆∆φ= S △B /△t=4×10-2×2 Wb/s=8×10-2Wb/s 由E=N △φ/△t 得E=100×8×10-2V=8V 答案:8×10-2;8【总结】计算磁通量φ=BScos θ、磁通量变化量△φ=φ2-φ1、磁通量变化率△φ/△t 时不用考虑匝数N ,但在求感应电动势时必须考虑匝数N ,即E=N △φ/△t 。
同样,求安培力时也要考虑匝数N ,即F=NBIL ,因为通电导线越多,它们在磁场中所受安培力就越大,所以安培力也与匝数N 有关。
电磁感应典型例题集锦
电磁感应典型例题集锦【例题1】图为地磁场磁感线的示意图,在北半球的地磁场的竖直分量向下,飞机在我国的上空匀速航行,机翼保持水平,飞行高度不变。
由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差,设飞行员左方机翼末端处的电势为U1,右方机翼末端的电势为U2。
A.若飞机从西向东飞,U1比U2高B.若飞机从东向西飞,U2比U1高C.若飞机从南往北飞,U1比U2高D.若飞机从北往南飞,U2比U1高【例题2】如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将:A.逐渐增大B.逐渐减小C.保持不变D.不能确定【例题3】如边长为0.2m的正方形导线框abcd斜靠在墙上,线框平面与地面成30°角,该区域有一水平向右的匀强磁场,磁感应强度为0.5T,如图所示。
因受振动线框在0.1s内滑跌至地面,这过程中线框里产生的感应电动势的平均值为_____。
【例题4】关于自感现象,下列说法中正确的是:A.对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大B.对于同一线圈,当电流变化越快时,其自感系数也越大C.线圈中产生的自感电动势越大,则其自感系数一定较大D.感应电流有可能和原电流的方向相同【例题5】用力拉导线框使导线框匀速离开磁场这一过程如图所示,下列说法正确的是:A.线框电阻越大,所用拉力越小B.拉力做的功减去磁场力所做的功等于线框产生的热量C.拉力做的功等于线框的动能D.对同一线框,快拉与慢拉所做的功相同,线框产生的热量也相同【例题6】如右图所示,线圈由A位置开始下落,在磁场中受到的磁场力如果总小于它的重力,则它在A、B、C、D四个位置(B、D位置恰好线圈有一半在磁场中)时,加速度关系为:A. a A>a B>a C>a DB. a A=a C>a B>a DC. a A=a C>a D>a BD. a A=a C>a B=a D【例题7】如图所示,槽中有两铜棒,左侧液面下有5.6×10-3g Fe,溶液为足量的CuSO4。
电磁感应典型题目(含答案)
电磁感应的典型计算1 如图所示,一与水平面夹角为θ=37°的倾斜平行金属导轨,两导轨足够长且相距L=0.2m,另外两根水平金属杆MN和PQ的质量均为m=0.01kg,可沿导轨无摩擦地滑动,MN杆和PQ杆的电阻均为R=0.2Ω(倾斜金属导轨电阻不计),MN杆被两个垂直于导轨的绝缘立柱挡住,整个装置处于匀强磁场内,磁场方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=1.0T.PQ杆在恒定拉力F作用下由静止开始向上加速运动,拉力F垂直PQ杆沿导轨平面向上,当运动位移x=0.1 m时PQ杆达到最大速度,此时MN杆对绝缘立柱的压力恰好为零(g取10m/s2,sin 37°=0.6 ,cos 37°=0.8).求:(1) PQ杆的最大速度v m, (2)当PQ杆加速度时,MN杆对立柱的压力;(3)PQ杆由静止到最大速度过程中回路产生的焦耳热Q.解:(1)PQ达到最大速度时,关于电动势为:E m=BLv m,感应电流为:I m=REm2,根据MN杆受力分析可得:mg sinθ=BI m L,联立解得:v m=22sin2LBRmg=0.6m/s;(2)当PQ的加速度a=2 m/s2 时,对PQ根据牛顿第二定律可得:F-mg sinθ-BIL=ma,对MN根据共点力的平衡可得:BIL+F N-mg sinθ=0,PQ达到最大速度时,有:F-mg sinθ-BI m L=0,联立解得:F N=0.02N,根据牛顿第三定律可得对立柱的压力F N=0.02N;(3)PQ由静止到最大速度的过程中,根据功能关系可得:F x =221mmv+mgx sinθ+Q,解得:Q=4.2×10-3 J.答:(1)PQ杆的最大速度为0.6m/s;(2)当PQ杆加速度a=2m/s2时,MN杆对立柱的压力为0.02N (3)PQ杆由静止到最大速度回路产生的焦耳热为4.2×10-3 J.2 如图所示,平行金属导轨与水平面间夹角均为θ=37°,导轨间距为lm,电阻不计,导轨足够长.两根金属棒 ab 和a′b′的质量都是0.2kg,电阻都是1Ω,与导轨垂直放置且接触良好,金属棒a′b′和导轨之间的动摩擦因数为0.5,设金属棒a′b′受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.金属棒ab和导轨无摩擦,导轨平面PMKO处存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场,导轨平面PMNQ处存在着沿轨道平面向上的匀强磁场,磁感应强度B的大小相同.用外力让a′b′固定不动,将金属棒ab由静止释放,当ab下滑速度达到稳定时,整个回路消耗的电功率为18W.求:(1)ab 棒达到的最大速度;(2)ab棒下落了 30m 高度时,其下滑速度已经达到稳定,此过程中回路电流产生的焦耳热Q;(3)在ab棒下滑过程中某时刻将a′b′固定解除,为确保a′b′始终保持静止,则a′b′固定解除时ab棒的速度大小满足什么条件?( g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8 )解:(1)ab 棒达到最大速度时做匀速运动,其重力功率等于整个回路消耗的电功率,则有:mg sinθ•v m=P电,则得:ab棒的最大速度为:v m==m/s=15m/s;由P电==,得:B==T=0.4T(2)根据能量守恒得:mgh=Q+则得:Q=mgh-=0.2×10×30J-×0.2×152 =37.5 J(3)将a′b′固定解除,为确保a′b′始终保持静止,则对于a′b′垂直于斜面方向有:N=mg cos37°+BIL,平行于斜面方向有:mg sin37°≤f m=μN解得:I ≥2A对于ab棒:E=I•2R,E=BLv,则得:v=≥m/s=10m/s故ab的速度应满足的条件是:10m/s≤v≤15m/s答:(1)ab 棒达到的最大速度是15m/s;(2)ab棒下落了30m 高度时,其下滑速度已经达到稳定,此过程中回路电流产生的焦耳热Q是37.5J;(3)在ab棒下滑过程中某时刻将a′b′固定解除,为确保a′b′始终保持静止,则a′b′固定解除时ab棒的速度大小满足的条件是10m/s≤v≤15m/s3 如图所示,两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ,导轨间距为L,所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直斜面向上.将甲乙两电阻阻值相同、质量均为m的相同金属杆如图放置在导轨上,甲金属杆处在磁场的上边界,甲乙相距L.静止释放两金属杆的同时,在甲金属杆上施加一个沿着导轨向下的外力F,使甲金属杆在运动过程中始终做沿导轨向下的匀加速直线运动,加速度大小g sinθ,乙金属杆刚进入磁场时,发现乙金属杆作匀速运动.(1)求乙刚进入磁场时的速度(2)甲乙的电阻R为多少;(3)乙刚释放时t=0,写出从开始释放到乙金属杆离开磁场,外力F随时间t的变化关系;(4 )若从开始释放到乙金属杆离开磁场,乙金属杆中共产生热量Q,试求此过程中外力F对甲做的功.解:⑴在乙尚未进入磁场中的过程中,甲、乙的加速度相同,设乙刚进入磁场时的速度v乙刚进入磁场时,对乙由根据平衡条件得(2)设乙从释放到刚进入磁场过程中做匀加速直线运动所需要的时间为设乙从进入磁场过程至刚离开磁场的过程中做匀速直线运动所需要的时间为设乙离开磁场时,甲的速度设甲从开始释放至乙离开磁场的过程中的位移为x根据能量转化和守恒定律得:4 如图所示,倾斜角θ=30°的光滑倾斜导体轨道(足够长)与光滑水平导体轨道连接。
电磁感应经典例题及解析
电磁感应经典例题及解析电磁感应是电磁学中的重要概念,也是我们日常生活中常常会遇到的现象。
在电磁感应的过程中,磁场的变化会导致电场的产生,进而引发电流的产生。
这一原理广泛应用于发电机、变压器等电磁设备中。
下面我们来看一些经典的电磁感应例题,并对其进行解析。
例题1:一个磁感强度为0.2 T的匀强磁场,以2 m/s的速度向垂直于磁场的方向移动,求导体中感应电动势的大小。
解析:根据电磁感应的原理,导体中感应电动势的大小等于磁感强度与导体的速度的乘积,即E = Bv。
将已知数据代入计算,E = 0.2 T × 2 m/s = 0.4 V。
例题2:一个圆形线圈的半径为10 cm,磁感强度为0.5 T的磁场垂直于线圈的平面,在0.2 s内磁场的强度从0.2 T增加到0.6 T,求线圈中感应电流的大小。
解析:根据电磁感应的原理,感应电流的大小等于感应电动势与电阻的比值,即I = ε/R。
感应电动势可以通过磁场的变化率来计算,即ε = -dφ/dt。
其中,φ表示磁通量。
磁通量的大小等于磁感强度与线圈面积的乘积,即φ = Bπr^2。
将已知数据代入计算,φ = 0.2 T ×π× (0.1 m)^2 = 0.02π Tm^2。
对磁通量关于时间的导数,即dφ/dt,可以计算为(0.6 T - 0.2 T)/0.2 s = 2 T/s。
因此,感应电动势的大小为ε = -2 T/s。
线圈的电阻需要另外给定,才能计算感应电流的大小。
通过以上例题的解析,我们可以看到,在电磁感应问题中,需要根据已知条件来计算磁通量的变化率,从而得到感应电动势的大小。
最后,根据电路中的电阻情况,可以计算出感应电流的大小。
电磁感应是电磁学中的重要概念,掌握电磁感应的原理和应用,对于理解和应用电磁学的知识具有重要意义。
通过解析经典的电磁感应例题,可以加深对电磁感应原理的理解,提高解决实际问题的能力。
(完整版)高中物理电磁感应经典例题总结
1.如图,金属棒ab 置于水平放置的U 形光滑导轨上,在ef 右侧存在有界匀强磁场B ,磁场方向垂直导轨平面向下,在ef 左侧的无磁场区域cdef 内有一半径很小的金属圆环L ,圆环与导轨在同一平面内。
当金属棒ab 在水平恒力F 作用下从磁场左边界ef 处由静止开始向右运动后,圆环L 有__________(填收缩、扩张)趋势,圆环内产生的感应电流_______________(填变大、变小、不变)。
答案:收缩,变小解析:由于金属棒ab 在恒力F 的作用下向右运动,则abcd 回路中产生逆时针方向的感应电流,则在圆环处产生垂直于只面向外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量将增大,依据楞次定律可知,圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大;又由于金属棒向右运动的加速度减小,单位时间内磁通量的变化率减小,所以在圆环中产生的感应电流不断减小。
2.如图所示,固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d ,其右端接有阻值为R 的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B 的匀强磁场中。
一质量为m (质量分布均匀)的导体杆ab 垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为u 。
现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F 作用下从静止开始沿导轨运动距离L 时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。
设杆接入电路的电阻为r ,导轨电阻不计,重力加速度大小为g 。
则此过程 ( BD )A.杆的速度最大值为B.流过电阻R 的电量为C.恒力F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D.恒力F 做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量解析:当杆达到最大速度v m 时,022=+--r R v d B mg F m μ得()()22d B r R mg F v m +-=μ,A 错;由公式()()rR BdLr R S B r R q +=+=+=∆∆Φ,B 对;在棒从开始到达到最大速度的过程中由动能定理有:K f F E W W W ∆=++安,其中mg W f μ-=,Q W -=安,恒力F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量与回路产生的焦耳热之和,C 错;恒力F 做的功与安倍力做的功之和等于于杆动能的变化量与克服摩擦力做的功之和,D 对。
电磁感应-经典高考题
电磁感应经典高考题〔全国卷1〕17.某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为4.5x 10-5T 。
一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100m ,该河段涨潮和落潮时有海水〔视为导体〕流过。
设落潮时,海水自西向东流,流速为2m/s 。
以下说法正确的选项是A. 河北岸的电势较高B .河南岸的电势较高C .电压表记录的电压为9mVD .电压表记录的电压为5mV【答案】BD【解析】海水在落潮时自西向东流,该过程可以理解为:自西向东运动的导体棒在切割竖直向下的磁场。
根据右手定则,右岸即北岸是正极电势高,南岸电势低,D 对C 错。
根据法拉第电磁感应定律 E 二BLv 二4.5x 10-5x 100x 2二9x 10-3V ,B 对A 错。
【命题意图与考点定位】导体棒切割磁场的实际应用题。
〔全国卷2〕18•如图,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平,且垂直于纸面向里,磁场上边界b 和下边界d 水平。
在竖直面内有一矩形金属统一加线圈,线圈上下边的距离很短,下边水平。
线圈从水平面a 开始下落。
已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a 、b 之间的距离。
假设线圈下边刚通过水平面b 、c 〔位于磁场中〕和d 时,线圈所受到的磁场力的大小分别为F 、F 和F ,则bedA.F >F >Fdcb C.F >F >Fcbd 【答案】D【解析】线圈从a 到b 做自由落体运动,在b 点开始进入磁场切割磁感线所有受到安培力F ,由于线b圈的上下边的距离很短,所以经历很短的变速运动而进入磁场,以后线圈中磁通量不变不产生感应电流,在c 处不受安培力,但线圈在重力作用下依然加速,因此从d 处切割磁感线所受安培力必然大于b 处,答案D o【命题意图与考点定位】线圈切割磁感线的竖直运动,应用法拉第电磁感应定律求解。
B.F <F <F cdbD.F <F <F cbd〔新课标卷〕21.如下图,两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平放置,相对的端面之间有一缝隙,铁芯上绕导线并与电源连接,在缝隙中形成一匀强磁场一铜质细直棒ab 水平置于缝隙中,且与圆柱轴线等高、垂直•让铜棒从静止开始自由下落,铜棒下落距离为0.2R 时铜棒中电动势大小为L 下落距离为0.8R 时电动势大小为E 2,忽略涡流损耗和边缘效应.关于「E 2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性,以下判断正确的选项是 B 、E i >E 2,b 端为正答案:D 又根据右手定则判断电流方向从a 到b ,在电源内部,电流是从负极流向正极的,所以选项D 正确。
高中物理 第09章 电磁感应 典型例题(含答案)【经典】
第九章电磁感应知识点一:磁通量、感应电流产生条件、电流方向(楞次定律)1.(单选)如图所示,ab是水平面上一个圆的直径,在过ab的竖直面内有一根通电直导线ef,且ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,穿过圆面积的磁通量将().答案 CA.逐渐变大B.逐渐减小C.始终为零D.不为零,但始终保持不变2.(单选)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图所示连接.下列说法中正确的是().答案AA.电键闭合后,线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B.线圈A插入线圈B中后,电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C.电键闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,会使电流计指针静止在中央零刻度D.电键闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才能偏转3.(单选)某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是().答案DA.a→G→bB.先a→G→b,后b→G→aC.b→G→aD.先b→G→a,后a→G→b4.(单选)如图,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ,第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ,设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则().答案CA.ΔΦ1>ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现B.ΔΦ1=ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现C.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现D.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现5.(单选)如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一个磁感应强度为B 的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是().答案AA.ab向右运动,同时使θ减小B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)6.(单选)如图所示,一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中,环中的感应电流(自左向右看)().A.沿顺时针方向答案CB.先沿顺时针方向后沿逆时针方向C.沿逆时针方向D.先沿逆时针方向后沿顺时针方向7.(单选)如图所示,一圆形金属线圈放置在水平桌面上,匀强磁场垂直桌面竖直向下,过线圈上A点做切线OO′,OO′与线圈在同一平面上.在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中,线圈中电流流向().A.始终由A→B→C→A 答案AB.始终由A→C→B→AC.先由A→C→B→A再由A→B→C→AD.先由A→B→C→A再由A→C→B→A知识点二:楞次定律的推广1.(单选)如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时().答案AA.P、Q将互相靠拢B.P、Q将互相远离C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度大于g2.(单选)如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中,线圈ab将().答案CA.静止不动B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向3.(多选)如图所示,在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环.以下判断中正确的是().A.释放圆环,环下落时产生感应电流答案BCB.释放圆环,环下落时无感应电流C.释放圆环,环下落时环的机械能守恒D.释放圆环,环下落时环的机械能不守恒4.(单选)如图所示,通电螺线管左侧和内部分别静止吊一导体环a和b,当滑动变阻器R的滑动触头c向左滑动时().答案CA.a向左摆,b向右摆B.a向右摆,b向左摆C.a向左摆,b不动D.a向右摆,b不动5.(单选)如图所示,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属环中穿过.现将环从位置Ⅰ释放,环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2,重力加速度大小为g,则().答案AA.T1>mg,T2>mg B.T1<mg,T2<mgC.T1>mg,T2<mg D.T1<mg,T2>mg6.(单选)如图,圆形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成闭合回路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是().A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流答案DB.穿过线圈a的磁通量变小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力F N将增大7.(多选)如图所示,在水平光滑桌面上,两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上,且每个小线圈都各有一半面积在金属框内,在金属框接通逆时针方向电流的瞬间().A.两小线圈会有相互靠拢的趋势答案BCB.两小线圈会有相互远离的趋势C.两小线圈中感应电流都沿顺时针方向D.左边小线圈中感应电流沿顺时针方向,右边小线圈中感应电流沿逆时针方向8.(单选)如图所示,金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上,在ef右侧存在有界匀强磁场B,磁场方向垂直导轨平面向下,在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导轨在同一平面内.当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后,下列有关圆环的说法正确的是().答案CA.圆环内产生变大的感应电流,圆环有收缩的趋势B.圆环内产生变大的感应电流,圆环有扩张的趋势C.圆环内产生变小的感应电流,圆环有收缩的趋势D.圆环内产生变小的感应电流,圆环有扩张的趋势知识点三:楞次定律与安培定则的综合应用,二次感应问题(注意因果关系,结果推原因或者带答案推)1.(多选)如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一闭合电路,当PQ在外力的作用下运动时,MN向右运动.则PQ所做的运动可能是().A.向右加速运动B.向左加速运动C.向右减速运动答案BCD.向左减速运动2.(多选)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引().答案BCA.向右做匀速运动B.向左做减速运动C.向右做减速运动D.向右做加速运动3.(单选)如图,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a().答案BA.顺时针加速旋转B.顺时针减速旋转C.逆时针加速旋转D.逆时针减速旋转4.(单选)如图所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是().答案A5.(多选)如图是某电磁冲击钻的原理图,若突然发现钻头M向右运动,则可能是().答案ACA.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合到断开的瞬间C.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D.开关S已经是闭合的,滑动变阻器滑片P向右迅速滑动6.(多选)如图所示,在匀强磁场中放有平行金属导轨,它与大线圈M相连接,要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流,则放在金属导轨上的金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置)().答案BC A.向右匀速运动B.向左加速运动C.向右减速运动D.向右加速运动7.(多选)如图所示,一电子以初速度v沿与金属板平行的方向飞入MN极板间,突然发现电子向M板偏转,若不考虑磁场对电子运动方向的影响,则产生这一现象的原因可能是()A.开关S闭合瞬间B.开关S由闭合后断开瞬间C.开关S是闭合的,变阻器滑片P向右迅速滑动D.开关S是闭合的,变阻器滑片P向左迅速滑动答案AD知识点四:感应电流大小(法拉第电磁感应定律E =n ΔΦΔt ,E =Blv )1.(多选)如图所示,闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度的大小随时间变化而变化.下列说法中正确的是( ). 答案 ADA .当磁感应强度增大时,线框中的感应电流可能减小B .当磁感应强度增大时,线框中的感应电流一定增大C .当磁感应强度减小时,线框中的感应电流一定增大D .当磁感应强度减小时,线框中的感应电流可能不变2.(单选)A 、B 两闭合圆形导线环用相同规格的导线制成,它们的半径之比r A ∶r B =2∶1,在两导线环包围的空间内存在一正方形边界的匀强磁场区域,磁场方向垂直于两导线环的平面,如图所示.当磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中,流过两导线环的感应电流大小之比为( ).答案 DA.I A I B =1B.I A I B =2C.I A I B =14D.I A I B=12 3.(多选)某学习小组在探究线圈中感应电流的影响因素时,设计如图所示的实验装置,让一个闭合圆线圈放在匀强磁场中,线圈的轴线与磁场方向成30°角,磁感应强度随时间均匀变化,则( ).答案 ADA .若把线圈的匝数增加一倍,线圈内感应电流大小不变B .若把线圈的面积增加一倍,线圈内感应电流大小变为原来的2倍C .改变线圈轴线与磁场方向的夹角大小,线圈内感应电流大小可能变为原来的2倍D .把线圈的半径增加一倍,线圈内感应电流大小变为原来的2倍4.(多选)用一根横截面积为S 、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r 的圆环,ab 为圆环的一条直径.如图所示,在ab 的左侧存在一个均匀变化的匀强磁场,磁场垂直圆环所在平面,磁感应强度大小随时间的变化率ΔB Δt =k (k <0).则( ).答案 BDA .圆环中产生逆时针方向的感应电流B .圆环具有扩张的趋势C .圆环中感应电流的大小为⎪⎪⎪⎪krS 2ρD .图中a 、b 两点间的电势差U ab =⎪⎪⎪⎪14k πr 2 5、(单选)粗细均匀的电阻丝围成图所示的线框,置于正方形有界匀强磁场中,磁感强度为B ,方向垂直于线框平面,图中ab =bc =2cd =2de =2ef =2fa =2L .现使线框以同样大小的速度v 匀速沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直,则线框在通过如图所示位置时,下列说法中正确的是( ).A .ab 两点间的电势差图①中最大 答案 AB .ab 两点间的电势差图②中最大C .回路电流图③中最大D .回路电流图④中最小6.(单选)如图所示,虚线框内存在均匀变化的匀强磁场,三个电阻的阻值之比R1∶R 2∶R 3=1∶2∶3,电路中导线的电阻不计.当S 1、S 2闭合,S 3断开时,闭合回路中感应电流为I ;当S 2、S 3闭合,S 1断开时,闭合回路时感应电流为5I ;当S 1、S 3闭合,S 2断开时,闭合回路中感应电流为( ).A .0B .3IC .6ID .7I 答案 D7.(多选)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为L =1 m ,cd 间、de 间、cf 间分别接着阻值为R =10 Ω的电阻.一阻值为R =10 Ω的导体棒ab 以速度v =4 m/s 匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小为B =0.5 T ,方向竖直向下的匀强磁场.下列说法中正确的是( ). 答案 BDA .导体棒ab 中电流的流向为由b 到aB .cd 两端的电压为1 VC .de 两端的电压为1 VD .fe 两端的电压为1 V8.(单选)如图所示,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流.现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化.为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率ΔB Δt 的大小应为( ).答案 CA.4ωB 0πB.2ωB 0πC.ωB 0πD.ωB 02π9.(单选)如图所示,竖直平面内有一金属环,半径为a ,总电阻为R (指拉直时两端的电阻),磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面,在环的最高点A 用铰链连接长度为2a 、电阻为R2的导体棒AB ,AB 由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B 点的线速度为v ,则这时AB 两端的电压大小为( ).答案 AA.Bav 3B.Bav 6C.2Bav 3 D .Bav10. (多选)如图所示是圆盘发电机的示意图;铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C 、D 分别与转动轴和铜盘的边缘接触.若铜盘半径为L ,匀强磁场的磁感应强度为B ,回路的总电阻为R ,从左往右看,铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动.则( ).答案 BCA .由于穿过铜盘的磁通量不变,故回路中无感应电流B .回路中感应电流大小不变,为BL 2ω2RC .回路中感应电流方向不变,为C →D →R →CD .回路中有周期性变化的感应电流11.(多选)半径为a 、右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆,单位长度电阻均为R 0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B .直杆在圆环上以速度v 平行于直径CD 向右做匀速直线运动,直杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O 开始,直杆的位置由θ确定,则().A .θ=0时,直杆产生的电动势为2Bav 答案 ADB .θ=π3时,直杆产生的电动势为3BavC .θ=0时,直杆受的安培力大小为2B 2av +R 0 D .θ=π3时,直杆受的安培力大小为3B 2av +R 012. (多选)如图所示,边长为L 、不可形变的正方形导线框内有半径为r 的圆形磁场区域,其磁感应强度B 随时间t 的变化关系为B =kt (常量k >0).回路中滑动变阻器R 的最大阻值为R 0,滑动片P 位于滑动变阻器中央,定值电阻R 1=R 0、R 2=R 02.闭合开关S ,电压表的示数为U ,不考虑虚线MN 右侧导体的感应电动势,则( ).答案 ACA .R 2两端的电压为U 7B .电容器的a 极板带正电C .滑动变阻器R 的热功率为电阻R 2的5倍D .正方形导线框中的感应电动势为kL 2知识点五:自感1.(多选)在如图所示的电路中,A1和A2是两个相同的灯泡,线圈L的自感系数足够大,电阻可以忽略不计.下列说法中正确的是().答案ABA.合上开关S时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮B.断开开关S时,A1和A2都要过一会儿才熄灭C.断开开关S时,A2闪亮一下再熄灭D.断开开关S时,流过A2的电流方向向右2、(单选)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S闭合和断开的过程中,L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)().答案D亮度不变,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮;S断开,L2立即不亮,A.S闭合,LL1逐渐变亮B.S闭合,L1亮度不变,L2很亮;S断开,L1、L2立即不亮C.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才灭D.S闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才灭3.(单选)如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡时刻断开S.下列表D的阻值.在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中,正确的是().答案B4.(单选)如图所示,A、B、C是3个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计).则() 答案AA.S闭合时,A灯立即亮,然后逐渐熄灭B.S闭合时,B灯立即亮,然后逐渐熄灭C.电路接通稳定后,三个灯亮度相同D.电路接通稳定后,S断开时,C灯立即熄灭5.(多选)如图是研究通电自感实验的电路图,A1、A2是两个规格相同的小灯泡,闭合电键调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,调节可变电阻R1,使它们都正常发光,然后断开电键S.重新闭合电键S,则().A.闭合瞬间,A1立刻变亮,A2逐渐变亮答案BCB.闭合瞬间,A2立刻变亮,A1逐渐变亮C.稳定后,L和R两端电势差一定相同D.稳定后,A1和A2两端电势差不相同6.(多选)如图所示的电路中,L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈,D1、D2是两个完全相同的电灯,E是内阻不计的电源.t=0时刻,闭合开关S,经过一段时间后,电路达到稳定,t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流,规定图中箭头所示方向为电流正方向,以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是().答案AC知识点六:电磁感应图像问题1、(单选)如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是().答案A2、(单选)如图所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域,在图中线框A、B两端电压U AB与线框移动距离x的关系图象正确的是().答案D3、(单选)将一段导线绕成图5甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反应F随时间t变化的图象是().答案B4、(多选)如图甲所示,正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示.t=0时刻,磁感应强度B的方向垂直纸面向里,设产生的感应电流以顺时针方向为正、竖直边cd所受安培力的方向以水平向左为正.则下面关于感应电流i和cd边所受安培力F随时间t变化的图象正确的是().答案AC5.(单选)如图甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内.左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化.规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压u为正,下列u ab---t图象可能正确的是() 答案C6.(单选)如图所示,一导体圆环位于纸面内,O 为圆心.环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场,两磁场磁感应强度的大小相等,方向相反且均与纸面垂直.导体杆OM 可绕O 转动,M 端通过滑动触点与圆环良好接触.在圆心和圆环间连有电阻R .杆OM 以匀角速度ω逆时针转动,t =0时恰好在图示位置.规定从a 到b 流经电阻R 的电流方向为正,圆环和导体杆的电阻忽略不计,则杆从t =0开始转动一周的过程中,电流随ωt 变化的图象是( ).答案 C7.(单选)边长为a 的闭合金属正三角形框架,左边竖直且与磁场右边界平行,完全处于垂直于框架平面向里的匀强磁场中.现把框架匀速水平向右拉出磁场,如图所示,则下列图象与这一过程相符合的是( ).答案 B8. (单选)如图,矩形闭合导体线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,用t 1、t 2分别表示线框ab 边和cd 边刚进入磁场的时刻.线框下落过程形状不变,ab 边始终保持与磁场水平边界线OO ′平行,线框平面与磁场方向垂直.设OO ′下方磁场区域足够大,不计空气的影响,则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v 随时间t 变化的规律( ).答案 A9.(多选)一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内,线框平面与磁场垂直,线框的右边紧贴着磁场边界,如图甲所示.t =0时刻对线框施加一水平向右的外力F ,让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场,外力F 随时间t 变化的图象如图乙所示.已知线框质量m =1 kg 、电阻R =1 Ω,以下说法正确的是( ).A .线框做匀加速直线运动的加速度为1 m/s 2 答案 ABCB .匀强磁场的磁感应强度为2 2 TC .线框穿过磁场的过程中,通过线框的电荷量为22 CD .线框边长为1 m10、如图甲所示,空间存在一宽度为2L 的有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在光滑绝缘水平面内有一边长为L 的正方形金属线框,其质量m =1 kg 、电阻R =4 Ω,在水平向左的外力F 作用下,以初速度v 0=4 m/s 匀减速进入磁场,线框平面与磁场垂直,外力F 大小随时间t 变化的图线如图乙所示.以线框右边刚进入磁场时开始计时.(1)求匀强磁场的磁感应强度B ;(2)求线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q ;(3)判断线框能否从右侧离开磁场?说明理由.答案 (1)0.33 T (2)0.75 C (3)不能;x =4 m<2L。
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《电磁感应》练习题高二级_______班姓名______________ _______________号1.B 2. A 3. A4.B 5. BCD6.CD7. D8. C一.选择题1.下面说法正确的是()A.自感电动势总是阻碍电路中原来电流增加B.自感电动势总是阻碍电路中原来电流变化. C.电路中的电流越大,自感电动势越大D.电路中的电流变化量越大,自感电动势越大2. 如图所示,一个矩形线圈与通有相同大小电流的平行直导线在同一平面,而且处在两导线的中央,则( A )A.两电流方向相同时,穿过线圈的磁通量为零B.两电流方向相反时,穿过线圈的磁通量为零C.两电流同向和反向时,穿过线圈的磁通量大小相等D.因两电流产生的磁场不均匀,因此不能判断穿过线圈的磁通量是否为零3. 一矩形线圈在匀强磁场中向右做加速运动如图所示, 设磁场足够大, 下面说法正确的是( A )A. 线圈中无感应电流, 有感应电动势B .线圈中有感应电流, 也有感应电动势C. 线圈中无感应电流, 无感应电动势D. 无法判断4.如图所示,AB为固定的通电直导线,闭合导线框P与AB在同一平面内。
当P远离AB做匀速运动时,它受到AB的作用力为( B )A.零B.引力,且逐步变小C.引力,且大小不变D.斥力,且逐步变小5. 长0.1m的直导线在B=1T的匀强磁场中,以10m/s的速度运动,导线中产生的感应电动势:( )A.一定是1V B.可能是0.5V C.可能为零D.最大值为1V6.如图所示,在一根软铁棒上绕有一个线圈,a、b是线圈的两端,a、b分别与平行导轨M、N相连,有匀强磁场与导轨面垂直,一根导体棒横放在两导轨上,要使a点的电势均比b点的电势高,则导体棒在两根平行的导轨上应该(BCD )A.向左加速滑动B.向左减速滑动C.向右加速滑动D.向右减速滑动7.关于感应电动势,下列说法正确的是()A.穿过闭合电路的磁感强度越大,感应电动势就越大B.穿过闭合电路的磁通量越大,感应电动势就越大C.穿过闭合电路的磁通量的变化量越大,其感应电动势就越大D.穿过闭合电路的磁通量变化的越快,其感应电动势就越大4题5题8.恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈,线圈平面垂直于磁场方向,要使线圈中能产生感应电流,线圈在磁场中应做 ( ) A .线圈沿自身所在的平面做匀速运动 B .线圈沿自身所在的平面做匀加速运动 C .线圈绕任意一条直径转动 D .线圈沿磁场方向平动9.将一磁铁缓慢或迅速地插到闭和线圈中的同一位置,两次发生变化的物理量不同的是( )A 、磁通量的变化量B 、磁通量的变化率C 、感应电流的电流强度D 、消耗的机械功率10.如图所示,一长直导线在纸面内,导线一侧有一矩形线圈,且线圈一边M 与通电导线平行,要使线圈中产生感应电流,下列方法可行的是( ) A 、保持M 边与导线平行线圈向左移动 B 、保持M 边与导线平行线圈向右移动C 、线圈不动,导线中电流减弱D 、线圈不动,导线中电流增强E 、线圈绕M 边转动 F11. 如图所示,将一线圈放在一匀强磁场中,线圈平面平行于磁感线,则线圈中有感应电流产生的是( )A 、当线圈做平行于磁感线的运动B 、当线圈做垂直于磁感线的平行运动C 、当线圈绕M 边转动D 、当线圈绕N 边转动12.如图所示,虚线所围的区域内有一匀强磁场,闭和线圈从静止开始运动,此时如果使磁场对线圈下边的磁场力方向向下,那么线圈应( ) A 、向右平动 B 、向左平动 C 、以M 边为轴转动D 、以上都不对13.竖直放置的金属框架处于水平的匀强磁场中,如图所示,一长直金属棒AB 可沿框自由运动,当AB 由静止开始下滑一段时间后合上S ,则AB 将做( )A 、 匀速运动B 、加速运动C 、减速运动D 、无法判定14.如图所示,边长为h 的矩形线框从初始位置由静止开始下落,进入一水平的匀强磁场,且磁场方向与线框平面垂直。
(完整版)电磁感应习题带答案
电磁感应一、选择题(本题共10小题,每小题4分,在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求的,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1.(2016届郑州联考)在电磁学发展过程中,许多科学家做出了贡献.下列说法正确的是()A.安培发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象B.麦克斯韦预言了电磁波;楞次用实验证实了电磁波的存在C.库仑提出了电场线;密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值D.感应电流遵从楞次定律所描述的方向,这是能量守恒定律的必然结果解析:奥斯特发现了电流磁效应,法拉第发现了电磁感应现象,A选项错误;麦克斯韦预言了电磁波,赫兹用实验证实了电磁波的存在,B选项错误;法拉第提出了电场线,C选项错误;楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现,D选项正确.答案:D2.(2016届浦东新区一模)如图所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合线圈,则流过灵敏电流计的感应电流方向是()A.先向左,再向右 B.先向右,再向左C.始终向右 D.始终向左解析:条形磁铁从左向右进入螺线管的过程中,闭合线圈向左的磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流的磁场向右,根据安培定则可知,感应电流从右向左通过电流计.磁铁从左向右离开螺线管的过程中,闭合线圈向左的磁通量减少,根据楞次定律可知,感应电流的磁场向左,根据安培定则可知,感应电流从左向右通过电流计,A选项正确.答案:A3.(2016届温州十校联考)等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场.另有一等腰直角三角形导线框ABC以恒定的速度沿如图所示方向穿过磁场.关于线框中的感应电流,以下说法中正确的是()A.开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向B.开始进入磁场时感应电流一定最大C.开始穿出磁场时感应电流一定最大D.开始穿出磁场时感应电流一定最小解析:导线框开始进入磁场时,根据楞次定律可知,闭合回路向下的磁通量增加,感应电流方向沿逆时针方向,A选项错误;根据导体切割磁感线可知,E=BLv,导线框刚进入磁场时有效切割长度最大,产生的感应电动势最大,感应电流最大,B选项正确;由于不知道两个三角形边长关系,故无法判断开始穿出磁场时有效切割长度的变化情况,C、D选项错误.答案:B4.(2016届南京模拟)有7个完全相同的金属框,表面涂有绝缘层.如图所示,A是一个框,B是两个框并列捆在一起,C是两个框上下叠放捆在一起,D是两个框前后叠放捆在一起.将他们同时从同一高度由静止释放,穿过水平向里的匀强磁场,最后落到水平地面.关于金属框的运动,以下说法正确的是()A.D最先落地 B.C最后落地C.A、B、D同时落地 D.B最后落地解析:设每一个金属框的质量为m,边长为L,电阻值为R,刚刚进入磁场时的速度为v,A图中,感应电动势为E=BLv,感应电流为I=,安培力为F=BIL=,根据牛顿第二定律得,aA==g-;同理,B图中,安培力为2F=,aB==g-;C图中,安培力为是F=,aC==g-; D图中,安培力为2F=,aD==g-;A、B、D三个金属框在进入磁场的过程中的加速度相等,运动的情况是完全相同的,同时落地,C选项正确.答案:C5.(多选)(2016届广东省阳江市高三期中)矩形线圈abcd,长ab=20 cm 宽bc=10 cm,匝数n=200匝,线圈回路总电阻R=5 Ω,整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过.若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图所示,则()A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化B.线圈回路中产生的感应电流为0.4 AC.当t=0.3 s时,线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 ND.在1 min内线圈回路产生的焦耳热为48 J解析:根据法拉第电磁感应定律可知,E=n=n·S=2 V,感应电动势恒定不变,A选项错误;根据欧姆定律得,I==0.4 A,B选项正确;分析图象可知,t=0.3 s时,磁感应强度B=0.2 T,安培力为F=nBIL=3.2 N,C选项错误;1 min内线圈回路产生的焦耳热为Q=I2Rt=48 J,D选项正确.答案:BD6.(多选)(2016届赣南州三校联考)如图所示,竖直光滑导轨上端接入一定值电阻R,C1和C2是半径都为a的两圆形磁场区域,其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向外,区域C1中磁场的磁感强度随时间按B1=b+kt(k>0)变化,C2中磁场的磁感强度恒为B2,一质量为m、电阻为r、长度为L的金属杆AB穿过区域C2的圆心C2垂直地跨放在两导轨上,且与导轨接触良好,并恰能保持静止.则()A.通过金属杆的电流大小为B.通过金属杆的电流方向为从B到AC.定值电阻的阻值为R=-rD.整个电路中产生的热功率P=解析:金属杆处于平衡状态,mg=B2I·2a,解得I=,A选项错误;安培力竖直向上,根据左手定则可知,电流方向从B到A,B选项正确;根据法拉第电磁感应定律得,E==·πa2=kπa2,根据闭合电路欧姆定律得,R=-r,C选项正确;整个电路中产生的热功率P=IE=,D选项正确.答案:BCD7.(2016届河北“五个一联盟”质检 )如图,闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合.若取磁铁中心O为坐标原点,建立竖直向下为正方向的x轴,则下图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是()解析:闭合铜环穿过磁铁的过程中,环中磁通量变化不均匀,产生的感应电流不是线性变化,A选项错误;铜环在下落过程中,下落到磁铁顶端的速度小于底端的速度,故铜环下落到磁铁顶端产生的感应电流小于底端的感应电流,C选项错误;根据楞次定律可知,圆环靠近磁体的过程中向上的磁通量最大,而离开磁体的过程中向上的磁通量减小,磁通量的变化相反,感应电流的方向相反,D选项错误,B选项正确.答案:B8.(多选)(2016届长宁区一模)如图所示,有五根完全相同的金属杆,其中四根连在一起构成正方形闭合框架,固定在绝缘水平桌面上,另一根金属杆ab搁在其上且始终接触良好.匀强磁场垂直穿过桌面,不计ab杆与框架的摩擦,当ab杆在外力F作用下匀速沿框架从最左端向最右端运动过程中()A.外力F先减小后增大B.桌面对框架的水平作用力保持不变C.ab杆的发热功率先减小后增大D.正方形框架的发热功率总是小于ab杆的发热功率解析:ab杆匀速切割磁感线,产生恒定的感应电动势,闭合框架的左右部分并联,当ab杆运动到中央位置时,外电阻最大,根据欧姆定律可知,此时感应电流最小,故感应电流先减小再增大,外力和安培力平衡,故外力先减小再增大,A选项正确;电流流过框架,框架受到安培力作用,水平作用力和安培力平衡,安培力先减小再增大,故水平作用力先减小再增大,B选项错误;ab杆的发热功率Pr=I2r,先减小后增大,C选项正确;当ab在框架的中央时,内、外电阻相等,正方形框架的发热功率等于ab杆的发热功率,D选项错误.答案:AC9.(2016届河北联考)如图所示,在平面直角坐标系的第一象限分布着非匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,沿y轴方向磁场分布是不变的,沿x轴方向磁感应强度与x满足关系B=kx,其中k是一恒定的正数,正方形线框ADCB边长为a,A处有一极小开口AE,由粗细均匀的同种规格导线制成,整个线框放在磁场中,且AD边与y轴平行,AD边与y轴距离为a,线框AE两点与一电源相连,稳定时流入线框的电流为I,关于线框受到的安培力情况,下列说法正确的是()A.整个线框受到的合力方向与BD连线垂直B.整个线框沿y轴方向所受合力为0C.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向D.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向解析:分析题意可知,AD边所在位置的磁感应强度B1=ka,AD边受到的安培力大小为FAD=B1IL=ka2I,根据左手定则知,方向沿x轴负方向;BC边所在位置的磁感应强度B2=2ka,BC边受到的安培力大小为FBC=B2IL=2ka2I,根据左手定则知,方向沿x轴正方向;沿y轴方向磁场分布是不变的,故AB和CD边受到的安培力等大反向,相互抵消,整个线框受到的合力为FBC-FAD=ka2I,方向沿x轴正方向,B选项正确.答案:B10.(2016届本溪市二模)如图所示,灯泡A、B与固定电阻的阻值均为R,L是带铁芯的理想线圈,电源的内阻不计.开关S1、S2均闭合且电路达到稳定.已知电路中的各种元件均在安全范围之内.下列判断中正确的是()A.灯泡A中有电流通过,方向为a→bB.将S1断开的瞬间,灯泡A、B同时熄灭C.将S1断开的瞬间,通过灯泡A的电流最大值要比原来通过灯泡B的电流大D.将S2断开,电路达到稳定,灯泡A、B的亮度相同解析:理想线圈的电阻为零,电路稳定后,灯泡A被短路,没有电流流过,A选项错误;将S1断开的瞬间,线圈L发生自感现象,相当于电源,电流流过灯泡A,灯泡B被短路,B选项错误;根据自感现象的规律可知,流过L的电流是流过灯泡B与电阻R上电流之和,故通过灯泡A的电流最大值要比原来通过灯泡B的电流大,C选项正确;将S2断开,电路达到稳定,灯泡A的亮度低于灯泡B的亮度,D选项错误.答案:C第Ⅱ卷(非选择题,共60分)二、实验题(本题共1小题,共8分)11.(8分)(2016届新级模拟)某实验小组设计了如图(a)的实验电路,通过调节电源可在原线圈中产生变化的电流,用磁传感器可记录原线圈中产生的磁场B的变化情况,用电压传感器可记录副线圈中感应电动势E的变化情况,二者的变化情况可同时显示在计算机显示屏上.某次实验中得到的B-t、E-t图象如图(b)所示.(1)试观察比较这两组图象,可得出的定性结论是(请写出两个结论):________________________________________________________________________;________________________________________________________________________.(2)该实验小组利用两组图象求出六组磁感应强度变化率和对应的感应电动势E的数据,并建立坐标系,描出的六个点如图(c)所示.请在图(c)中绘出E-的图线.(3)在该实验中,若使用的副线圈的匝数为100匝,则由图线可求得该副线圈的横截面积为________cm2.(保留3位有效数字)解析:(1)分析图(b)可知,当磁感应强度B恒定时,感应电动势E为零,而磁感应强度B均匀变化,产生恒定的感应电动势E,并且磁感应强度B的变化率越大,产生的感应电动势E 越大.(2)连线如图所示:(3)根据法拉第电磁感应定律得,E=n=n·S,当线圈面积S和匝数n一定时,电动势与磁场的变化率成正比,E∝.分析图象可知,E-图象的斜率大小表示匝数n与线圈横截面积S的乘积,S=2.77(2.75~2.82)cm2.答案:(1)当磁感应强度B恒定时,感应电动势E为零,而磁感应强度B均匀变化,产生恒定的感应电动势E;磁感应强度B的变化率越大,产生的感应电动势E越大(2)见解析(3)2.77(2.75~2.82)三、计算题(本题共4小题,共52分)12.(12分)(2016届广东模拟)如图甲所示,半径为r、匝数为n的线圈,其两极分别与固定水平放置的平行金属板A、B连接,线圈处在匀强磁场中,磁场方向垂直线圈平面,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.在t=0时刻,将一质量为m、带电荷量为+q、重力不计的粒子从平行金属板中心位置由静止释放,发现在第一个周期内粒子未与金属板相撞.求:(1)平行金属板间的距离d应满足的条件;(2)在满足(1)的前提下,在T时间内粒子的最大动能为多大?解析:(1)前半个周期内,根据法拉第电磁感应定律得感应电动势U=n=n·πr2,金属板A、B 间产生匀强电场,场强E=,粒子在电场力作用下,加速运动;后半个周期内,感应电动势反向,粒子减速运动,在第一个周期内粒子未与金属板相撞,则≥2×·2 解得d≥ .(2)当平行板间距刚好等于d,且粒子运动时间为时,粒子的速度达到最大,则动能也最大,根据动能定理得,q=Ekm-0,解得,Ekm=.答案:(1)d≥ (2)13.(14分)(2016届开封高三联考)如图1,abcd为质量M的导轨,放在光滑绝缘的水平面上,另有一根质量为m的金属棒PQ平行bc放在水平导轨上,PQ棒左边靠着绝缘固定的竖直立柱e、f,导轨处于匀强磁场中,磁场以OO′为界,左侧的磁场方向竖直向上,右侧的磁场方向水平向右,磁感应强度均为B.导轨bc段长l,其电阻为r,金属棒电阻为R,其余电阻均可不计,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ.若在导轨上作用一个方向向左、大小恒为F的水平拉力,设导轨足够长,PQ棒始终与导轨接触.试求:(1)导轨运动的最大加速度amax;(2)流过导轨的最大感应电流Imax;(3)在如图2中定性画出回路中感应电流I随时间t变化的图象,并写出分析过程.解析:(1)导轨刚开始运动时,加速度最大,根据牛顿第二定律得,F-μmg=Mamax,解得amax=.(2)随着导轨速度增加,bc边切割磁感线,感应电流增大,当加速度为零时,速度最大,感应电流最大,F-BImaxl-μ(mg-BImaxl)=0,联立解得Imax=.(3)画出图象如下:从刚拉动开始计时,t=0时,v=0,I=0;t=t1时,a=0,v最大,I=Im;0~t1之间,导轨做加速度减小的加速运动,a=0时,v保持不变,I保持不变.答案:(1)(2)(3)见解析。
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电磁感应考点清单1 电磁感应现象 感应电流方向(一)磁通量1.磁通量:穿过磁场中某个面的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁能量.磁通量简称磁通,符号为Φ,单位是韦伯(Wb ).2.磁通量的计算(1)公式Φ=BS此式的适用条件是:○1匀强磁场;○2磁感线与平面垂直.(2)如果磁感线与平面不垂直,上式中的S 为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积.θsin S B •=Φ其中θ为磁场与面积之间的夹角,我们称之为“有效面积”或“正对面积”.(3)磁通量的方向性磁通量正向穿过某平面和反向穿过该平面时,磁通量的正负关系不同.求合磁通时应注意相反方向抵消以后所剩余的磁通量.(4)磁通量的变化12Φ-Φ=∆Φ∆Φ可能是B 发生变化而引起,也可能是S 发生变化而引起,还有可能是B 和S 同时发生变化而引起的,在确定磁通量的变化时应注意.(二)电磁感应现象的产生条件1.产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.2.感应电动势的产生条件:无论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化, 这部分电路就会产生感应电动势.这部分电路或导体相当于电源.[例1] (2004上海,4)两圆环A 、B 置于同一水平面上,其中A 为均匀带电绝缘环,B 为导体环.当A 以如图13-36所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时,B 中产生如图所示方向的感应电流.则( )图13-36A.A 可能带正电且转速减小B.A 可能带正电且转速增大C.A 可能带负电且转速减小D.A 可能带负电且转速增大[解析] 由题目所给的条件可以判断,感应电流的磁场方向垂直于纸面向外,根据楞次定律,原磁场的方向与感应电流的磁场相同时是减少的,环A 应该做减速运动,产生逆时针方向的电流,故应该带负电,故选项C 是正确的,同理可得B 是正确的.[答案] BC(三)感应电流的方向1.右手定则当闭合电路的部分导体切割磁感线时,产生的感应电流的方向可以用右手定则来进行判断.右手定则:伸开右手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直穿入手心,大拇指指向导体运动方向,那么伸直四指指向即为感应电流的方向.[说明] 伸直四指指向还有另外的一些说法:○1感应电动势的方向;○2导体的高电势处.[例2](2004天津理综,20)图13-37中MN 、GH 为平行导轨,AB 、CD 为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体.有匀强磁场垂直于导轨所在的平面,方向如图,用I 表示回路的电流.A.当AB 不动而CD 向右滑动时,0≠I 且沿顺时针方向B.当AB 向左、CD 向右滑动且速度大小相等时,I =0C.当AB 、CD 都向右滑动且速度大小相等时,I =0D.当AB 、CD 都向右滑动,且AB 速度大于CD 时,0≠I 且沿逆时针方向图13-37[解析] 当AB 不动而CD 向右滑动时,0≠I ,但电流方向为逆时针,A 错;当AB 向左,CD 向右滑动时,两杆产生的感应电动势同向,故0≠I ,B 错;当AB 和CD 都向右滑动且速度大小相等时,则两杆产生的感应电动势等值反向,故I =0,C 正确;当AB 和CD 都向右滑动,且AB 速度大于CD 时,0≠I ,但方向为顺时针,D 错误.[答案] C2.楞次定律(1)内容感应电流具有这样的方向:就是感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.注意:○1“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁通量相反,“反抗”其增加;原磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁通量相同,“补偿”其减小.即“增反减同”.○2“阻碍”也不是阻止,电路中的磁通量还是变化的,阻碍只是延缓其变化. ○3楞次定律的实质是“能量转化和守恒”,感应电流的磁场阻碍过程,使机械能减少,转化为电能.(2)应用楞次定律判断感应电流的步骤:○1确定原磁场的方向○2明确回路中磁通量变化情况.○3应用楞次定律的“增反减同”,确定感应电流磁场的方向.○4应用右手安培定则,确立感应电流方向.[例3] (2001上海综合,14)某实验小组用如图13-38所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是()A.a→G→bB.先a→G→b,后b→G→aC.b→G→aD.先b→G→a,后a→G→b图13-38[解析] ○1确定原磁场的方向:条形磁铁在穿入线圈的过程中,磁场方向向下.○2明确回路中磁通量变化情况:向下的磁通量增加.○3由楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上.○4应用右手安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)即:从b→G→a.同理可以判断:条形磁铁穿出线圈过程中,向下的磁通量减小,由楞次定律可得:线圈中将产生顺时针的感应电流(俯视),电流从a→G→b.[答案] D[评价] 该题目关键在于对楞次定律的理解和应用以及对“穿过”二字的正确理解,它包括穿入和穿出两个过程.(3)楞次定律的另一种表述楞次定律的另一种表达为:感应电流的效果,总是要反抗产生感应电流的原因.[说明] 这里产生感应电流的原因,既可以是磁通量的变化,也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变.○1当电路的磁通量发生变化时,感应电流的效果就阻碍变化−−变形为阻碍原磁通−→量的变化.○2当出现引起磁量变化的相对运动时,感应电流的效果就阻碍变化−−拓展为阻碍−→(导体间的)相对运动,即“来时拒,去时留”.○3当回路发生形变时,感应电流的效果就阻碍回路发生形变.○4当线圈自身的电流发生变化时,感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化. 总之,如果问题不涉及感应电流的方向,则从楞次定律的另类表述出发的分析方法较为简便.[例4] 如图13-19所示,光滑固定导轨M 、N 水平放置,两根导体棒P 、Q 平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )图13-39A.P 、Q 将互相靠拢B.P 、Q 将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g[解析] 方法一:设磁铁下端为N 极,如图13-40所示,根据楞次定律可判断出P 、Q 中感应电流方向,根据左手定则可判断P 、Q 所受安培力的方向,可见P 、Q 将互相靠拢,由于回路所受安培力的合力向下,由牛顿第三定律,磁铁将受到向上的反作用力,从而加速度小于g .当S 极为下端时,可得到同样的结果.图13-40方法二:根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因,本题的“原因”是回路中磁通量的增加.归根结底是磁铁靠近回路,“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近,所以P 、Q 将互相靠近,且磁铁的加速度小于g .[答案] AD2 法拉第电磁感应定律 自感(一)法拉第电磁感应定律(1)内容:电磁感应中线圈里的感应电动势眼穿过线圈的磁通量变化率成正比.(2)表达式:t E ∆∆Φ=或tn E ∆∆Φ=. (3)说明:○1式中的n 为线圈的匝数,∆Φ是线圈磁通量的变化量,△t 是磁通量变化所用的时间.t ∆∆Φ又叫磁通量的变化率. ○2∆Φ是单位是韦伯,△t 的单位是秒,E 的单位是伏特. ○3t n E ∆∆Φ=中学阶段一般只用来计算平均感应电动势,如果t∆∆Φ是恒定的,那么E 是稳恒的.[例1] 有一面积为S =100cm 2金属环,电阻为R =0.1Ω,环中磁场变化规律如图13-41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?通过金属环的电量为多少?图13-41[分析] 由楞次定律可判断感应电流的方向.感应电量的计算为 R t tR t R E t I Q ∆Φ=∆∆∆Φ=∆=∆=,仅由电路电阻和磁通量变化决定,与发生磁通量变化的时间无关,本题推导的感应电量的计算表达式可以直接使用.[解析] (1)由楞次定律,可以判断金属环中感应电流方向为逆时针方向.(2)由图可知:磁感应强度的变化率为1212t t B B t B --=∆∆ ○1 线圈中的磁通量的变化率: S t t B B S t B t •--=∆∆=∆∆Φ1212 ○2 环中形成感应电流tR R t R E I ∆∆Φ=∆∆Φ==/ ○3 通过金属环的电量:t I Q ∆= ○4由○1○2○3○4解得:1.010)1.02.0()(212-⨯-=-=R S B B Q C=0.1C. (二)导线切割磁感线的感应电动势1.公式:E=BLv2.导线切割磁感线的感应电动势公式的几点说明:(1)公式仅适用于导体上各点以相同的速度切割匀强的磁场的磁感线的情况.(2)公式中的B 、v 、L 要求互相两两垂直.当L ⊥B ,L ⊥v ,而v 与B 成θ夹角时,导线切割磁感线的感应电动势大小为θsin BLv E =.(3)适用于计算当导体切割磁感线产生的感应电动势,当v 为瞬时速度时,可计算瞬时感应电动势,当v 为平均速度时,可计算平均电动势.(4)若导体棒不是直的,θsin BLv E =中的L 为切割磁感线的导体棒的有效长度.如图13-42中,棒的有效长度有ab 的弦长.图13-42[例2] (2001上海物理,22)(13分)半径为a 的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度为B =0.2T ,磁场方向垂直纸面向里,半径为b 的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中a =0.4m ,b =0.6m ,金属环上分别接有灯L 1、L 2,两灯的电阻均匀为R 0=2Ω,一金属棒MN 与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计.(1)若棒以v 0=5m/s 的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径00′的瞬间(如图13-43所示)MN 中的电动势和流过灯L 1的电流.图13-43(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s T t B /)/4(/π=∆∆,求L 1的功率.[解析] (1)棒通过圆环直径时切割磁感线的有效长度L =2a ,棒中产生的感应电动势为58.02.02⨯⨯===av B BLv E V=0.8V ○1 当不计棒和环的电阻时,直径OO ′两端的电压U =E =0.8V ,通过灯L 1电流的为 28.001==R U I A =0.4A. ○2 (2)右半圆环上翻90°后,穿过回路的磁场有效面积为原来的一半,221a S π=',磁场变化时在回路中产生的感应电动热为V V a t B S t E 23.04212=⨯=∆∆•'=∆∆Φ='ππ ○3 由L 1、L 2两灯相同,圆环电阻不计,所以每灯的电压均为E U '='21,L 1的功率为 2020211028.1)21(-⨯='='=R E R U P W. ○4 3.导体切割磁感线产生的感应电动势大小两个特例:(1)长为L 的导体棒在磁感应强度为B 的匀强磁场中以ω匀速转动,导体棒产生的感应电动势:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-===))((212121022212不同两段的代数和以任意点为轴时,)线速度(平均速度取中点位置以端点为轴时,(不同两段的代数和)以中点为轴时,L L B E L L B E E ωωω [例3] (2004两湖理综,19)一直升飞机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B ,直升飞机螺旋桨叶片的长度为l ,螺旋桨转动的频率为f ,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a ,远轴端为b ,如图13-44所示.如果忽略a 到转轴中心线的距离,用ε表示每个叶片中的感应电动势,则( )A.B ft 2πε=,且a 点电势低于b 点电势B.B ft 22πε-=,且a 点电势低于b 点电势C.B ft 2πε=,且a 点电势高于b 点电势D.B ft 22πε=,且a 点电势高于b 点电势图13-44[解析] 对于螺旋桨叶片ab ,其切割磁感线的速度是其做圆周运动的线速度,螺旋桨不同点的线速度不同,但是满足R v ω=',可求其等效切割速度fl lv πω==2,运用法拉第电磁感应定律B ft Blv 2πε==,由右手定则判断电流的方向为由a 指向b ,在电源内部电流由低电势流向高电势,故选项A 是正确的.[答案] A(2)面积为S 的矩形线圈在匀强磁场B 中以角速度ω绕线圈平面内的任意轴匀速转动,产生的感应电动势:⎪⎩⎪⎨⎧===θωθωsin 0BS E E BS E 时,为线圈平面与磁感线夹角时,线圈平面与磁感线垂直时,线圈平面与磁感线平行 (三)自感1.自感现象:当导体中的电流发生变化,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来的电流的变化,这种由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫自感现象.2.自感现象的应用(1)通电自感:通电瞬间自感线圈处相当于断路.(2)断电自感:断电时自感线圈处相当于电源.○1当线圈中电阻≥灯丝电阻时,灯缓慢熄灭; ○2当线圈中电阻<灯丝电阻时,灯闪亮后缓慢熄灭. 3.增大线圈自感系数的方法(1)增大线圈长度(2)增多单位长度上匝数(3)增大线圈截面积(口径)(4)线圈中插入铁芯4.日光灯(1)日光灯电路的组成和电路图:○1灯管:日光灯管的两端各有一个灯丝,灯管内有微量的氩和汞蒸气,灯管内涂有荧光粉.两个灯丝之间的气体导电荷发出紫外线,激发管壁上的荧光粉发出可见光.但要使管内气体导电所需电压比200V 的电源电压高得多.○2镇流器:ⅰ)结构:线圈和铁芯.ⅱ)原理:自感.ⅲ)作用:灯管启动时提供一个瞬时高压,灯管工作时降压限流.○3启动器ⅰ) 结构:电容、氖气、静触片、U形动触片、管脚、外壳.ⅱ)原理:热胀冷缩. ⅲ)作用:先接通电路,再瞬间断开电路,使镇流器产生瞬间高压.(2)日光灯电路的工作过程:合上开关,电源电压220V加在启动器两极间→氖气放电发出辉光→辉光产生的热量,使U形动触片膨胀伸长,与静触片接触接通电路→镇流器和灯丝中通过电流→氖气停止放电→动静触片分离→切断电路→镇流器产生瞬间高压,与电源电压加在一起,加在灯管两端→灯管中气体放电→日光灯发光.(3)日光灯启动后正常工作时,启动器断开,电流从灯管中通过.镇流器产生自感电动势起降压限流作用.3 电磁感应规律的综合应用法拉第电磁感应定律是电磁学的重点内容之一,其综合了力、热、静电场、直流电路、磁场等许多内容,反映在以下几个方面:1.因导体在切割运动或电路中磁通量的变化,产生感应电流,使导体受到安培力的作用,从而直接影响到导体或线圈的运动.[例1] (2002粤豫大综合,30)如图13-45所示,在一均匀磁场中有一U形导线框abcd,线框处于水平面内,磁场与线框平面垂直,R为一电阻,ef为垂直于ab的一根导体杆,它可在ab、cd上无摩擦地滑动.杆ef及线框中导线的电阻都可不计.开始时,给ef一个向右的初速度,则()A.ef将减速向右运动,但不是匀减速B.ef将匀减速向右运动,最后停止C.ef将匀速向右运动D.ef将往返运动图13-45[解析] 给ef一个向右的初速度,则ef产生感应电动势,回路中产生感应电流.由楞次定律可以判断,ef受到一个向左的安培力的作用而减速,随着ef的速度减小,ef产生的感应电动势减小,回路的感应电流减小,安培力减小,因此可以判断ef 是做加速度逐渐减小的减速运动.因此可知选项A 是正确的.[答案] A[例2] (2004北京理综,23)如图13-46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,磁场方向的垂直斜面向下.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.13-46 (1)由b 向a 方向看到的装置如图13-46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.[解析] (1)重力mg ,竖直向下;支撑力N ,垂直斜面向上;安培力F ,沿斜面向上.(2)当ab 杆速度为v 时,感应电动势E =B lv ,此时电路中电流RBlv R E I ==. ab 杆受到安培力Rv L B BIL F 22==, 根据牛顿运动定律,有Rv L B mg F mg ma 22sin sin -=-=θθ, mRv L B g a 22sin -=θ. (3)当θsin 22mg Rv L B =时,ab 杆达到最大速度v m .22sin L B mgR v m θ=. 2.以电磁感应现象为核心,综合力学各种不同的规律(如机械能、动量、牛顿运动定律)等内容形成的综合类问题.电学部分思路:将产生感应电动势的那部分电路等效为电源,如果在一个电路中切割磁感线的是几部分但又互相联系,可等效成电源的串并联,分析内外电路结构,应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律理顺电学量之间的关系.力学部分思路:分析通电导体的受力情况及力的效果,应用牛顿定律、动量定理、动量守恒、动能定理、机械能守恒等规律理顺力学量之间的关系.[例3] (2001京春季,20)(12分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l .导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd ,构成矩形回路,如图13-47所示.两根导体棒的质量皆为m ,电阻皆为R ,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B .设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd 静止,棒ab 有指向棒cd 的初速度v 0.若两导体棒在运动中始终不接触,求:图13-47(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少?(2)当ab 棒的速度变为初速度的43时,cd 棒的加速度是多少? [解析] ab 棒向cd 棒运动时,两棒和导轨构成的回路面积变小,磁通量发生变化,于是产生感应电流.ab 棒受到与运动方向相反的安培力作用做减速运动,cd 棒则在安培力作用下做加速运动.在ab 棒的速度大于cd 棒的速度时,回路总有感应电流,ab 棒继续减速,cd 棒继续加速.两棒速度达到相同后,回路面积保持不变,磁通量不变化,不产生感应电流,两棒以相同的速度v 做匀速运动.(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中,两棒总动量守恒,有mv mv 20= ○1根据能量守恒,整个过程中产生的总热量2022041)2(2121mv v m mv Q =-=○2 (2)设ab 棒的速度变为初速度的43时,cd 棒的速度为v ′,则由动量守恒可知v m v m mv '+=0043 ○3 此时回路中的感应电动势和感应电流分别为Bl v v E )43(0'-= ○4 R I 2ε= ○5此时cd 棒所受的安培力IBl F = ○6 cd 棒的加速度mF a = ○7 由以上各式,可得mRv l B a 4022=. ○8 3.电磁感应中的能量转化问题电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用.因此要维持安培力存在,必须有“外力”克服安培力做功.此过程中,其他形式的能转化为能.“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能.当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能.同理,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能.因此电能求解思路主要有三种:○1利用克服安培力求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功. ○2得用能量守恒求解:开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能.○3利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电能来计算. [例4] 把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出(如图13-48),第一次速度为v 1,第二次速度为v 2且v 2=2v 1,则两种情况下拉力的功之比W 1/W 2= ,拉力的功率之比P 1/P 2= ,线圈中产生焦耳热之比Q 1/Q 2= .[解析] 设线圈的ab 边长为L ,bc 边长为L ′,整个线圈的电阻为R ,把ab 边拉出磁场时,cd 边以速度v 匀速运动切割磁感线产生感应电动势Blv E =.其电流方向从c 指向d ,线圈中形成的感应电流R BLv R E I == cd 边所受的安培力Rv L B BIL F 22== 为了维持线圈匀速运动,所需外力大小为Rv L B BIL F F 22=='= 因此拉出线圈过程外力的功v RL L B L F W '='=22 外力的功率222v RL B Fv P == 线圈中产生的焦耳热W v R L L B v L R R v L B Rt I Q ='='•==2222222由上面得出的W 、P 、Q 的表达式可知,两情况拉力的功、功率、线圈中的焦耳热之比分别为1∶2、1∶4、1∶2.[评价] 从题中可以看出,安培力做的功,与电路的消耗的电能是相同的.[例5] (2004河南理综,24)图13-49中a 1b 1c 1d 1和a 2b 2c 2d 2为在同一竖直面内的金属导轨,处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨所在的平面(纸面)向里.导轨的a 1b 1段与a 2b 2段是竖直的,距离为l 1;c 1d 1段与c 2d 2段也是竖直的,距离为l 2.x 1y 1与x 2y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆,质量分别为m 1和m 2,它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触.两杆与导轨构成的回路的总电阻为R .F 为作用于金属杆x 1y 1上的竖直向上的恒力.已知两杆运动到图示位置时,已匀速向上运动,求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率.[解析] 设杆向上运动的速度为v ,因杆的运动,两杆与导轨构成的回路的面积减少,从而磁通量也减少,由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势的大小v l l B E )(12-=回路中的电流RE I = 电流沿顺时针方向,两金属杆都要受到安培力作用,作用于杆x 1y 1的安培力为 11BIlF =(方向向上)作用于杆x 2y 2的安培力为22BIl F =(方向向下)当杆匀速运动时,根据牛顿第二定律有02121=-+--F F g m g m F解以上各式[]2122211221)()()()(l l B Rg m m F v l l B g m m F I -+-=-+-=作用于两杆的重力功率的大小gv m m P )(21+=电阻上的热功率.)()()()()(21221212122212R l l B g m m F Q g m m R l l B g m m F P RI Q ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=+-+-== 4.电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B 、磁通量Φ、感应电动势E 和感应电流I 随时间t 变化的图象,即B -t 图象、Φ-t 图象、E -t 图象和I -t 图象.对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移x 变化的图象,即E -x 图象和I -x 图象.这些图象问题大体上可分为两类:○1由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象. ○2由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量. 不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决.[例6] (2004内蒙理综,19)一矩形线圈位于一随时间t 变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里,如图13-50所示.以I 表示线圈中的感应电流,以图中的线圈上所示方向的电流为正,则图13-51的I -t 图正确的是( )图13-50图13-51[解析] 由图象可知,在0到1秒的时间内,磁感应强度均匀增大,那么感应电流的方向为逆时针方向,与图示电流方向相反,为负值,排除B 、C 选项.根据法拉第电磁感应定律,其大小t S B t ∆•∆=∆∆Φ=ε,Rt S B R E I •∆•∆==为一定值,在2到3秒和4到5秒内,磁感应强度不变,磁通量不变,无感应电流生成,D 错误,所以A 选项感应强度不变,磁通量不变,无感应电流生成,D 错误,所以A 选项正确.[答案] A。