9 电磁感应---有答案
专题九电磁感应问题
【重点知识提醒】
【重点方法提示】
1.掌握电磁感应综合问题的解题步骤
(1)确定电源部分，即电源的电动势大小和极性，电源的内阻大小。
(2)确定外电路。
(3)综合运动闭合电路的欧姆定律、运动学公式、牛顿运动定律、能量和动量守恒等定律知识解答。
2.必须辨明的“3个易错易混点”
(1)发生电磁感应的电路中，产生感应电动势的部分为“电源”，其余部分为“外电路”。
(2)安培力做正功，电能转化为其他形式的能量，安培力做负功，其他形式的能量转化为电能。
【重点题型讲练】
【例1】如图甲所示，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为圆环的直径。在ab的右侧存在一个足够大的匀强磁场，t ＝0时刻磁场方向垂直于竖直圆环平面向里，磁场磁感应强度B随时间t变化的
关系图象如图乙所示，则0～t1时间内()
A.圆环中产生感应电流的方向为逆时针
B.圆环中产生感应电流的方向先顺时针后逆时针
C.圆环一直具有扩张的趋势
D.圆环中感应电流的大小为B0rS 4t0ρ
【解析】磁通量先向里减小再向外增加，由楞决定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向一直为顺时针，故A、B错误；由楞决定律的“增缩减扩”可知，0～t0时间内为了阻碍磁通量的减小，线圈有扩张的趋势，t0～t1时间内为了阻碍磁通量的增大，线圈有缩小的趋势，故C错误；由法拉第电磁感应定律得E＝
ΔBS圆环2Δt＝B0πr2
2t0，感应电流I＝
E
R＝
B0πr2
2t0·
S
ρ·2πr＝
B0rS
4t0ρ，故D正确。答案：D
【练1】电动汽车越来越被人们所喜爱，某一种无线充电方式的基本原理如图7所示，路面上依次铺设圆形线圈，相邻两个线圈由供电装置通以反向电流，车身底部固定感应线圈，通过充电装置与蓄电池相连，汽车在此路面上行驶时，就可以进行充电。若汽车正在匀速行驶，下列说法正确的是()
图7
A.感应线圈中电流的磁场方向一定与路面线圈中电流的磁场方向相反
B.感应线圈中产生的是方向改变、大小不变的电流
C.感应线圈一定受到路面线圈磁场的安培力，会阻碍汽车运动
D.给路面上的线圈通以同向电流，不会影响充电效果
【自主解答】
接着阻值为R 的定值电阻，质量为m 的金属杆ab 与导轨垂直并接触良好，金属杆和导轨的电阻不计。整个装置处于与导轨平面垂直的磁感应强度为B 的匀强磁场中。金属杆由静止释放，下落高度h 后开始做匀速运动，已知重力加速度为g 。求：
(1)金属杆做匀速运动的速度大小v ；
(2)下落高度h 的过程中，通过金属杆的电荷量q ； (3)下落高度h 的过程中，电阻R 上产生的热量Q 。 【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律E ＝BL v 根据欧姆定律I ＝E
R
金属杆受到的安培力F 安＝BIL ，则F 安＝B 2L 2v
R 金属杆匀速运动，根据平衡条件F 安＝mg 整理得v ＝mgR
B 2L 2。
(2)下降高度h 的过程中，通过金属杆的电荷量q ＝I －
Δt 根据欧姆定律有I －
＝E
－
R
根据法拉第电磁感应定律E－＝n ΔΦ
Δt，则q＝n
ΔΦ
R
下降高度h的过程中的磁通量变化ΔΦ＝BLh，且n＝1，
代入得q＝BLh R。
(3)下落高度h的过程中，根据能量守恒定律得mgh＝1
2m v
2＋Q
整理得Q＝mgh－m3g2R2 2B4L4。
答案(1)mgR
B2L2(2)
BLh
R(3)mgh－
m3g2R2
2B4L4
【练2】如图所示，光滑导轨MN和PQ固定在竖直平面内，导轨间距为L，两
端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2.两导轨间有一边长为L
2的正方形区
域abcd，该区域内有磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场．一质量为m的金属杆与导轨相互垂直且接触良好，从ab处由静止释放，若金属杆离开磁场前已做匀速运动，其余电阻均不计．重力加速度为g，求：
(1)金属杆离开磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向；
(2)金属杆离开磁场时速度的大小；
(3)金属杆穿过整个磁场过程中电阻R1上产生的电热．
【自主解答】
2.5L 的N 匝矩形线框abcd ，总电阻为R ，面积可认为与小车底面相同，其平面与水平地面平行，小车总质量为m ．如图是简化的俯视图，小车在磁场外以恒定的功率做直线运动，受到地面阻力恒为f ，进入磁场前已达到最大速度v ，车头（ab 边）刚要进入磁场时立即撤去牵引力，车尾（cd 边）刚出磁场时速度恰好为零．已知有界磁场宽度为2.5L ，磁感应强度为B ，方向竖直向下．求： （1）进入磁场前小车所受牵引力的功率P ； （2）车头刚进入磁场时，感应电流的大小I ； （3）电磁刹车过程中产生的焦耳热Q .
【解析】
（1）小车达最大速度v 后，小车做匀速直线运动，牵引力大小等于摩擦力，
F =f
小车功率与牵引力的关系 P Fv =
解得 P fv =
（2）车头刚进磁场时，回路感应电动势=E NBLv
根据闭合电路欧姆定律，感应电流E
I R
=
NBLv
I R
= （3）根据能量守恒 21
52mv Q f L =+?
解得 21
52
Q mv fL =-
【练3】 如图所示,两个有水平边界的匀强磁场的磁感应强度大小均为B ,方向相反且均沿水平方向,两磁场高度均为L.一个框面与磁场方向垂直、质量为m 、电阻为R 、边长为L 的正方形金属框abcd 从某一高度处由静止释放,当ab 边刚进入第一个磁场时,金属框恰好做匀速直线运动;当ab 边下落到GH 和JK 之间的某位置时,又恰好开始做匀速直线运动.整个过程空气阻力不计,重力加速度为g.求: (1)金属框的ab 边刚进入第一个磁场时的速度; (2)金属框的ab 边通过第二个磁场的时间t ;
N M
a
b
c
d 2.5L
L
(3)金属框的ab边从开始进入第一个磁场至刚刚到达第二个磁场下边界JK过程中,金属棒产生的热量Q.
【自主解答】
【例4】如图甲所示,在水平面上固定有长L=3 m、宽d=1 m的U形金属导轨,在导轨右侧l=0.5 m范围内存在垂直于纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.在t=0时刻,质量为m=0.1 kg的导体棒以v0=2 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,始终与导轨两长边垂直且接触良好,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.125 Ω/m.不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响,g取10 m/s2.
(1)通过计算分析0~4 s内导体棒的运动情况;
(2)求0~4 s内回路中电流的大小,并判断电流的方向;
(3)求0~4 s内回路产生的焦耳热.
【解答步骤规范】
(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速直线运动,由牛顿第二定律有
=ma(1分)
根据运动学公式,导体棒速度减为零所需要的时间t0==2 s(1分)
0~2 s内发生的位移x=v0t-at2=2 m(1分)
可见x 后2 s 内回路产生的感应电动势E= =0.1 V(1分) 回路的总长度为4 m,因此回路的总电阻R= (1分) 电流I= =0.2 A(1分) 根据楞次定律,回路中的电流方向 (1分) (3)前2 s 内电流为0,后2 s 内有恒定电流,回路产生的焦耳热Q= =0.04 J(3分) 【以题说法】 1.电磁感应图像问题 在电磁感应现象中,磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力等物理量随时间(或位移)的变化规律可用图像直观地表示.图像问题常见命题形式有两种: (1)由给定的电磁感应过程判断相应物理量的函数图像; (2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,确定相关的物理量. 2.解题思路 (1)明确图像的种类;(2) 分析电磁感应的具体过程;( 3)结合相关规律写出函数表达式;(4)根据函数关系进行图像分析. 3.图像问题应关注以下三点 (1)初始时刻电动势、电流等是否为零,方向是正方向还是负方向; (2)电磁感应现象分为几个阶段,各阶段是否与图像变化对应; (3)判定图像的斜率大小、图像曲直与物理过程是否对应,分析斜率对应的物理量的大小和方向的变化趋势. 【练4】如图甲所示，N 匝线圈b 与阻值为 R 的电阻构成闭合回路，已知线圈b 的半径为2r ，总电阻为R 0 ．半径为r 的圆形区域a 内存在周期性变化的磁场，磁场与线圈b 垂直，规定图中所示磁场方向为正方向．磁感应强度变化规律如图乙所示，最大值为B 0，周期为T ． （1 （2）通过计算在图丙中画出i -t 图象（规定回路中逆时针方向为电流正方向）； （3）求一个周期T 内电阻R 产生的热量Q ． 【自主解答】 【练1】【解析】由安培定则知路面上相邻圆形线圈内部的磁场方向相反，分析可知汽车在行驶过程中，感应线圈中感应电流产生的磁场方向与地面线圈产生的磁场方向时而相同，时而相反，故A 错误；由于路面线圈中的电流不知如何变化，产生的磁场也无法确定，所以感应线圈中的电流大小不能确定，故B 错误；感应线圈随汽车一起运动过程中会产生感应电流，在路面线圈的磁场中受到安培力，根据“来拒去留”可知，此安培力一定阻碍相对运动，即阻碍汽车运动，故C 正确；给路面线圈通以同向电流，多个路面线圈内部产生相同方向的磁场，感应线圈中的磁通量的变化率与路面线圈通以反向电流时相比变小，所以会影响充电效果，故D 错误。答案：C 【练2】【解析】(1)设流过金属杆中的电流为I ，由平衡条件得mg ＝BI L 2， 解得I ＝2mg BL 所以R 1中的电流大小I 1＝I 2＝mg BL ，方向从P 到M . (2)设杆匀速运动时的速度为v 由E ＝B L 2v ，E ＝I R 2 得v ＝2mgR B 2L 2 (3)mg L 2＝Q ＋12m v 2 得Q ＝mgL 2－2m 3g 2R 2 B 4L 4 R 1上产生的焦耳热为Q R 1＝12Q ＝mgL 4－m 3g 2R 2 B 4L 4 【答案】 (1)mg BL 方向从P 到M (2)2mg B 2L 2 (3)mgL 4－m 3g 2R 2 B 4L 4 【练3】【解析】(1) 设ab 边刚进入第一个磁场时,金属框的速度为v 1,所受安培力为F 1,因金属框做匀速运动,有 mg=F 1=BI 1L 其中I 1=,E 1=BLv 1 联立解得 v 1= (2)设ab 边到达GH 和JK 之间的某位置时,金属框的速度为v 2,ab 边受到的安培力为F 2,cd 边受到的安培力为F 3,有 F 2=F 3 mg=2F 2=2BI 2L 其中I 2=,E 2==2BLv 2 联立解得v 2=v 1= 金属框的ab 边从第一个磁场下边界GH 至第二个磁场下边界JK 的过程,由动量定理得mgt-2B L ·t=mv 2-mv 1 而t=q= 解得t= - (3)金属框的ab 边从开始进入第一个磁场至刚刚到达第二个磁场下边界JK 的过程,由能量守恒定律得 m +2mgL=Q+m 联立解得 Q= +2mgL 【答案】(1) (2)- (3)+2mgL 【练4】【解析】（1）206B B E N S N r t T π?==? (3分) （2）0~T/6内，20006() B E I N r R R T R R π= =++，顺时针方向；(2分) T/6~5T/6内，203B B E N S N r t T π' ?'==?， 20003() B E I N r R R T R R π' '= =++，逆时针方向；(2分) 5T/6~T 内，20006() B E I N r R R T R R π==++， 顺时针方向；(2分) 如图所示 (2分) （3）22242 2 01232 0182263() N B r R T T Q Q Q Q I R I R T R R π'=++=??+?=+(4分) i t O T 2003()NB r T R R π+2 00-6() NB r T R R π+ 2020高考物理热点分析与预测专题9·电磁感应 一、2020大纲解读 本专题涉及的考点有：电磁感应现象、磁通量、法拉第电磁感应定律、楞次定律、导体切割磁感线时的感应电动势、右手定则、自感现象、日光灯等．《2020考试大纲》对自感现象等考点为Ⅰ类要求，而对电磁感应现象、磁通量、法拉第电磁感应定律、楞次定律、导体切割磁感线时的感应电动势、右手定则等考点为Ⅱ类要求． 电磁感应是每年高考考查的重点内容之一，电磁学与电磁感应的综合应用是高考热点之一，往往由于其综合性较强，在选择题与计算题都可能出现较为复杂的试题．电磁感应的综合应用主要体现在与电学知识的综合，以导轨+导体棒模型为主，充分利用电磁感应定律、楞次定律、安培力、直流电路知识、磁场知识等多个知识点，可能以图象的形式进行考查，也可能是求解有关电学的一些物理量（如电量、电功率或电热等）．同时在求解过程中通常也会涉及力学知识，如物体的平衡条件（运动最大速度求解）、牛顿运动定律、动能定理、动量守恒定理（双导体棒）及能量守恒等知识点．电磁感应的综合应用突出考查了考生理解能力、分析综合能力，尤其是考查了从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力． 二、重点剖析 电磁感应综合应用的中心是法拉第电磁感应定律，近年来的高考中，电磁感应的考查主要是通过法拉第电磁感应定律再综合力、热、静电场、直流电路、磁场等知识内容，有机地把力与电磁结合起来，具体反映在以下几个方面： 1．以电磁感应现象为核心，综合应用力学各种不同的规律（如牛顿运动定律、动量守恒定律、动能定理）等内容形成的综合类问题．通常以导体棒或线圈为载体，分析导体棒在磁场中因电磁感应现象对运动情况的影响，解决此类问题的关键在于运动情况的分析，特别是最终稳定状态的确定，利用物体的平衡条件可求最大速度之类的问题，利用动量观点可分析双导体棒运动情况． 2．电磁感应与电路的综合问题，关键在于电路结构的分析，能正确画出等效电路图，并结合电学知识进行分析、求解．求解过程中首先要注意电源的确定．通常将切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路作为等效电源．若产生感应电动势是由几个相互联系部分构成时，可视为电源的串联与并联．其次是要能正确区分内、外电路，通常把产生感应电动势那部分电路视为内电路．最后应用全电路欧姆定律及串并联电路的基本性质列方程求解． 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，而能量的转化则是通过安培力做功的形式而实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，“外力”克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．求解过程中主要从以下三种思路进行分析：①利用安培力做功求解，电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功．注意安培力应为恒力．②利用能量守恒求解，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．适用于安培力为变力．③利用电路特征来求解，通过电路中所产生的电能来计算． 4．电磁感应中的图象问题 电磁感应的图象主要包括B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和I-t图象，还可能涉及感应电动势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．一般又可把图象问题分为两类：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．解答电磁感应中的图象问题的基本方法是利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解答． 三、高考考点透视 1．电磁感应中的力和运动 例1．磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁 第六章 时变电磁场 6.1 有一导体滑片在两根平行的轨道上滑动，整个装置位于正弦时变磁场 5cos mT z e t ω=B 之中，如题6.1图所示。滑片的位置由0.35(1cos )m x t ω=-确定，轨道终端接有电阻0.2R =Ω，试求电流i. 解 穿过导体回路abcda 的磁通为 5cos 0.2(0.7) cos [0.70.35(1cos )]0.35cos (1cos )z z d B ad ab t x t t t t ωωωωωΦ==?=?-=--=+? B S e e 故感应电流为 11 0.35sin (12cos ) 1.75sin (12cos )mA in d i R R dt t t t t R ωωωωωωΦ = =-=-+-+E 6.2 一根半径为a 的长圆柱形介质棒放入均匀磁场0z B =B e 中与z 轴平行。设棒以角 速度ω绕轴作等速旋转，求介质内的极化强度、体积内和表面上单位长度的极化电荷。 解 介质棒内距轴线距离为r 处的感应电场为 00z r r r B φωω=?=?=E v B e e B e 故介质棒内的极化强度为 00000(1)()e r r r r B r B εεεωεεω==-=-P E e e X 极化电荷体密度为 200 00 11()()2()P rP r B r r r r B ρεεωεεω?? =-??=- =--??=--P 极化电荷面密度为 0000()()P r r r a e r a B σεεωεεω==?=-?=-P n B e 则介质体积内和表面上同单位长度的极化电荷分别为 220020012()212()P P PS P Q a a B Q a a B πρπεεωπσπεεω=??=--=??=- 6.3 平行双线传输线与一矩形回路共面，如题6.3图所示。设0.2a m =、0.1m b c d ===、7 1.0cos(210)A i t π=?，求回路中的感应电动势。 第六章 无界空间平面电磁波的传播 习题解答 6-1．已知自由空间的电磁波的电场强度E 的瞬时值为 ()() ()8;37.7cos 6102V/m y z t t z ππ=?+E e 试回答下列问题：（1）该电磁波是否属于均匀平面波沿何方向传播（2）该电磁波的频率、波长、相位常数和相速度各为多少（3）该电磁波的磁场强度的瞬时表达式。 解 （1）均匀平面波等振幅面与等相位面重合，在垂直于传播方向上E 、H 的方向和大小都不变的电磁波。由题给电磁波电场强度的表达式，可知电磁波沿-Z 方向传播，电场强度在垂直于传播方向+Y 方向，且振幅为常数，所以电磁波属于均匀平面波。 （2）与沿-Z 方向传播，且电场强度矢量沿y e 方向的均匀平面波的一般表达式 ()()()0;cos V/m y z t E t kz E e ω=+ 相比较，可知 8 610;2k ωππ=?= 因此，有 频率 83.010()2f Hz ω π==? 波长 21()m k π λ= = 相速度 881 3.010 3.010(/)f m s ?υλ==??=? 显然，自由空间电磁波的相速度等于光速。 （3）磁场强度H 的瞬时表达式为 ()()()0001 1 ;cos A/m y z t E t kz H k E k e ωη η =?= ?+ 而 0;120()z k e ηπ=-= =Ω 代入，得到 ()()() ()() 01 ;()cos A/m 1200.1cos A/m z y x z t E t kz t kz H e e e ωπ ω= -?+=+ 6-2．理想介质（介质参数为μ=μ0，ε=εr ε0，σ=0）中有一均匀平面电磁波沿X 方向传播，已知其电场瞬时表达式为 ()()()9;377cos 105V/m y x t t x =-E e 试求：（1）该理想介质的相对介电常数；（2）该平面电磁波的磁场瞬时表达式；（3）该平面电磁波的平均功率密度。 专题10.9 转动切割磁感线问题 一．选择题 1. (2018洛阳联考)1831年,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机(图甲).它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上第一台发电机.图乙是这个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良好接触.使铜盘转动,电阻R 中就有电流通过.若所加磁场为匀强磁场,回路的总电阻恒定,从左往右看,铜盘沿顺时针方向匀速转动,下列说法中正确的是 ( ) A. 铜片D 的电势高于铜片C 的电势 B. 电阻R 中有正弦式交变电流流过 C. 铜盘转动的角速度增大1倍,流过电阻R 的电流也随之增大1倍 D. 保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则铜盘中有电流产生 【参考答案】C 【名师解析】根据右手定则，铜片中电流方向为D 指向C ，由于铜片是电源，所以铜片D 的电势低于铜片 C 的电势，选项A 错误；电阻R 中有恒定的电流流过，选项B 错误；铜盘转动的角速度增大1倍,，根据转 动过程中产生的感应电动势公式E ＝12BL 2 ω，产生是感应电动势增大1倍，根据闭合电路欧姆定律，流过电 阻R 的电流也随之增大1倍，选项C 正确；保持铜盘不动,磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场,则铜盘中没 有电流产生，选项D 错误。 2.如图所示为一圆环发电装置，用电阻R ＝4 Ω的导体棒弯成半径L ＝0.2 m 的闭合圆环，圆心为O ，COD 是一条直径，在O 、D 间接有负载电阻R 1＝1 Ω。整个圆环中均有B ＝0.5 T 的匀强磁场垂直环面穿过。电阻 r ＝1 Ω的导体棒OA 贴着圆环做匀速运动，角速度ω＝300 rad/s ，则( ) 专题十电磁感应 1．法拉第“磁生电”这一伟大的发现引领人类进入了电气时代。下列实验现象，不属于电磁感应现象的是( ) 2．物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合S瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验，他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动。 对比老师演示的实验，这位同学在实验时可能存在的问题是( ) A．电源电压低 B．线圈匝数过多 C．线圈接在直流电源上 D．套环的材料与老师的不同 3．如图(a)、(b)所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( ) A．电路(a)中，断开S，A将渐渐变暗 B．电路(a)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 知识内容考试要求困惑 必考加试 电磁感应定律b 楞次定律c 法拉第电磁感应定律d 电磁感应现象的两类情况b 互感和自感b 涡流、电磁阻尼和电磁驱动b 导线通电后，其下 方的小磁针偏转 通电导线AB在磁场 中运动 金属杆切割磁感线 时，电流表指针偏转 通电线圈在磁场中 转动 A B C D C．电路(b)中，断开S，A将渐渐变暗 D．电路(b)中，断开S，A将先变得更亮，然后渐渐变暗 4．如图所示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 B．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A2两端电势差一定相同 5．左图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R。右图是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化图象。关于这些图象说法正确的是( ) A．图甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况 B．图乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况 C．图丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况 D．图丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况 6．在“探究电磁感应的产生条件”实验中，如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B连接到电流表上，线圈A插在B的里面，下列说法正确的是( ) A．开关闭合瞬间，电流表指针发生偏转 B．开关断开瞬间，电流表指针不发生偏转 C．开关闭合后，将线圈A从B中拔出时，电流表指针 不发生偏转 D．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片P时，电流表 指针不发生偏转 7．在“探究感应电流的方向规律”实验中，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔 习题9 9-1在磁感应强度B 为0.4T 的均匀磁场中放置一圆形回路，回路平面与B 垂直，回路的面积与时间的关系为：S=5t 2+3(cm 2),求t=2s 时回路中感应电动势的大小？ 解：根据法拉第电磁感应定律得 dt d m Φ- =εdt dS B =Bt 10= V 4108-?=ε 9-2 如题9-2图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直.半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a .设半圆环以速度v 平行导线平移.求半圆环感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压U M －U N . 题9-2 解: 作辅助线MN ，则在MeNM 回路中，沿v 方向运动时0d =m Φ ∴ 0=MeNM ε 即 MN MeN εε= 又∵ ? +-<+-= =b a b a MN b a b a Iv l vB 0ln 2d cos 0πμπε 所以MeN ε沿NeM 方向， 大小为 b a b a Iv -+ln 20πμ M 点电势高于N 点电势，即 b a b a Iv U U N M -+= -ln 20πμ 题9-3 9-3 如题9-3图所示，在两平行载流的无限长直导线的平面有一矩形线圈.两导线中的电流 方向相反、大小相等，且电流以d I d t 的变化率增大，求： (1)任一时刻线圈所通过的磁通量； (2)线圈中的感应电动势. 解: 以向外磁通为正则 (1) ]ln [ln π2d π2d π2000d a d b a b Il r l r I r l r I a b b a d d m +-+= -= ?? ++μμμΦ (2) t I b a b d a d l t d d ]ln [ln π2d d 0+-+=-=μΦε 题9-4 9-4 如题9-4图所示，长直导线通以电流I ＝5 A ，在其右方放一长方形线圈，两者共面.线圈长b ＝0.06 m ，宽a ＝0.04 m ，线圈以速度v ＝0.03 m/s 垂直于直线平移远离.求：d ＝0.05 m 时线圈中感应电动势的大小和方向. 解: AB 、CD 运动速度v 方向与磁力线平行，不产生感应电动势． 9-1两个半径分别为R 和r 的同轴圆形线圈相距x ，且R >>r ，x >>R ．若大线圈通有电流I 而小线圈沿x 轴方向以速率v 运动，试求小线圈回路中产生的感应电动势的大小． 解：在轴线上的磁场 () ()2 2 003 3 2 2 2 22IR IR B x R x R x μμ= ≈ >>+ 3 2 202x r IR BS πμφ= = v x r IR dt dx x r IR dt d 4 22042202332πμπμφ ε=--=-= 9-2如图所示，有一弯成θ 角的金属架COD 放在磁场中，磁感强度B ? 的方向垂直于金属架 COD 所在平面．一导体杆MN 垂直于OD 边，并在金属架上以恒定速度v ?向右滑动，v ? 与 MN 垂直．设t =0时，x = 0．求当磁场分布均匀，且B ? 不随时间改变，框架内的感应电动势i ε． 解：12m B S B xy Φ=?=?,θtg x y ?=,vt x = 22212/()/i d dt d Bv t tg dt Bv t tg ε?θθ=-=-=?，电动势方向：由M 指向N 9-3 真空中，一无限长直导线，通有电流I ，一个与之共面的直角三角形线圈ABC 放置在此长直导线右侧。已知AC 边长为b ，且与长直导线平行，BC 边长为a ，如图所示。若线圈以垂直于导线方向的速度v 向右平移，当B 点与直导线的距离为d 时，求线圈ABC 内的感应电动势的大小和方向。 解：当线圈ABC 向右平移时，AB 和AC 边中会产 生动生电动势。当C 点与长直导线的距离为d 时，AC 边所在位置磁感应强度大小为：02() I B a d μπ= + AC 中产生的动生电动势大小为： x r I R x v C D O x M θ B ? v ? 电磁感应-等效电路 问题引入：设图中的磁感应强度B=1T ，平行导轨宽l =1m ，金属棒PQ 以1m/s 速度紧贴着导轨向右运动，R=1Ω，其他电阻不计。 （1）运动导线会产生感应电动势，相当电源。用电池等符号画出这个装置的等效电路图。 （2）通过电阻R 的电流方向如何？大小等于多少？ 解析：（1）画好等效电路。金属棒PQ 向右运动切割磁感线产生感应电动势，PQ 相当于电源，金属棒PQ 、部分导轨及电阻R 构成一个闭合电路，金属棒 PQ 为内电路，电源对外电路供电，闭合电路的等效电路如图所示。 （2）确定等效电源的电动势大小，判断等效电路中内外电 路的电流的方向。由法拉第电磁感应定律知金属棒切割磁感线产 生的感应电势大小为:v v Blv E 1111=??==，由楞次定律或右 手定则知PQ 棒中感应电流的方向是由Q 流向P ，P 为等效电源的 正极，Q 为负极。由闭合电路欧姆定律有，流经电阻R 的电流大 小为：A A R E r R E I 11 1===+=，方向从R 的上端流向下端。 此题为单导体棒在两导轨间运动切割磁感线发生电磁感应现象的 电路分析问题，导体棒等效为电源，电路闭合时导体棒中有感应电流流 过，导体棒受到安培力作用，安培力对导体棒做负功，导体棒的运动状 态发生改变，我们可以从导体棒的运动状态和能量转化两个方面进行深 度探究。 探究一：若金属棒在外力维持下做匀速运动，则水平外力F 为多大？ 由于PQ 棒受水平向左的安培力，故要维持金属棒匀速运动所 需外力F 大小与安培力相等，方向水平向右。 F B ＝BI l ＝1×1×1N ＝1N ， 故外力的大小为1N 探究二：金属棒PQ 的运动状态分析。若金属棒以1m/s 的初 速度向右运动，试分析金属棒的运动状态。金属棒PQ 向右运动切 割磁感线产生感应电动势，在闭合回路中形成了感应电流，其中 金属棒PQ （内电路）中的电流由Q 流向P ，金属棒在磁场中受安培 力F B 作用，由左手定则知F B 的方向水平向左，大小为R v l B l R Blv B l R E B BIl F B 22====,安培力F B 随v 减小而减小，设金属棒的质量为m ，由牛顿第二定律有F B =ma,加速度的大小为： m R v l B m F a B 22==,加速度a 随v 减小而减小，因此，金属棒作加速度及速度均减小的变减速运动，最终加速度和速度同时为零。 探究三：闭合回路中能量的转化与守恒分析。能量守恒定律是一个普遍适用的定律,同样适用于电磁感应现象。图中金属棒PQ 向右切割磁感线的过程中,必须克服安培力做功,做多少 功就有多少机械能转（PQ 的动能）化为电能（电阻R 的内能）。棒的初动能202 1mv E k ＝，通过安培力做功转化为电能，再通过电流做功将电能转化为R 的内能，回路中产生的焦耳热为 2021年高考物理一轮复习考点归纳 专题10 电磁感应 目录 第一节电磁感应现象楞次定律 (1) 【基本概念、规律】 (1) 【重要考点归纳】 (2) 考点一电磁感应现象的判断 (2) 考点二楞次定律的理解及应用 (2) 考点三“一定律三定则”的综合应用 (3) 【思想方法与技巧】 (3) 楞次定律推论的应用 (3) 第二节法拉第电磁感应定律自感涡流 (4) 【基本概念、规律】 (4) 【重要考点归纳】 (5) 考点一公式E＝nΔΦ/Δt的应用 (5) 考点二公式E＝Blv的应用 (5) 考点三自感现象的分析 (6) 第三节电磁感应中的电路和图象问题 (7) 【基本概念、规律】 (7) 【重要考点归纳】 (7) 考点一电磁感应中的电路问题 (7) 考点二电磁感应中的图象问题 (7) 【思想方法与技巧】 (8) 电磁感应电路与图象的综合问题 (8) 第四节电磁感应中的动力学和能量问题 (8) 【基本概念、规律】 (9) 【重要考点归纳】 (9) 考点一电磁感应中的动力学问题分析 (9) 考点二电磁感应中的能量问题 (9) 【思想方法与技巧】 (10) 电磁感应中的“双杆”模型 (10) 电磁感应中的含容电路分析 (10) 第一节电磁感应现象楞次定律 【基本概念、规律】 一、磁通量 1．定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积． 2．公式：Φ＝B·S. 3．单位：1 Wb＝1_T·m2. 4．标矢性：磁通量是标量，但有正、负． 二、电磁感应 1．电磁感应现象 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中有电流产生，这种现象称为电磁感应现象． 2．产生感应电流的条件 (1)电路闭合；(2)磁通量变化． 3．能量转化 发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能． 特别提醒：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势产生． 三、感应电流方向的判断 1．楞次定律 (1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化． (2)适用情况：所有的电磁感应现象． 2．右手定则 (1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向． (2)适用情况：导体切割磁感线产生感应电流． 【重要考点归纳】 考点一电磁感应现象的判断 1.判断电路中能否产生感应电流的一般流程： 2.判断能否产生电磁感应现象，关键是看回路的磁通量是否发生了变化．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1有多种形式，主要有： (1)S、θ不变，B改变，这时ΔΦ＝ΔB·S sin θ； (2)B、θ不变，S改变，这时ΔΦ＝ΔS·B sin θ； (3)B、S不变，θ改变，这时ΔΦ＝BS(sin θ2－sin θ1)． 考点二楞次定律的理解及应用 1．楞次定律中“阻碍”的含义 习题9 9-1在磁感应强度B 为的均匀磁场中放置一圆形回路，回路平面与B 垂直，回路的面积 与时间的关系为：S=5t 2+3(cm 2 ),求t=2s 时回路中感应电动势的大小 解：根据法拉第电磁感应定律得 dt d m Φ- =εdt dS B =Bt 10= V 4108-?=ε 9-2 如题9-2图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线 共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直.半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a .设半圆环以速度v 平行导线平移.求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压U M －U N . 题9-2 解: 作辅助线MN ，则在MeNM 回路中，沿v 方向运动时0d =m Φ ∴ 0=MeNM ε 即 MN MeN εε= 又∵ ? +-<+-= =b a b a MN b a b a Iv l vB 0ln 2d cos 0πμπε 所以MeN ε沿NeM 方向， 大小为 b a b a Iv -+ln 20πμ M 点电势高于N 点电势，即 b a b a Iv U U N M -+= -ln 20πμ 题9-3 9-3 如题9-3图所示，在两平行载流的无限长直导线的平面内有一矩形线圈.两导线中 的电流方向相反、大小相等，且电流以d I d t 的变化率增大，求： (1)任一时刻线圈内所通过的磁通量； (2)线圈中的感应电动势. 解: 以向外磁通为正则 (1) ]ln [ln π2d π2d π2000d a d b a b Il r l r I r l r I a b b a d d m +-+= -= ?? ++μμμΦ (2) t I b a b d a d l t d d ]ln [ln π2d d 0+-+=-=μΦε 题9-4 9-4 如题9-4图所示，长直导线通以电流I ＝5 A ，在其右方放一长方形线圈，两者共面.线圈长b ＝0.06 m ，宽a ＝0.04 m ，线圈以速度v ＝0.03 m/s 垂直于直线平移远离.求：d ＝0.05 m 时线圈中感应电动势的大小和方向. 解: AB 、CD 运动速度v 方向与磁力线平行，不产生感应电动势． DA 产生电动势 ?==??=A D I vb vBb l B v d 2d )(01πμε BC 产生电动势 ) (π2d )(02d a I vb l B v C B +-=??=? με ∴回路中总感应电动势 8021106.1)11 (π2-?=+-= +=a d d Ibv μεεε V 方向沿顺时针． 9-5 长度为l 的金属杆ab 以速率v 在导电轨道abcd 上平行移动.已知导轨处于均匀磁场B 中，B 的方向与回路的法线成60°角(如题9-5图所示)，B 的大小为B ＝kt (k 为正常数).设t ＝0时杆位于cd 处，求：任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小和方向. 题9-5图 解: ?==?=?=2 22 12160cos d klvt lv kt Blvt S B m Φ ∴ klvt t m -=- =d d Φε 第九讲电磁感应 例1．如图所示，阻值为R，质量为m，边长为l的正方形金属框位于光滑水平面上。金属框的ab 边与磁场边缘平行，并以一定的初速度进入矩形磁场区域，运动方向与磁场边缘垂直。磁场方向垂 直水平面向下，在金属框运动方向上的长度为L ( L>l）。已知金属框的ab边进入磁场后，框在进、 出磁场阶段中的运动速度与ab边在磁场中的位置坐标之间关系为v = v0－cx( x 第一节电磁感应现象楞次定律 一、单项选择题 1．(2012年台州调研)如图所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则( ) 2．如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c 为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是( ) A．a、b两个环B．b、c两个环 C．a、c两个环D．a、b、c三个环 3．(2012年慈溪中学模拟)如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里，导体棒的电阻可忽略．当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是( ) A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a B．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a C．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b D．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b 4．1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极 的粒子，即“磁单极子”.1982年，美国物理学家卡布莱拉设计了一个 寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下 穿过如图所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈上将出现( ) A．先是逆时针方向，然后是顺时针方向的感应电流 B．先是顺时针方向，然后是逆时针方向的感应电流 C．顺时针方向持续流动的感应电流 D．逆时针方向持续流动的感应电流 5．如图所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力F N及在水平方向运动趋势的正确判断是( ) A．F N先小于mg后大于mg，运动趋势向左 B．F N先大于mg后小于mg，运动趋势向左 C．F N先小于mg后大小mg，运动趋势向右 D．F N先大于mg后小于mg，运动趋势向右 专题十 电磁感应高考真题汇编（学生版） 1.(单选)(2017?新课标Ⅰ卷T18)扫描对到显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是（ ） 答案：A 解析：当加恒定磁场后，当紫铜薄板上下及其左右振动时，导致穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，感应磁场进而阻碍板的运动，因此只有A 选项穿过板的磁通量变化，A 正确，BCD 错误. 2.(多选) (2017?新课标Ⅱ卷T20)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边长为0.1m 、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd 位于纸面内，cd 边与磁场边界 平行，如图a 所示.已知导线框一直向右做匀速直线 运动，cd 边于t=0时刻进入磁场.线框中感应电动势 随时间变化的图线如图b 所示(感应电流的方向为顺 时针时，感应电动势取正).下列说法正确的是 （ ） A.磁感应强度的大小为0.5T B.导线框运动速度的大小为0.5m/s C.磁感应强度的方向垂直于纸面向外 D.在t=0.4s 至t=0.6s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N 答案：BC 解析：由图象可以看出，0.2～0.4s 没有感应电动势，说明从开始到ab 进入用时0.2s ，导 线框匀速运动的速度为v=L t =0.10.2m/s=0.5m/s ，由E=BLv 可得B=E Lv =0.010.1×0.5 T=0.2T ，A 错误，B 正确；由b 图可知，线框进磁场时，感应电流的方向为顺时针，由楞次定律可知磁感应强 度的方向垂直纸面向外，C 正确；在0.4～0.6s 内，导线框所受的安培力F=ILB=B 2L 2v R =0.22×0.12×0.50.005 N=0.04N ，D 错误． 3.(单选) (2017?新课标Ⅲ卷，T15)如图所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U 形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ 置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS ，一圆环形金属框T 位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ 突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是（ ） A.PQRS 中沿顺时针方向，T 中沿逆时针方向 B.PQRS 中沿顺时针方向，T 中沿顺时针方向 C.PQRS 中沿逆时针方向，T 中沿逆时针方向 D.PQRS 中沿逆时针方向，T 中沿顺时针方向 答案：D 解析：PQ 向右运动，导体切割磁感线，由右手定则可知电流由Q 流向P ，即逆时针方向，再 9-3电磁感应中的综合应用 一、选择题 1．(2011·豫南九校模拟)如下图，等离子气流由左方连续以v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中，ab直导线与P1、P2相连接，线圈A与直导线cd连接．线圈A内有随图乙所示的变化磁场．且磁场B的正方向规定为向左，如图甲所示，则下列说法正确的是( ) A．0～1s内ab、cd导线互相排斥 B．1～2s内ab、cd导线互相排斥 C．2～3s内ab、cd导线互相排斥 D．3～4s内ab、cd导线互相排斥 [答案]CD [解析]由左侧电路可以判断ab中电流方向由a到b；由右侧电路及图乙可以判断，0～2s内cd中电流为由c到d，跟ab中电流同向，因此ab、cd相互吸引，选项A、B错误；2～4s内cd 中电流为由d到c，跟ab中电流反向，因此ab、cd相互排斥，选项C、D正确． 2．(2011·郑州模拟) 如上图所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动，两金属棒ab、cd的质量之比为2 ∶1.用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd，经过足够长时间以后( ) A．金属棒ab、cd都做匀速运动 B．金属棒ab上的电流方向是由b向a C．金属棒cd所受安培力的大小等于2F/3 D．两金属棒间距离保持不变 [答案]BC [解析]对两金属棒ab、cd进行受力和运动分析可知，两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动，且ab棒速度小于cd棒速度，所以两金属棒间距离是变大的，由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a，选项A、D错误，B正确；以两金属棒整体为研究对象有：F＝3ma，隔离cd金属棒分析：F－F安＝ ma，可求得金属棒cd所受安培力的大小F安＝2 3 F，选项C正确． 3. 习题9 9-1在磁感应强度B 为0、4T 的均匀磁场中放置一圆形回路,回路平面与B 垂直,回路的面积与时间的关系为:S ＝５t 2＋3(cm 2),求t=2s 时回路中感应电动势的大小？ 解:根据法拉第电磁感应定律得 dt d m Φ- =εdt dS B =Bt 10= V 4108-?=ε ９-2 如题9－２图所示,载有电流I 的长直导线附近,放一导体半圆环Ｍe Ｎ与长直导线共面,且端点MN 的连线与长直导线垂直.半圆环的半径为b ,环心O 与导线相距a 、设半圆环以速度ｖ平行导线平移.求半圆环内感应电动势的大小与方向及MN 两端的电压U M -ＵN 、 题９-2 解: 作辅助线MN ,则在MeNM 回路中,沿v 方向运动时0d =m Φ ∴ 0=MeNM ε 即 MN MeN εε= 又∵ ?+-<+-= =b a b a MN b a b a Iv l vB 0ln 2d cos 0πμπε 所以MeN ε沿NeM 方向, 大小为 b a b a Iv -+ln 20πμ M 点电势高于N 点电势,即 b a b a Iv U U N M -+= -ln 20πμ 题9－3 9-３ 如题9-3图所示,在两平行载流的无限长直导线的平面内有一矩形线圈、两导线中的电流方向相反、大小相等,且电流以错误!的变化率增大,求: (1)任一时刻线圈内所通过的磁通量; (２)线圈中的感应电动势、 解: 以向外磁通为正则 (1) ]ln [ln π2d π2d π2000d a d b a b Il r l r I r l r I a b b a d d m +-+= -= ?? ++μμμΦ (2) t I b a b d a d l t d d ]ln [ln π2d d 0+-+=-=μΦε 题9-４ 9-４ 如题９-4图所示,长直导线通以电流Ｉ=5 A,在其右方放一长方形线圈,两者共面、线圈长ｂ=0．06 m,宽a ＝0.04 m,线圈以速度v ＝0.0３ m ／s 垂直于直线平移远离、求:d ＝0．05 ｍ时线圈中感应电动势的大小与方向、 解: AB 、CD 运动速度v 方向与磁力线平行,不产生感应电动势. DA 产生电动势 ?==??=A D I vb vBb l B v d 2d )(01πμε BC 产生电动势 ) (π2d )(02d a I vb l B v C B +-=??=? με ∴回路中总感应电动势 8021106.1)11 (π2-?=+-= +=a d d Ibv μεεε V 方向沿顺时针、 9-5 长度为l 的金属杆ａb 以速率v 在导电轨道a ｂｃｄ上平行移动、已知导轨处于均匀磁场Ｂ中,B 的方向与回路的法线成60°角(如题9-5图所示),Ｂ的大小为Ｂ＝kt (k 为正常数)、设t ＝０时杆位于cd 处,求:任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小与方向. 题9－5图 解: ?==?=?=2 22 12160cos d klvt lv kt Blvt S B m Φ ∴ klvt t m -=-=d d Φε 即沿abcd 方向顺时针方向. 九、电磁感应（2） 【考点分析】 考点一：电磁感应中的电路问题 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源． 解决电路问题的基本方法： ①用法拉第电磁感应定律或楞次定律确定感应电动势的____和_____ ②画出等效电路图． ③运用闭合电路欧姆定律、串并联电路性质，电功率等公式进行求解． 例1、如图，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率B k t ?=?，k 为负的常量。 用电阻率为ρ、横截面积为S 的硬导线做成一边长为l 的方框。将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中。求 （1）导线中感应电流的大小； （2）磁场对方框作用力的大小随时间的变化。 考点二：电磁感应中的能量问题 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到______作用，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其它形式的能量转化为电能，“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其它形式的能转化为______．当感应电流通过用电器时，电能又转化为其它形式的能量，安培力做功的过程，是_______转化为_______的过程，安培力做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的能量. 例2、如图所示，相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为?，上端接有定值电阻，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B 。将质量为m 的导体棒由静止释放，当速度达到v 时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率为P ，导体棒最终以2v 的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g ，下列选项正确的是（ ） A ．2mgsin ? B ．3mgsin ? C ．当导体棒速度达到v/2时加速度为 0.5gsin ? D ．在速度达到2v 以后匀速运动的过程中，R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 考点三：电磁感应中的综合问题 例3、如图所示，电阻不计的光滑金属导轨ac 、bd 水平平行放置，处在方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中，导轨左侧接有阻值为R=2r 的定值电阻，导轨间距为L. 一质量为m 、电阻为r 、长度也为L 的金属导体棒MN 垂直导轨放置在导轨上，在水平向右的拉力作用下向右匀速运动，速度为v 。 （1）R 中电流的大小是多少？方向如何？ （2）M 、N 两点哪点电势高？M 、N 两点间电势差是多少？ （3）水平拉力是多大？ 请继续思考： R 第9章 电稳感应和电磁场 习题及答案 1. 通过某回路的磁场与线圈平面垂直指向纸面内，磁通量按以下关系变化： 23(65)10t t Wb -Φ=++?。求2t s =时，回路中感应电动势的大小和方向。 解：310)62(-?+-=Φ -=t dt d ε 当s t 2=时，V 01.0-=ε 由楞次定律知，感应电动势方向为逆时针方向 2. 长度为l 的金属杆ab 以速率υ在导电轨道abcd 上平行移动。已知导轨处于均匀磁场B 中， B 的方向与回路的法线成60°角，如图所示，B 的大小为B =kt (k 为正常数)。 设0=t 时杆位于cd 处，求：任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小和方向。 解：任意时刻通过通过回路面积的磁通量为 202 1 60cos t kl t Bl S d B m υυ==?=Φ 导线回路中感应电动势为 t kl t m υε-=Φ- =d d 方向沿abcda 方向。 3. 如图所示，一边长为a ，总电阻为R 的正方形导体框固定于一空间非均匀磁场中，磁场方向垂直于纸面向外，其大小沿x 方向变化，且)1(x k B +=，0>k 。求： （1）穿过正方形线框的磁通量； （2）当k 随时间t 按t k t k 0)(=(0k 为正值常量)变化时，线框中感生电流的大小和方向。 解：（1）通过正方形线框的磁通量为 ??=?=Φa S Badx S d B 0 ?+=a dx x ak 0)1()2 1 1(2a k a += （2）当t k k 0=时，通过正方形线框的磁通量为 )2 1 1(02a t k a + =Φ 正方形线框中感应电动势的大小为 dt d Φ= ε)2 1 1(02a k a += 正方形线框线框中电流大小为 )2 11(02a R k a R I +==ε ，方向：顺时针方向 4.如图所示，一矩形线圈与载有电流t I I ωcos 0=长直导线共面。设线圈的长为b ，宽为a ； 0=t 时，线圈的AD 边与长直导线重合；线圈以匀速度υ 垂直离开导线。求任一时刻线圈中的感 应电动势的大小。 解：建立图示坐标系，长直导线在右边产生的磁感应强度大小为 x I B πμ20= t 时刻通过线圈平面的磁通量为 ???=ΦS S d B bdx x I a t t ?+=υυπμ20 t a t I b υυπμ+=ln 20 I A B C D b a υ t υ O x2020高考物理 专题9电磁感应热点分析与预测 精品
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