高中物理选修 第九章 电磁感应.ppt

1复习本章时，要深刻理解基本概念和基本规律，领会 前后知识间的联系 2对本章的复习，一要抓住两个定律(楞次定律、法拉 第电磁感应定律)和等效电路；二要重视理论联系实 际，重视从能量角度分析问题，电磁感应的过程就 是其他形式的能量转化为电能的过程另外还应注 意以下几点：,(1)理解并熟练掌握安培定则、左手定则、右手定则的应 用条件及其与所判断物理量之间的因果关系 (2)要深刻理解et、it、t、bt等图象的物理意义 (3)要注意电磁感应在实际中的广泛应用，如磁悬浮原理、 电磁阻尼、电磁驱动、电磁流量计等.,一、电磁感应现象 1产生感应电流的条件：穿过闭合电路的 发生变化,2引起磁通量变化的常见情况 (1)闭合电路的部分导体做 运动，导致变； (2)线圈在磁场中转动，导致变； (3) 变化，导致变,磁通量,切割磁感线,线圈面积或磁场强弱,3产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过 线圈平面的 发生变化，线路中就有感应电动势 产生,磁通量,电磁感应现象的实质是产生感应电动势，只有电路闭合时才产生感应电流,二、右手定则和楞次定律 1右手定则 (1)内容：伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟 手掌在同一个 ；让 从掌心进入，并使拇指 指向 ，这时四指所指的方向就是 的方向 (2)适用情况：闭合电路的部分导体 产生感应电流,平面内,磁感线,导体运动的方向,感应电流,切割磁感线,2楞次定律 (1)内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总 要 引起感应电流的 的变化 (2)适用情况：所有 现象,阻碍,磁通量,电磁感应,1楞次定律中“阻碍”的含义,2楞次定律的使用步骤,3楞次定律的推广 对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效 果总是阻碍产生感应电流的原因： (1)阻碍原磁通量的变化 “增反减同”； (2)阻碍相对运动 “来拒去留”； (3)使线圈平面有扩大或缩小的趋势 “增缩减扩”； (4)阻碍原电流的变化(自感现象) “增反减同”,如果考查的问题不涉及感应电流的方向，则用楞次定律的推广含义进行研究可以使分析问题的过程简化,1如图911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911,ap、q将互相靠拢 bp、q将互相远离 cp、q保持静止 d因磁铁的极性未知，故无法判断p、q运动方向,解析：条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过闭合回路的磁通量将增加，根据楞次定律，感应电流产生的磁场将阻碍这一磁通量的增加，具体表现应为：使回路面积减小以延缓磁通量的增加，故a正确,答案：a,1应用现象,2应用区别 关键是抓住因果关系： (1)因电而生磁(ib)安培定则； (2)因动而生电(v、bi)右手定则； (3)因电而受力(i、bf安)左手定则,判断感应电流方向的右手定则是楞次定律的特例，在导体切割磁感线的情况下，用右手定则比楞次定律方便,2如图912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，当pq在 外力作用下运动时，mn 在磁场力的作用下向右运 动，则pq所做的运动可能 是 ( ),图912,a向右加速运动 b向左加速运动 c向右减速运动 d向左减速运动,解析：分析该类问题，首先要明确pq运动是引起mn运动的原因，然后根据楞次定律和左手定则判断 由右手定则，pq向右加速运动，穿过l1的磁通量向上且增加，由楞次定律和左手定则可判断mn向左运动，故a错 若pq向左加速运动，情况正好和选项a相反，故b对 若pq向右减速运动，由右手定则，穿过l1的磁通量向上且减小，由楞次定律和左手定则可判知mn向右运动，故c对 若pq向左减速运动，情况恰好和选项c相反，故d错,答案：bc,(2009浙江高考)如图913 所示，在磁感应强度大小为b、方向竖直向 上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为r 的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆 悬挂在o点，并可绕o点摆动金属线框从 右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面则线框中感应电流的方向是 ( ),图913,aabcda bdcbad c先是dcbad，后是abcda d先是abcda，后是dcbad,思路点拨 分析该题的流程图如下：,课堂笔记 线框从右侧开始由静止释放，穿过线框平面的磁通量逐渐减少，由楞次定律可得感应电流的方向为dcbad；线框过竖直位置继续向左摆动过程中，穿过线框平面的磁通量逐渐增大，由楞次定律可得感应电流的方向仍为dcbad，故b选项正确,答案 b,利用楞次定律确定感应电流方向，应抓住：两个方向 (原磁场方向、感应电流磁场方向)、一个变化(磁通量增加 或减少)、两个定律(楞次定律和安培定则),一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空 ( ) a由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势下端高 b由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势上端高 c沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属 杆中感应电动势上端高 d沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属 杆中一定没有感应电动势,思路点拨 分析该题时应注意以下三点： (1)确定赤道上空地磁场分布情况； (2)飞机沿不同方向飞行时，金属杆切割磁感线的情况； (3)右手定则确定感应电动势的高低,课堂笔记 赤道上方的地磁场方向是由南指向北，根据右手定则，飞机由东向西飞行时，杆下端电势高，而飞机由西向东飞行时，杆上端电势高，故a、b对若飞机沿经线由南向北或由北向南水平飞行时，杆均不切割磁感线，杆中不会产生感应电动势，故c错、d正确,答案 abd,利用右手定则判断时，应明确磁场方向、切割方向及感应电流方向与手掌的对应关系，且应分清左、右手.,如图914所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出左线圈连着平行导轨m和n，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是 ( ),图914,a当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势 高于d点 b当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d 点为等电势 c当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势 高于d点 d当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电 势高于c点,思路点拨 解答本题首先要明确磁场的方向，再假设能形成闭合电路，然后用右手定则判断感应电流的电流方向，从而判断电势的高低端,课堂笔记 当金属棒ab向右匀速运动切割磁感线时，金属棒产生恒定感应电动势，由右手定则判断电流方向为ab.根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点，可以判断b点电势高于a点又左线圈中的感应电动势恒定，则感应电流也恒定，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，c点与d点等电势，故a错误，b正确当金属棒ab向右加速运动时，由右手定则可推断ba，电流沿逆时针方向，又由eblv可知ab导体两端的e不断增大，那么左边电路中的感应电流也不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线是沿逆时针方向的，并且,磁感应强度不断增强，所以右边电路的线圈中向上的磁通量不断增加由楞次定律可判断右边电路的感应电流应沿逆时针方向，而在右边电路中，感应电动势仅产生于绕在铁芯上的那部分线圈上，把这个线圈看成电源，由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d，所以d点电势高于c点，故c错误，d正确,答案 bd,产生电动势的那部分导体，相当于电源，且在电源内部电流应由负极(低电势)流向正极(高电势),1(2009广东理基)发现通电导线周围存在磁场的科学家是 ( ) a洛伦兹 b库仑 c法拉第 d奥斯特,解析：洛伦兹发现运动电荷在磁场中受磁场力(洛伦兹力)，库仑总结出了库仑定律，法拉第发现了电磁感应现象，奥斯特发现通电导体周围存在磁场,答案：d,2如图915所示为地磁场磁感线的示意图在北半球地 磁场的竖直分量向下飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持 水平，飞机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1，右方机翼末 端处的电势为2，则 ( ) a若飞机从西往东飞，1比2高 b若飞机从东往西飞，2比1高 c若飞机从南往北飞，1比2高 d若飞机从北往南飞，2比1高,解析：对a选项：磁场竖直分量向下，手心向上，拇指指向飞机飞行方向，四指指向左翼末端，故12，a正确同理，飞机从东往西飞，仍是12，b错从南往北、从北往南飞，都是12，故c选项正确，d选项错误,答案：ac,3现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈a、线圈b、零 刻度在中央的电流计及开关按如图916所示连 接在开关闭合、线圈a放在线圈b中的情况下，某同学 发现当他将滑动变阻器的滑动端p向左加速滑动时，电流 计指针向右偏转由此可以推断 ( ),图916,a线圈a向上移动或滑动变阻器的滑动端p向右加速滑动， 都能引起电流计指针向左偏转 b线圈a中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指 针向右偏转 c滑动变阻器的滑动端p匀速向左或匀速向右滑动，都能 使电流计指针静止在中央 d因为线圈a、线圈b的绕线方向未知，故无法判断电流 计指针偏转的方向,解析：由于变阻器滑动头p向左加速滑动时，可使b中磁通量减少而产生的电流为i0，当p向右加速滑动时b中磁通量增加而产生的电流为i1，i1与i0方向相反，所以指针应向左偏，而线圈a向上移动，可使b中磁通量减少，引起b中感应电流与i0同向，指针向右偏，故a错；a中铁芯向上拔出或断开开关，激发的b中感应电流与i0同向，电流计指针向右偏转，选项b正确；c项中有感应电流产生，指针应偏转，故c错；因为无需明确感应电流的具体方向，故d错,答案：b,4电阻r、电容c与一线圈连 成闭合回路，条形磁铁静 止于线圈的正上方，n极 朝下，如图917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 ( ),图917,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,解析：在n极接近线圈上端的过程中，通过线圈的磁感线方向向下，磁通量增大，由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下，外电路电流由b流向a，同时线圈作为电源，下端应为正极，则电容器下极板电势高，带正电d项正确,答案：d,5(2009海南高考)一长直铁芯上绕有 一固定线圈m，铁芯右端与一木质 圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合 金属环n，n可在木质圆柱上无摩擦 移动m连接在如图918所示 的电路中，其中r为滑线变阻器，e1 和e2为直流电源，s为单刀双掷开关 下列情况中，可观测到n向左运动的是 ( ),图918,a在s断开的情况下，s向a闭合的瞬间 b在s断开的情况下，s向b闭合的瞬间 c在s已向a闭合的情况下，将r的滑动头向c端移动时 d在s已向a闭合的情况下，将r的滑动头向d端移动时,解析：由图可知，a、b中都是通电发生电磁感应，由楞次定律可得，产生的感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，都是产生排斥作用，n将向右运动；而c、d在通电情况下移动滑动变阻器，滑动头向c端移动时，接入电路中的电阻变大，电流变小，由楞次定律可知两者互相吸引，n将向左运动，反之，当滑动头向d移动时，n将向右运动故只有c项正确,答案：c,一、感应电动势 1定义：在 现象中产生的电动势产生电动势 的那部分导体相当于电源，其电阻相当于电源的内阻,2产生条件：无论电路是否闭合，只要穿过电路的 发 生变化，电路中就一定产生感应电动势,磁通量,电磁感应,3感应电流与感应电动势的关系 (1)在等效电源内部电流由 极流向 极 (2)遵守 定律，即i .,二、法拉第电磁感应定律 1法拉第电磁感应定律 (1)内容：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： .,负,正,闭合电路欧姆,磁通量的变化率,en,2导体切割磁感线的情形 (1)一般情况：运动速度v和磁感线方向夹角为，则e . (2)常见情况：运动速度v和磁感线方向垂直，则e . (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ebl (平均速度取中点位置线速度 l),blvsin,blv,bl2,en 往往用来求t时间内的平均感应电动 势，而e blvsin常用来求瞬时电动势，但两公式又是 统一的,三、自感现象 1概念：由于线圈本身的电流发生 而产生的电磁感应 现象,变化,2自感电流：在自感现象中产生的感应电流总是 原 电流的变化,阻碍,3自感电动势：在 现象中产生的感应电动势 (1)大小表达式：e .(其中 为电流变化率，l为自感 系数) (2)自感系数 影响因素： 、 、 单位：亨利(h)；1 h mh h.,自感,l,线圈匝数,横截面积,有无铁芯,103,106,四、涡流 1概念：发生电磁感应时，导体中产生的像水的旋涡样的 ,感应电流,2产生原因：变化的电流产生 ，激发出 ， 形成感应电流,变化的磁场,感生电场,1感应电动势的大小决定于穿过回路的磁通量的变化率 ， 而与磁通量、磁通量的变化量的大小没有必然联 系 2磁通量的变化率 是t图象上某点切线的斜率 3若 恒定，则e不变用en 所求的感应电动势为整 个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势,4磁通量的变化常由b的变化或s的变化两种情况引起 (1)当仅由b的变化引起时，ens . (2)当仅由s的变化引起时，enb .,1很大， 可能很小，很小， 可能很大，感应电 动势的大小由 决定 2计算通过导体截面积的电荷量时，要用电流或电动势的 平均值即q t t ，q大小与有关,1下列说法正确的是 ( ) a线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电 动势一定越大 b线圈中的磁通量越大，线圈中产生的感应电动 势一定越大 c线圈处在磁场越强的位置，线圈中产生的感应 电动势一定越大 d线圈中磁通量变化得越快，线圈中产生的感应 电动势越大,解析：a、b两项显然违背法拉第电磁感应定律内容对于c项，磁感应强度越大，线圈的磁通量不一定大，也不一定大， 更不一定大，故c错只有d项，磁通量变化得快，即 大，由于en 可知，选项d正确,答案：d,1适用范围：该公式只适用于导体切割磁感线运动的情况 2对“”的理解：公式eblvsin中的“”为b与v方向间 的夹角，当90(即bv)时，eblv. 3对l的理解：公式eblvsin中的l为有效切割长度，即导体 在与v垂直的方向上的投影长度，如图921所示，有效 长度l分别为：,(甲)图：lcdsin； (乙)图：沿v1方向运动时，lmn 沿v2方向运动时，l0； (丙)图：沿v1方向运动时，l r 沿v2方向运动时，l0 沿v3方向运动时，lr.,4公式eblvsin中的v若为瞬时速度，则e为瞬时电动 势；当v为平均速度，e为平均电动势,图921,2(2009山东高考)如图922所示， 一导线弯成半径为 a的半圆形闭合回路 虚线mn右侧有磁感 应强度为b的匀强磁 场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向 右匀速进入磁场，直径cd始终与mn垂直从d点 到达边界开始到c点进入磁场为止，下列结论正确 的是 ( ),图922,a感应电流方向不变 bcd段直导线始终不受安培力 c感应电动势最大值embav d感应电动势平均值 bav,解析：导体切割磁感线产生电动势，由右手定则可知，感应电流方向不变，a正确 感应电动势最大值即切割磁感线等效长度最大时的电动势，故embav，c正确 b a2 t 由得 bav，d正确,答案：acd,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,3在图923所 示的电路中，带铁芯的、 电阻较小的线圈l与灯a 并联，合上电键s，灯a 正常发光，则下列说法 正确的是 ( ),图923,a当断开s时，灯a立即熄灭 b当断开s时，灯a突然闪亮后熄灭 c若用电阻值与线圈l相同的电阻取代l接入电路，当断 开s时，灯a立即熄灭 d若用电阻值与线圈l相同的电阻取代l接入电路，当断 开s时，灯a突然闪亮后熄灭,解析：当s断开时，线圈l产生自感电动势，和a形成回路，又线圈l电阻较小，故a突然闪亮后熄灭若用电阻代替线圈l，则无自感现象，断开s时，灯a立即熄灭选项b、c正确,答案：bc,(2010宁波模拟)如图 924所示，金属杆ab可在平 行金属导轨上滑动，金属杆电阻 r00.5 ，长为l0.3 m，导轨 一端串接一电阻r1 ，匀强磁 场磁感应强度b2 t，在ab以v5 m/s向右匀速运动的过程中，求：,图924,(1)ab间感应电动势e和ab间的电压u； (2)金属杆上所加沿导轨平面的水平外力f的大小； (3)在2 s时间内电阻r上产生的热量q.,思路点拨 本题属于导体切割磁感线产生电动势的计算，应用eblv和闭合电路的欧姆定律求解,课堂笔记 (1)根据公式：eblv3 v i ，uir2 v (2)ff安，f安bil1.2 n (3)方法一：qri2rt8 j 方法二：2秒内产生的总热量q等于安培力做的功 qf安vt12 j 电阻r上产生的热量为qr q8 j,答案 (1)3 v 2 v (2)1.2 n (3)8 j,求感应电动势时，首先应弄清产生感应电动势的类型，然后选取适当规律进行求解,(2009全国卷)如图92 5所示，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 k，k为负的常 量用电阻率为、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，其右半部分位于磁场区域中求：,图925,(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率,思路点拨 本题利用法拉第电磁感应定律，借助欧姆定律及电阻定律求解电流同时要记住变化率概念,课堂笔记 (1)导线框的感应电动势为 e l2b 导线框中的电流为 i 式中r是导线框的电阻，根据电阻率公式有 r 联立式，将 k代入得 i ,(2)导线框所受磁场的作用力的大小为 fbil 它随时间的变化率为 il 由式得 .,答案 (1) (2),确定法拉第电磁感应定律中时，其面积应是线圈在磁场中的有效面积.,如图926所示的电路中， d1和d2是两个相同的小灯泡，l是一个 自感系数相当大的线圈，其阻值与r相 同在开关s接通和断开时，灯泡d1和 d2亮暗的顺序是 ( ),图926,a接通时d1先达最亮，断开时d1后灭 b接通时d2先达最亮，断开时d1后灭 c接通时d1先达最亮，断开时d1先灭 d接通时d2先达最亮，断开时d1先灭,思路点拨 通电时，线圈相当于较大电阻逐渐减小的过程；断电时，应先明确电流方向且要看线圈与哪些用电器组成闭合回路,课堂笔记 当开关s接通时，d1和d2应该同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，瞬间电流几乎全部从d1通过，而该电流又将同时分路通过d2和r，所以d1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，d1和d2达到一样亮当开关s断开时，电源电流立即为零，因此d2立刻熄灭，而对d1，由于通过线圈的电流突然减弱，线圈中产生自感电动势，使线圈l和d1组成的闭合电路中有感应电流，所以d1后灭,答案 a,线圈总是阻碍电流变化电流增大时，它阻碍电流的增大，相当于电阻；电流减小时，它阻碍电流的减小，相当于电源.,(10分)如图927所示， 匀强磁场的磁感应强度b0.1 t， 金属棒ad长0.4 m，与框架宽度相 同，电阻r1/3 ，框架电阻不计， 电阻r12 ，r21 .当金属棒以 5 m/s速度匀速向右运动时，求：,图927,(1)流过金属棒的感应电流为多大？ (2)若图中电容器c为0.3 f，则电容器中储存多少电荷量？,思路点拨 此题一要明确相当于电源的电路和以及确定电动势，二要明确外电路的连接方式和电容器在电路中的作用，三要确定电容器两端的电压和电容公式的应用,解题样板 (1)金属棒产生的电动势 eblv0.2 v(2分) 外电阻r (2分) 通过金属棒的电流i 0.2 a(2分) (2)电容器两板间的电压uir v (2分) 带电荷量qcu4108 c(2分),答案 (1)0.2 a (2)4108 c,法拉第电磁感应定律可以综合力学和电学等知识， 因此在历界高考中都有涉及所以，对此类知识点应高 度重视,1穿过闭合回路的磁通量随时间t变化的图象分别如图9 28所示，下列关于回路中产生的感应电动势 的论述，正确的是 ( ),图9 28,a图中，回路产生的感应电动势恒定不变 b图中，回路产生的感应电动势一直在变大 c图中，回路在0t1时间内产生的感应电动势小于在t1 t2时间内产生的感应电动势 d图中，回路产生的感应电动势先变小再变大,解析：由产生感应电动势的条件可知，回路中磁通量发生变化才能产生感应电动势，而图中，穿过回路的磁通量是一恒定值，所以回路中不产生感应电动势，选项a错；图中，穿过闭合回路的磁通量随时间t均匀变化，即 是一恒量，由法拉第电磁感应定律产生的感应电动势与磁通量变化率成正比可知，回路产生的感应电动势是一恒定值，选项b错；图中，穿过回路的磁通量在0t1时间内的变化率 大于在t1t2时间内的变化率，所以在图中，回路在0t1,时间内产生的感应电动势大于在t1t2时间内产生的感应电动势，选项c错；图中，穿过回路的磁通量变化率 先 变小后变大，所以回路产生的感应电动势先变小再变大，选项d正确,答案：d,2有一种高速磁悬浮列车的设计方案是：在每节车厢底 部安装强磁铁(磁场方向向下)，并且在沿途两条铁轨之 间平放一系列线圈下列说法中不正确的是 ( ) a列车运动时，通过线圈的磁通量会发生变化 b列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快 c列车运动时，线圈中会产生感应电动势 d线圈中的感应电动势的大小与列车速度无关,.,解析：列车运动时，安装在每节车厢底部的强磁铁产生的磁场使通过线圈的磁通量发生变化；列车速度越快，通过线圈的磁通量变化越快，根据法拉第电磁感应定律可知，由于通过线圈的磁通量发生变化，线圈中会产生感应电动势，感应电动势的大小与通过线圈的磁通量的变化率成正比，与列车的速度有关由以上分析可知，选项a、b、c的说法正确，选项d的说法不正确,答案：d,3如图929所示是测定自感系 数很大的线圈l的直流电阻的电 路，l两端并联一只电压表，用 来测自感线圈的直流电压，在测 量完毕后，将电路解体时应先( ) a断开s1 b断开s2 c拆除电流表 d拆除电阻r,图929,解析：当s1、s2均闭合时，电压表与线圈l并联；当s2闭合而s1断开时，电压表与线圈l串联，所以在干路断开后自感线圈l中电流方向相同而电压表中电流方向相反只要不断开s2，线圈l与电压表就会组成回路，在断开干路时，l中产生与原来电流同方向的自感电流，使电压表中指针反向转动而可能损坏电压表正确答案为b.,答案：b,4如图9210所示，平行导轨间距为d，左端跨接一个 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( ),图9210,a. b. c. d.,解析：有效切割长度为l ，故eblv ，i .d项正确,答案：d,5如图9211所示，匀强磁场 的磁感应强度为b，方向竖直向 下，在磁场中有一边长为l的正 方形导线框，ab边质量为m， 其余边质量不计，cd边有固定 的水平轴，导线框可以绕其转动，现将导线框拉至水平 位置由静止释放，不计摩擦和空气阻力，金属框经过时 间t运动到竖直位置，此时ab边的速度为v，求：,图9211,(1)此过程中线框产生的平均感应电动势的大小； (2)运动到竖直位置时线框内感应电动势的大小,解析：(1)1bsbl2，转到竖直位置20，|21|bl2，根据法拉第电磁感应定律得：平均感应电动势的大小为e . (2)转到竖直位置时，bc、ad两边不切割磁感线，ab边垂直切割磁感线，eblv，此时求的是瞬时感应电动势,答案：(1) (2)blv,一、电磁感应中的几类问题 1电路问题：电磁感应现象中产生感应电动势的部分相当 于 ，对外供电，在供电过程中遵从电路中的一切 规律,2力学问题：发生电磁感应的电路，由于导体中有感应电 流通过，会使导体受到 作用这类问题除遵从电 磁感应规律、电路规律外，还遵从力学规律,3能量守恒问题：发生电磁感应的电路中，由于部分导体所 受 做功，从而使能量形式发生转化，此类问题遵 从能量守恒规律,电源,安培力,安培力,二、电磁感应图象问题,时间,位移,电磁感应,电磁感应,楞次定律,法拉第电磁感应定,律,图象的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图象的关键,在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源因此，电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是： 1用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大 、 小和方向； 2画等效电路图； 3运用闭合电路欧姆定律、串并联电路性质、电功率等公 式联立求解,在电磁感应中产生的电动势，其大小可能是恒定的，还可能会随导体棒的运动状态发生变化，也可能随回路面积或磁场而变化,1如图931所示，在磁感 应强度为0.2 t的匀强磁场中， 有一长为0.5 m、电阻为1.0 的导体ab在金属框架上以10 m/s的速度向右滑动，r1r2 2.0 ，其他电阻不计，求流过导体ab的电流i.,图931,解析：ab切割磁感线相当于电源， 其等效电路如图所示， eabblv0.20.510 v1 v 由闭合电路欧姆定律得i r1与r2并联，由并联电路电阻关系得： 解得：r 1.0 iabi0.5 a.,答案：0.5 a,1基本方法 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和 方向； (2)由闭合电路欧姆定律求回路中的电流； (3)分析导体受力情况(包含安培力在内的全面受力分析)； (4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解,2两种状态处理 (1)导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析 (2)导体处于非平衡态 加速度不为零 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析，或结合功能 关系分析,3电磁感应中的动力学临界问题 (1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中 的临界状态，如由速度、加速度求最大值或最小值的条件 (2)基本思路如下：,导体棒在外力作用下做切割磁感线运动产生临界问题时，一般是导体棒最终有恒定的速度常见情况如下： 1.导体初速度等于临界速度时，导体匀速切割磁感线运动 2.初速度大于临界速度时，导体先减速后匀速运动 3.初速度小于临界速度时，导体先加速后匀速运动,2在匀强磁场中，磁场垂直于纸面 向里，竖直放置的导轨宽0.5 m， 导轨中接有电阻为0.2 、额定 功率为5 w的小灯泡，如图9 32所示一质量为50 g的金属 棒可沿导轨无摩擦下滑(导轨与棒接触良好，导轨和 棒的电阻不计)，若棒的速度达到稳定后，小灯泡正 常发光求：(g取10 m/s2),图9 32,(1)匀强磁场的磁感应强度； (2)此时棒的速度,解析：(1)小灯泡正常发光，由pi2r，则电路中的电流为： i a5 a 金属棒匀速下滑，切割磁感线产生感应电动势金属棒中有感应电流，金属棒受安培力作用bilmg， 得b t0.2 t.,(2)因为感应电动势eblv，i ， 得v m/s10 m/s.,答案：(1)0.2 t (2)10 m/s,1电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程在导 体切割磁感线产生感应电流的过程中，导体在磁场中必 定受到安培力作用，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电能“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可以 简化为下列形式：,其他形式的能(如：内能) 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,2解答电磁感应现象中的能量问题的一般步骤： (1)在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回 路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源 (2)搞清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生 了相互转化 (3)根据能量守恒列方程求解,安培力做正功，电能转化为其他形式的能；安培力做负功，其他形式的能转化为电能，且满足能量守恒定律,3(2009天津高考)如图933所示， 竖直放置的两根平行金属导轨之间 接有定值电阻r，质量不能忽略的 金属棒与两导轨始终保持垂直并良 好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻 均不计，整个装置放在匀强磁场中， 磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的 恒力f作用下加速上升的一段时间内，力f做的功与 安培力做的功的代数和等于 ( ),图933,a棒的机械能增加量 b棒的动能增加量 c棒的重力势能增加量 d电阻r上放出的热量,解析：棒加速上升时受到重力、拉力f及安培力根据功能原理可知力f与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，a正确,答案：a,1图象问题可以综合法拉第电磁感应定律、楞次定律或右手 定则、安培定则和左手定则，还有与之相关的电路知识和 力学知识等 2图象问题的特点：考查方式比较灵活，有时根据电磁感应 现象发生的过程，确定图象的正确与否，有时依据不同的 图象进行综合计算,3解题关键：弄清初始条件，正、负方向的对应，变化范 围，所研究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是 解决问题的关键 4解决图象问题的一般步骤 (1)明确图象的种类，即是bt图还是t图，或者et图、 it图等 (2)分析电磁感应的具体过程,在bt图象中，其斜率k 表示磁感应强度的变化快慢；在t图象中，其斜率k 表示磁通量的变化快慢，也表示单匝线圈上产生的感应电动势,4单匝线圈在匀强磁 场中绕垂直于磁场的轴匀 速转动，穿过线圈的磁通 量随时间t变化的关系如 图934所示，则( ),图934,a在t0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大 b在t1102 s时刻，感应电动势最大 c在t2102 s时刻，感应电动势为零 d在02102 s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零,解析：在t0与t2102 s时刻磁通量最大，但磁通量的变化率为零，t1102 s时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，所以b、c正确，a错而在02102 s内磁通量的变化量为2103 wb，故感应电动势不为零，所以d错,答案：bc,如图935甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直规定磁场的正方向垂直于纸面向里，磁感应强度b随时间变化的规律如图935乙所示，若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，图936所示的it图中正确的是 ( ),图935,图935,思路点拨 分析本题时应抓住以下关键点： (1)利用楞次定律确定各时间段感应电流的方向； (2)借助法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小； (3)利用闭合电路欧姆定律确定各时间段电流的大小,课堂笔记 由楞次定律可判断出在前4 s每秒内感应电流的方向分别为负方向、正方向、正方向、负方向由图935乙可知：在每一秒内，磁感应强度的变化率 的大小相同，导线框中磁通量的变化率 s的大小 相同，形成的感应电流的大小i 相同因此选d.,答案 d,解决此类问题一般由t图象、bt图象等分析电磁感应的具体过程，求解时要注意分清“图象段”，依照规律逐段分析，同时还要用好斜率的物理意义,如图937(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距l0.3 m导轨左端连接r0.6 的电阻区域abcd内存在垂直于导轨平面的b0.6 t的匀强磁场，磁场区域宽d0.2 m细金属棒a1和a2用长为2d0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 ，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒a1进入磁场(t0)到a2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻r的电流大小，并在图(b)中画出,图937,思路点拨 解答本题时应把握以下三点： (1)搞清不同阶段a1、a2谁是电源； (2)画出不同阶段的等效电路图； (3)用闭合电路的欧姆定律知识分析,课堂笔记 a1从进入磁场到离开磁场的时间 t1 0.2 s 在0t1时间内，a1上的感应电动势 eblv0.18 v 画出等效电路图如图(a)所示由图(a)知，电路的总电阻,r0r 0.5 总电流i 0.36 a 通过r的电流ir 0.12 a a1离开磁场t10.2 s至a2未进入磁场t2 0.4 s的时间内，回路中无电流，ir0 从a2进入磁场t20.4 s至离开磁场t3 0.6 s的时间内，a2上的感应电动势e0.18 v,画出等效电路图如图(b)所示由图(b)知，电路总电阻r00.5 总电流i0.36 a 流过r的电流ir0.12 a 综合上述计算结果，绘制通过r的电流与时间的关系图线如图所示,答案 00.2 s：0.12 a；0.2 s0.4 s：0；0.4 s0.6 s：0.12 a 图见课堂笔记,电磁感应中的电路问题，实质是发生电磁感应的部分相当于电源对外供电，在供电过程遵从电路中一切规律.,如图938所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为l，左端接有阻值为r的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为b的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触,图938,(1)求初始时刻导体棒受到的安培力 (2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为ep，则这一过程中安培力所做的功w1和电阻r上产生的焦耳热q1分别为多少？ (3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动到最终静止的过程中，电阻r上产生的焦耳热q为多少？,思路点拨 解答本题时，借助法拉第电磁感应定律及欧姆定律求出感应电流，然后利用fbil求出安培力，棒在整个运动过程中，其动能、弹簧弹性势能及电能相互转化，可利用功能关系或能量守恒求得结果,课堂笔记 (1)初始时刻棒中感应电动势 eblv0 棒中感应电流 i 作用于棒上的安培力 fbil 联立，得 f 安培力方向：水平向左,(2)由功能关系得 安培力做功w1ep mv02 电阻r上产生的焦耳热q1 mv02ep. (3)由能量转化及平衡条件等，可判断： 棒最终静止于初始位置：q mv02.,答案 (1) ，方向水平向左 (2)ep mv02 mv02ep (3)棒最终静止于初始位置， mv02,安培力做功，数值上等于产生的电能，电能通过电流做功，转化为焦耳热或其他形式的能(如机械能).,(10分)如图939甲所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l0.20 m，电阻r1.0 ；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度b0.50 t的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下现用一外力f沿轨道方向拉杆，使之做匀