xx届高考物理基础知识要点复习 法拉第电磁感应定律、互感和自感

1 / 20 XX 届高考物理基础知识要点复习 法拉第电磁感应定律、互感和自感 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址文 章来源 m XX 届高三物理一轮复习全案： 5 2 法拉第电磁感应定律、互感和自感（选修 3-2） 【考纲知识梳理】 一、感应电动势 1、发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。 (即：由负到正 ) 2、感应电动势与感应电流的关系：遵守闭合电路欧姆定律 二、法拉第电磁感应定律 1、法拉第电磁感应定律 （ 1）定律内容：电路中感应电 动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比 （ 2）公式：， N 为线圈匝数 2、导体切割磁感线的情形 （ 1）一般情况：运动速度 v 与磁感应线方向夹角为时则 （ 2） E=BLv(垂直平动切割 )L是导线的有效切割长度 (v为磁场与导体的相对切割速度 )(B 不动而导体动；导体不动而 B运动 ) 2 / 20 （ 3） (直导体绕一端转动切割 ) 三、自感和涡流 1.自感现象：由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象 2.自感电动势 （ 1）定义：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势 （ 2）表达式： L 为自感系数， L 跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系线圈越粗，越长、单位长度上的匝数越密 ,横截面积越大 ,它的自感系数越大 ,另外有铁芯的线圈自感系数大大增加 自感系数的单位是亨利，国际符号是 L， 1 亨 =103毫亨=106微亨 【要点名师精解】 1、对法拉第电磁感应定律的理解 2、感应电动势 E 的大小与磁通量变化率成正比，与磁通量 、磁通量变化量无直接联系。 磁通量 磁通量变化量 磁通量变化率 物理意义磁通量越大，某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数越多某段时间穿过某个面的末、初磁通量的差值表 述磁场中穿过某个面的磁通量变化快慢的物理量 3 / 20 大小计算，为与 B 垂直的面积，或 或 注 意若穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用，应考虑相反方向的磁通量相互抵消以后所剩余的磁通量开始和转过 1800时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是不同的，一正一负， =2BS ，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少，在 t 图象中用图线的斜率表示 【例 1】（ 09 年山东卷） 21如图所示，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始络与 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 A感应电流方向不变 B cD段直线始终不受安培力 c感应电动势最大值 E Bav D感应电动势平均值 解析： A 选项在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆4 / 20 时针方向不变， A 正确。 B 选项根据左手定则可以判断，受安培力向下， B 不正确。 c 选项当半圆闭合回路进入磁场一半时，即这时等效长度最大为 a，这时感应电动势最大 E=Bav， c 正确。 D 选项感应电动势平均值， D 正确。 答案： AcD 名师点评：感应电动势公式只能来计算平均值，利用感应电动势公式计算时， l 应是等效长度，即垂直切割磁感线的长度。 【例 2】水平放置的金属框架 abcd，宽度为，匀强磁场与框架平面成 30 角，如图所示，磁感应强度为，框架电阻不计，金属杆 mN 置于框架上可以无摩擦地滑动， mN 的质量，电阻 ，试求当 mN 的水平速度为多大时，它对框架的压力恰为零，此时水平拉力应为多大 ? 解析： 三、通电自感和断电自感的比较 【例 3】彩色电视机的电源输人端装 有电源滤波器，其电路图如图所示，元件 L1,L2是两个电感线圈，它们的自感系数很大， F 是保险丝， R 是压敏电阻（正常情况下阻值很大，但电压超过设定值时，阻值会迅速变小，可以保护与其并联5 / 20 的元件） ,c1,c2是电容器， S 为电视机开关，在电视机正常工作时，若小明在没有断开开关 S 时 ,就拔去电源插头 ,则以下说法正确的是（） 可能被熔断不可能被熔断 可能被损坏可能被损坏 解析：先拔去电源插头，保险丝不形成回路，不会熔断。开关 S 未断开，由于自感作用， L 中电流不会突变，在 R 两端产生高电压， R 阻值迅速变小， c1两端电压 迅速变小， c1不会被损坏，高电压都加在 c2 上， c2可能被损坏。 答案： BD 【感悟高考真题】 1、（ XX北京卷） 19.在如图所示的电路中，两个相同的下灯泡 L1和 L2分别串联一个带铁芯的电感线圈 L和一个滑动变阻器 R。闭合开关 S 后，调整 R，使 L1 和 L2 发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流为。然后，断开。若时刻再闭合，则在前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流、流过的电流随时间的变化的图像是 答案： B 6 / 20 【解析】本体考查通电自感，与互动变阻器 R 串联的 L2，没有自感直接变亮，电流变化图像和 A 中图线， cD错误。与带铁芯的电感线圈串联的 L1，自感强电流逐渐变大， B 正确。 2、（ XX江苏卷） 2、一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，先保持线框的面积不变，将磁感应强度在 1s 时间内均匀地增大到原来的两倍，接着保持增大后的磁感应强度不变，在 1s 时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半，先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为 （ A）（ B） 1（ c） 2（ D） 4 .【答案】 B 难度：易本题考查电磁感应定律的应用 【解析】 ,大小相等，选 B。 3、（ XX江苏卷） 4.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 D 的阻值，在 t=0 时刻闭合开关 S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开 S,下列表示 A、 B 两点间电压 UAB随时间 t 变化的图像中，正确的是 选 B 考查自感和电压图象。难度：难 【解析】开关闭合时，线圈的自感阻碍作用，可看做电阻，7 / 20 线圈电阻逐渐减小，并联电路电阻逐渐减小。电压逐渐减小；开关闭合后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相同，形成回路，灯泡的电流与原来相反，并逐渐减 小到 0，所以本题选 B。 4、（ XX广东卷） 16.如图 5 所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒 PQ沿导轨从 mN处匀速运动到mN的过程中，棒上感应电动势 E 随时间 t 变化的图示，可能正确的是 答案： A 解析： mN 只有进入磁场中才切割磁感线，因而只有中间过程有感应电动势，选 A。 5、（ XX山东卷） 21如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为，方向相反且垂直纸面，、为其边界，oo 为其对称轴。一导线折成边长为的正方形闭合回路，回路在纸面内以恒定速度向右运 动，当运动到关于 oo 对称的位置时 A穿过回路的磁通量为零 B回路中感应电动势大小为 2B c回路中感应电流的方向为顺时针方向 8 / 20 D回路中边与边所受安培力方向相同 答案： AcD 解析：根据右手定则，回来中感应电流的方向为逆时针方向。 本题考查电磁感应、磁通量、右手定则，安培力，左手定则等基本知识。 难度：易。 6、（ XX上海物理） 19.如图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为，边长为的正方形框的边紧靠磁 场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图 解析：在 0-，电流均匀增大，排除 cD. 在 -，两边感应电流方向相同，大小相加，故电流大。 在，因右边离开磁场，只有一边产生感应电流，故电流小，所以选 A。 本题考查感应电流及图象。 难度：难。 7、（ XX上海物理） 21.如图，金属环 A 用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧，若变阻器滑片 P 向左移9 / 20 动，则金属环 A 将向 _（填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ）运动 ，并有 _（填 “ 收缩 ” 或 “ 扩张 ” ）趋势。 解析：变阻器滑片 P 向左移动，电阻变小，电流变大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向原电流磁场方向相反，相互吸引，则金属环 A 将向右移动，因磁通量增大，金属环 A 有收缩趋势。 本题考查楞次定律。难度：易。 8、（ XX浙江卷） 19.半径为 r 带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图（上）所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图（下）所示。在 t=0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为 q 的静止微粒，则以下说法正确的是 A.第 2 秒内上极板为正极 B.第 3 秒内上极板为负极 c.第 2 秒末微粒回到了原来位置 D.第 3 秒末两极板之间的电场强度大小为 答案： A 9、（ XX四川卷） 19.图甲所示电路中，为相同的电流10 / 20 表， c 为电容器，电阻的阻值相同，线圈 L 的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在时间内 A电流表的示数比的小 B电流表的示数比 A3的小 c电流表和的示数相同 D电流表的示数 都不为零 答案： c 【解析】由 B-t 图像知在 t1-t2时间内，原线圈中磁场先负向减小后正向增大，则副线圈中磁通量是均匀变化的，根据法拉第电磁感应定律在副线圈中产生的感应电流大小不变，再根据楞次定则可判断负向较小时和正向增大时感应电流的方向相同，则在 t1-t2时间内副线圈中个电流为稳恒电流，所以 A1和 A2的示数相同， A3的示数为 0，正确答案 c。 10.（ 09上海 9）信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁化区，每个磁化区代表了二进制数 1 或 0，用以储存信息。刷卡时，当磁条以某一 速度拉过信用卡阅读器的检测头时，在检测头的线圈中会产生变化的电压（如图1 所示）。当信用卡磁条按图 2 所示方向以该速度拉过阅读检测头时，在线圈中产生的电压随时间的变化关系正确的是 (B) 11.（ 09山东 21）如图所示，一导线弯11 / 20 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 始络与 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（ AcD） A感应电流方向不变 B cD段直 线始终不受安培力 c感应电动势最大值 E Bav D感应电动势平均值 解析：在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变， A 正确。根据左手定则可以判断，受安培力向下， B 不正确。当半圆闭合回路进入磁场一半时，即这时等效长度最大为 a，这时感应电动势最大 E=Bav， c 正确。感应电动势平均值 D 正确。 考点：楞次定律、安培力、感应电动势、左手定则、右手定则 提示：感应电动势公式只能来计算平均值，利用感应电动势公式计算时， l 应是等效长度，即垂直切割磁感线的长度。 12.（ 09重庆 20）题 20图为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接12 / 20 的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧运动，（是线圈中心），则（ D） A从 X 到 o，电流由 E 经 G 流向 F，先增大再减小 B从 X 到 o，电流由 F 经 G 流向 E，先减小再增大 c从 o 到 y，电流由 F 经 G 流向 E，先减小再增大 D从 o 到 y，电流由 E 经 G 流向 F，先增大再减小 13.（ 09海南物理 4）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 连接在如图所示的电路中，其中 R 为滑线变阻器，和为直流电源， S 为单刀双掷开关。下列情况中，可观测到 N 向左运动的是（ c） 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 14.（ 09北京 23）（ 18 分）单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量（以下简称流量）。由一种利用电磁原理测量非磁性导电液体（如自来水、啤酒等）流量的装置，称为电磁流量计。它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成。 传感器的结构如图所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有13 / 20 一对电极和 c,a,c 间的距离等于测量管内径 D，测量管的轴线与 a、 c 的连接放像以及通过电线圈产生的磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量管时，在电极 a、 c 的间出现感应电动势 E，并通过与电极连接的仪表显示出液体流量Q。设 磁场均匀恒定，磁感应强度为 B。 （ 1）已知，设液体在测量管内各处流速相同，试求 E 的大小（去） （ 2）一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值。但实际显示却为负值。经检查，原因是误将测量管接反了，既液体由测量管出水口流入，从如水口流出。因为已加压充满管道。不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正直的简便方法； （ 3）显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为 a、 c间导电液体的电阻 r 随液体电阻率色变化而变化，从而会影响显示仪表的示数。试以 E、 R。 r 为参量，给出电极 a、 c间输出电压 U 的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响。 解析：（ 1）导电液体通过测量管时，相当于导线做切割磁感线的运动，在电极 a、 c 间切割感应线的液柱长度为 D，设液体的流速为 v，则产生的感应电动势为 E=BDv 由流量的定义，有 Q=Sv= 14 / 20 式联立解得 代入数据得 （ 2）能使仪表显示的流量变为正值的方法简便，合理即可，如： 改变通电线圈中电流的方向，使磁场 B 反向，或将传感器输出端对调接入显示仪表。 （ 3）传感器的显示仪表构成闭合电路，有闭合电路欧姆定律 输入显示仪表是 a、 c 间的电压 U，流量示数和 U 一一对应，E 与液体电阻率无关，而 r 随电阻率的变化而变化，由 式可看出， r 变化相应的 U 也随之变化。在实际流量不变的情况下，仪表显示的流量示数会随 a、 c 间的电压 U 的变化而变化，增大 R，使 R r，则 UE, 这样就可以降低液体电阻率的变化对显示仪表流量示数的影响。 15、（ 08江苏 8）如图所示的电路中，三个相同的灯泡 a、 b、 c 和电感 L1、 L2 与直流电源连接，电感的电阻忽略不计电键 k 从闭合状态突然断开时，下列判断正确的有（ AD） 先变亮， 然后逐渐变暗 先变亮，然后逐渐变暗 15 / 20 先变亮，然后逐渐变暗 、 c 都逐渐变暗 解析：考查自感现象。电键 k 闭合时，电感 L1 和 L2的电流均等于三个灯泡的电流，断开电键 k 的瞬间，电感上的电流i 突然减小，三个灯泡均处于回路中，故 b、 c 灯泡由电流 i逐渐减小， B、 c 均错， D 对；原来每个电感线圈产生感应电动势均加载于灯泡 a 上，故灯泡 a 先变亮，然后逐渐变暗，A 对。本题涉及到自感现象中的 “ 亮一下 ” 现象，平时要注意透彻理解。 16.（ 08海南 1）法拉第通过静心设计的一系列试验，发现了电磁感应定 律，将历史上认为各自独立的学科 “ 电学 ” 与 “ 磁学 ” 联系起来在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是（ A） A既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流 B既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流 c既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势 D既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线 上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流 16 / 20 解析：对 A 选项，静止的导线上的稳恒电流附近产生稳定的磁场，通过旁边静止的线圈不会产生感应电流， A 被否定；稳恒电流周围的稳定磁场是非匀强磁场，运动的线圈可能会产生感应电流， B 符合事实；静止的磁铁周围存在稳定的磁场，旁边运动的导体棒会产生感应电动势， c 符合；运动的导线上的稳恒电流周围产生运动的磁场，即周围磁场变化，在旁边的线圈中产生感应电流， D 符合。 17.（ 08宁夏 16）如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个最阻 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（ B） 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 解析：本题考查右手定则的应用。根据右手定则，可判断PQ 作为电源， Q 端电势高，在 PQcd 回路中，电流为逆时针方向，即流过 R 的电流为由 c 到 d，在电阻 r 的回路中，电流为顺时针方向，即流过 r 的电流为由 b 到 a。当然也可以用楞次定律，通过回路的磁通量的变化判断电流方向。 【考点精题精练】 17 / 20 1、（ XX北京市丰台区二模）如图所示，有一匀强磁场分布在一个半径为尺的圆形区域内，并以变化率均匀变化。长度为 L 的圆弧形金属棒按图中形式放置，圆弧圆心与圆形磁场的中心重合。下面给出了此圆弧形金属棒中产生的感应电动势的表达式，其中只有一个是合理的。你可能不会求解此圆弧形金属棒中产生的感应电动势，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断，此圆弧形金属棒中产生的感应电动 势的合理表达式为（） A B c D 2、（ XX北京市宣武区二模）如图所示，在匀强磁场B 中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟固定的大导体环m 相连接，导轨上放一根金属导体棒 ab并与导轨紧密接触，磁感应线垂直于导轨所在平面。若导体棒匀速地向右做切割磁感线的运动，则在此过程中 m 所包围的固定闭合导体环 N内（） A产生顺时针方向的感应电流 B产生交变电流 18 / 20 c产生逆时针方向的感应电流 D没有感应电流 3、如图，一个半径为 L 的半圆形硬导体 AB以速度 v，在水平 U 型框架上匀速 滑动，匀强磁场的磁感应强度为 B，回路电阻为 R0半圆形硬导体 AB的电阻为 r，其余电阻不计 ,则半圆形导体 AB切割磁感线产生感应电动势的大小及 AB之间的电势差分别为 (c) 4、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 1 所示，磁感应强度 B 随 t 的变化规律如图 2 所示。以 I 表示线圈中的感应电流，以图 1 中线圈上箭头所示方向的电流为正，则以下的I t 图中正确的是 (A) 5、如图所示， a、 b 是用同种规格的铜丝做成的两个同心圆环，两环半径之