xx届高考物理知识网络复习电磁感应教案

1 / 38 XX 届高考物理知识网络复习电磁感应教案 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲山课 件 k 第十二章电磁感应 本章是电磁学的核心内容，研究了电磁感应的一系列现象这部分内容能使力、电、磁三方面知识充分联系，使力的平衡条件、牛顿定律、动量守恒、动能定理、能量守恒、闭合电路欧姆定律有机结合，安培力则活跃其中即可单独命题，又能出现灵活多样的综合题考题很能考查学生能力，备受出题人青睐近几年高考对本章命题频率比较高，对学生的能力提出了很高的要求 本章及相关内容知识网络： 专题一电磁感应现象楞次定律 【考点透析】 一、本专题考点：电磁感应现象、感应电流的方向、右手定则、楞次定律是 类要求，即能够理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用 2 / 38 二、理解和掌握的内容 1磁通量、磁通量的变化的区别： (1)磁通量 , 表示穿过磁场中某个面积的磁感线的条数 (2)磁通量的变化=2 -1 ，它可由 B、 S 或两者之间的夹角发生变化引起二者之间没有固定的联系，不能混为一谈 2感应电流的产生条件：有两种说法 (1)闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动 (2)穿过闭合回路的磁通量发生变化 上述第二种说法反映了电磁感应的本质，更具一般性，因而感应电流的产生条件可只用第二种说法如果电路不闭合，只产生感应电动势而不产生感应电流，也发生了电磁感应现象 3感应电流方向的判定： （ 1）右手定则： 适用范围 :闭合电路部分导体切割磁感线时 . 定律内容 :伸开右手 ,使大拇指跟其余四指垂直 ,并且都与手掌在同一平面内 ,让磁感线垂直穿入手心 ,大拇指指向导体运动的方向 ,那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方 向 . (2)楞次定律 : 适用范围 :穿过闭合电路的磁通量变化时 . 定律内容 :感应电流具有这样的方向 ,就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 . 判定步骤 :a.明确闭合电路范围内的原磁场的方向 ;b.分析穿过闭合电路3 / 38 的磁通量变化情况 ;c.根据楞次定律 (增异减同 ),判定感应电流磁场的方向 ;d.利用安培定则 ,判定感应电流的方向 . 4难点释疑正确理解楞次定律中 “ 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 ”.(1) 简单地说是 “ 阻碍 ”“ 变化 ”, 而不是阻碍原磁场 .具体地说是 :当原磁通量增加时 ,感应电流 的磁场方向与原磁场方向相反 -以阻碍增加 ;当原磁通量减少时 ,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 -以阻碍减少 .(2)“ 阻碍 ” 并不是阻止 .如果原来的磁通量增加 ,感应电流的磁场只能阻碍它增加的速率 ,而不能阻止它的增加 ,即原来的磁通量还是要增加 . 【例题精析】 例 1如图 13 1所示 ,一个矩形线圈在匀强磁场中旋转 ,转动轴为其一边 ab(如图 ).当转到线圈平面与磁场方向平行时是否产生感应电流 ? 解析：本题考查感应电流的产生条件 方法 1 在这时刻附近极短时间里，穿过线圈的磁通量从有 无，再从无 有，发生变化，产 生感应电流 方法 2 闭合电路的一部分（ dc 边）切割磁感线产生感应电流 错解：此时穿过线圈的磁通量为零，不产生感应电流 小结：产生感应电流的条件是 “ 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化 ” 这句话关键的两个字是 “ 变化 ” 因此，这类4 / 38 问题的解题关键是判断磁通量是否变化，而不是确定磁通量的数值 思考拓宽：若从上向下看线圈绕逆时针方向旋转，则在图示位置处线圈中感应电流的方向如何？ 解答： dcbad方向 例 2 如图 13 2 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（） A P、 Q 将互相靠拢、 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：本题考查楞次定律及和相关知识的综合运用 方法 1 设磁铁下端为 N 极，如图 13 3 所示，根据楞次定律可判断出 PQ中的感应电流方向，再根据左手定则可判断 P、Q 所受安培力的方向如图可见， P、 Q 将互相靠拢又由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知，磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于 g当磁铁下端为 S 极时，根据类似的分析可得到相同的结果，本题应选 A、 D 方法 2 根据楞次定律 的另一表述 -安培力的效果也是阻碍磁通量的变化本题中为阻碍回路中磁通量的增加，安培力应使 P、 Q 互相靠近，且对磁铁产生向上的力，因此磁铁的加速度要小于 g应选 A、 D 小结： 5 / 38 方法 1 是依赖力 -运动的关系，分析求得结果，是分析问题的基本方法 方法 2 是应用楞次定律的第二种表述，思路较简单常见的安培力的效果表现为： （ 1）阻碍相对运动，可理解为 “ 来拒去留 ” ； （ 2）使线圈面积有增大或缩小的趋势 利用上述规律分析问题可以独辟蹊径，取得快速准确的效果凡涉及相对运动引起的电磁感应现象的题目，均 可用此方法求解 【能力提升】 知识与技能 1如图 13-4 所示，关于闭合导线框中产生感应电流的下列说法中正确的是（） A只要闭合导线框在磁场中作切割磁感线运动，线框中就会产生感应电流 B只要闭合导线框处于变化的磁场中，线框中就会产生感应电流 c图 13-4 中矩形导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都可以产生感应电流 D图 13-4 中，闭合导线框以其对称轴 oo 在磁场中匀速转动，当穿过线圈的磁通量最大时，线框内不产生感应电流；当穿过线框内的磁通量为零时，线框中有感应电流产生 6 / 38 2如 图 13-5 所示，把有孔的金属圆环与轻质弹簧连接起来，穿在一根水平杆上，杆与金属圆环的摩擦可忽略不计金属圆环静止时位于 o 点， o 点右侧的空间存在一个垂直纸面的匀强磁场，将金属圆环由平衡位置 o 向右拉至 m 点后放开，金属圆环的运动情况是（设金属圆环所在平面始终垂直于磁场的方向）（） A金属圆环将作简谐运动 B金属圆环将作振幅逐渐增大的振动 c金属圆环将作振幅逐渐减小的振动 D金属圆环将作振动，其振幅时而增大时而减小 3.如图 13 6 所示，一均匀的条形磁铁的轴线与一圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合， 为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是（） A N 极向纸内， S 极向纸外，使磁铁绕 o 点转动 B N 极向纸外， S 极向纸内，使磁铁绕 o 点转动 c使磁铁在线圈平面内绕 o 点顺时针转动 D使磁铁垂直线圈平面向外平动 4.如图 13 7 所示，导线框 abcd与导线 AB在同一平面内，直导线中通有恒定电流 I，当线框由左向右匀速通过直导线过程中，线框中感应电流的方向是（） A先 abcda,再 dcbad,后先 abcda,再 dcbad. 7 / 38 c.始终是先 dcbad,再 abcda,后 dcbad 5一根沿东西方向的水平导线，在赤道上空自由下落的过程中，导线上各点的电势（） A东端最高 B西端最高 c中点最高 D各点一样高 能力与素质 6如图 13 8 所示， 1982年美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有 S 极的磁单极子从上向下穿过图示的超导线圈，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 7如图 13 9 所示，当直导线中的电流不断增强时， A、 B两环的运动情况是（） A A 向左， B 向右向右， B 向左 c均向左 D均向右 8如图 13 10所示，闭合电路中一定长度的螺线管可自由伸缩，通电时灯泡有一定的亮度，若将一软铁棒从螺线管一端迅速插入螺线管内，则在插入过程中，灯泡的亮度将（填变亮、不变或变暗），螺线管的长度将 (填伸长、不变或缩短 ) 9.在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆盘，两8 / 38 金属圆盘可绕竖直中心轴转动，它们彼此用导线把中心轴和对方圆盘的边缘相连接，组成电路如 图 13-11所示，一沿竖直方向的匀强磁场穿过两金属圆盘，若不计一切摩擦，当 a盘在外力作用下做逆时针转动时， b 盘（） A，不转动 B沿顺时针方向转动 c沿逆时针方向转动 D转动方向不明确，因不知磁场具体方向 10如图 13-12所示，一轻质闭合弹簧线圈用绝缘细线悬挂着，现将一根条形磁铁的一极，垂直于弹簧所围平面，向圆心移近，在磁铁移近的过程中，弹簧将发生什么现象？ 【拓展研究】 超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用这种排斥力可使磁体悬浮 空中，磁悬浮列车采用了这种技术 (1)超导体产生强大的电流，是由于（） A超导体中磁通量很大 B.超导体中磁通量变化率很大 c超导体电阻极小 D超导体电阻极大 (2)磁体悬浮的原理是（） A.超导体电流的磁场方向与磁体磁场方向相同 B.超导体电流的磁场方向与磁体磁场方向相反 c.超导体使磁体处于失重状态 D.超导体对磁体的磁力大于磁体重力 9 / 38 专题二感应电动势大小的计算 【考点透析】 一、本专题考点：法拉第电磁感应定律是 类要求，即能够理解其确切含义及与其他知识的联系，能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用 二、理解和掌握的内容 1法拉第电磁感应定律的表达式为 =nt. 注意： 严格区分磁通量 、磁通量的变化量 、磁通量的变化率 t 是状态量，是磁场在某时刻（或某位置）穿过回路的磁感线的条数； 是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另一时刻时磁通量的增量，即=2 -1 ； t 表示磁通量的变化快慢 、 、t 的大小没有直接关系，如 很大， t 可能很小； 很小， t 可能很大 当 由磁场变化引起时 ,t 常用 SBt 来计算，若 Bt 是恒定的，即磁场是均匀变化的，那么产生的感应电动势是恒定的；当 由回路面积变化引起时， t 常用 BSt 来计算 法拉第电磁感应定律常用于计算感应电动势的平均值，也可说明电磁感应现象中的电量问题如在 t 时间内通 过 某 电 路 一 截 面 的 电 量q=It=Rt=nttR=nR, 说明电量 q 仅由磁通量变化和回路电阻来决定，与发生磁通量10 / 38 变化的时间无关 2导线平动切割磁感线产生的感应电动势为： =BLvsin 注意： （ 1）这是高考考查的热点，在近几年的试卷中 总能涉及到，一般情况下考查在匀强磁场中导体上各点速度相同且 B、 L、v 互相垂直的情况，此时上述公式变为 =BLv 若 v 取某段时间内速度的平均值，则 为该段时间内感应电动势的平均值；若 v 为某时刻的瞬时值，则 为该时刻感应电动势的瞬时值 （ 2）从公式中可以看到，当导体运动方向与磁场平行，即=0º 时， =0 ；当导体运动方向与磁场垂直，即=90º 时， 有最大值，即 m=BLv （ 3）若导线是弯曲的，则 L 应取导线的有效切割长度，即取导线两端的连线在垂直速度方向上投影的长度 【例题精析 】 例 1 有一面积为 S=100cm2 的金属环，电阻为 R=, 环中磁场变化规律如图 13-13所示，且磁场方向垂直环面向里，在t1 到 t2 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？ 解析：本题考查楞次定律和灵活运用法拉第电磁感应定律的能力 （ 1）由楞次定律可以判断出金属环中感应电流方向为逆时11 / 38 针方向 （ 2）根据法拉第电磁感应定律，环中感应电动势的大小为=t 通 过 环 中 的 电 量 为q=It=Rt=ttR=R=(B2 -B1)SR=()10010& macr;=（ c） 小结：法拉第电磁感应定律中的 t=SBt ，通过图象可求出 B ，从而解决 t 这样求得的电动势的平均值，刚好用于电流强度平均值的计算，并最终求出电量 思考拓宽： 环中的电流是稳定的，还是变化的？（解答：稳定的） 例 2（ 2002年高考题）如图 13 14所示， EF、 GH 为平行的金属导轨，其电阻可不计， R 为电阻器， c 为电容器， AB 为可在 EF和 GH上滑动的导体横杆有均匀磁场垂直于导轨平面若用 I1和 I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆 AB A匀速滑动时， I1=0， I2=0B匀速滑动时， I10 ， I20 c加速滑动时， I1=0， I2=0D加速滑动时， I10 ， I20 解析：本题考查公式 =BLv 的应用能力 当横杆 AB匀速滑动时，由 =BLv 可知，会产生稳定的电动势，使电阻 R 中有电流通过，而电容器上被充得电量后，获得恒定的电压，不会再有电流通过因此选项 A、 B 均不对当12 / 38 横杆 AB加速滑动时，由 =BLv 可知，会产生不断增大的电动势，使电阻 R 中有越来越强的电流通过，电容器上被充得越来越多的电量，不断有电流通过因此选项 c 不对， D 正确 小结：横杆 AB 相当于 电源，使电阻 R 中不断有电流通过；电容器上只有电压不断增加，被连续充电时，才会不断有电流通过本题中电阻 R 和电容器 c 在电路中表现出了不同的特点 思考拓宽：如图 13 15所示， EF、 GH为平行的金属导轨，其电阻可不计， R 为电阻器， c 为电容器， AB 为可在 EF 和GH 上滑动的导体横杆有均匀磁场垂直于导轨平面若用I1和 I2分别表示图中该处通过的电流，为使 I1、 I2方向与箭头方向一致，则横杆 AB应如何运动（） A加速向右滑动 B加速向左滑动 c减速向右滑动 D减速向左滑动 解答： c 例 3 如图 13 16 所示，匀强磁场竖直向下，将一水平放置的金属棒 ab 以水平速度 v 抛出，设棒在下落过程中始终水平，且不计空气阻力，则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是（） A越来越大 B越来越小 c保持不变 D.无法判断 解析：本题考查运动的合成和分解在感应电动势中的应用，13 / 38 锻炼学生灵活运用知识的能力 ab 棒做平抛运动，可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 其水平分运动产生的感应电动势为 =BLvx 其竖直分运动，因速度方向平行于磁场不产生感应电动势，故感应电动势应为 =BLvx ，保持不变 选 c 小结：金属棒 ab 切割磁感线产生感应电动势的问题，应该用公式 =BLvsin 去考虑，但因为本题中速度的大小和方向在不断的改变，即 v 和 在不断的改变，因此直接应用此公式非常困难，故应用运动的合成和分解将问题简化 【能力提升】 知识与技能 1.穿过一个电阻为 1 的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒均匀地减少 2Wb，则（） A线圈中的感应电动势一定是每秒减少 2V B线圈中的感应电动势一定是 2V c线圈中的感应电流一定是每秒减少 2A D线圈中的感应电流有可能增加 2如图 13 17所示，金属三角形导轨 coD上放一根金属棒mN，拉动 mN 使它以速度 v 在匀强磁场中向右匀速运动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同，那么 mN运动过程中，闭合电路的（） 14 / 38 A感应电动势保持不变 B.作用在 mN上的外力保持不变 c感应电动势逐渐增大 D感应电流逐渐增大 3如图 13 18所示，一边长为 a，电阻为 R 的正方形导线框，以恒定的速度 v 向右进入以 mN 为边界的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，磁感应强度为 B， mN与线框的边成45 角 ,则在线框进入磁场过程中产生的感应电流的最大值等于 . 4如图 13 19所示，把矩形线框从匀强磁场中匀速拉出，第一次速度为 v，第二次速度为 2v若两次拉力所做的功分别为 W1 和 W2，两次拉力做功的功率分别为 P1 和 P2，两次线圈产生的热量分别为 Q1 和 Q2¬¬，则 W1W2= ；P1P2= ； Q1Q2¬¬= 5用绝缘导线绕一圆环，环内有一只同样导线折成的内接正四边形线框，如图 13 20 所示，把它们放到磁感应强度为 B、方向如图的匀强磁场中，当匀强磁场均匀减弱时，两线框中的感应电流（） A沿顺时针方向 B沿逆时针方向 c大小为 1:1D大小为 :2 6一闭合导线环垂直于匀强磁场，若磁感应强度随时间变化规律如图 13-21所示，则环中的感应电动势变化情况是图13 22中的（） 能力与素质 15 / 38 7一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正在磁场中有一细金属圆环，线圈平面位于纸面内，如图 13 23所示现令磁感应强度 B 随时间 t 变化，先按图中所示的 oa图线变化，后来又按图线 bc 和 cd 变化，令 1 、 2 、 3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小， I1、 I2、 I3分别表示对应的感应电流，则（） A 1 2 ， I1沿逆时针方向， I2沿顺时针方向 B 12 ， I1沿逆时针方向， I2沿顺时针方向 c 12 ， I3沿逆时针方向， I2沿顺时针方向 D 1=2 ， I3沿顺时针方向， I2沿顺时针方向 8如图 13 24 所示，导线 ab 沿金属导轨运动，使电容器c 充电，设磁场是匀强磁场，且右边回路电阻不变，若使电容器带电量恒定且上板带正电，则 ab的运动情况是（） A 匀速运动 B.匀加速向左运动 c.匀加速向右运动 D.变加速向左运动 9如图 13 25所示是一种测通电螺线管中磁场的装置 ，把一个很小的测量线圈 A 放在待测处，线圈与测量电量的电表Q 串联，当用双刀双掷开关 S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由 Q 表测出该电荷电量为 q，就可以算出线圈所在处的磁感应强度16 / 38 B已知测量线圈共有 N 匝，直径为 d，它和 Q 表串联电路的总电阻为 R，则被测处的磁感应强度 B=. 10水平放置的平行光滑轨道足够长，轨道间距为 d，轨道一端有一电阻 R，轨道所在区域有方向如图 13-26所示匀强磁场 B，磁场方向与轨道平面成 角，轨道上金属棒 ab 的质量为 m在一水平拉力作用下向右加速运动， 求当金属棒运动的速度达到多大时，金属棒对轨道恰无压力？（其它电阻不计） 【拓展研究】 研究表明，地球磁场对鸽子辨别方向起到重要作用，鸽子体内的电阻大约是 1000 ，当它在地球磁场中展翅飞行时，会切割磁感线，因而两翅之间产生感应电动势这样，鸽子体内灵敏的感受器即可根据感应电动势的大小来判别其飞行方向若磁场大小为 0 510 -4T，当鸽子以 20m/s飞翔时，两面翅膀间的感应电动势约为（） A 专题三法拉第电磁感应定律的应用（一） 与恒定电流、力学的联系 【考点透析】 一、本专题考 点：法拉第电磁感应定律，楞次定律为 类要求。 二、理解和掌握的内容 17 / 38 （一）法拉第电磁感应定律与恒定电流的联系要点及分析方法 1联系要点 （ 1）是电源与外电路的关系，即能发生电磁感应现象的那部分导体看作是整个电路中的电源，其余电路则是外电路 （ 2）当电压表跨接在发生电磁感应现象的导体两端时，所测的不是感应电动势，而是外电路中此两点处的电压 2分析方法 （ 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 （ 3）运用全电路欧姆定律，串、并联电路性质，电功率 等公式联立求解 （二）法拉第电磁感应定律与力学的联系要点及分析方法 1联系要点 电磁感应力学问题中，要抓好受力情况，运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势 感应电流 通电导体受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态，抓住 a=0时，速度 v 达到定值进行分析 2分析方法 （ 1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大18 / 38 小和方向 （ 2）求回路中电流强度 （ 3）分析研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向） （ 4）根据速度达到稳定数值时导体所处的状态列动力学方程或平衡方程求解 【例题精析】 例 1（ 1998 年高考题）如图 13-27 所示，一宽 40cm 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里一边长为 20cm 的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v=20cm/s 通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行取它刚进入磁场的时刻 t=0，在图13-28中，正确反映感应电流强度随时间变化规律的是 解析：本题考查法拉第电磁感应定律和楞次定律 线圈匀速运动 20cm 用时 1s，由法拉第电磁感 应定律知产生恒定的感应电动势并产生恒定的电流随后全部进入磁场区域运动 20cm 用时 1s，因磁通量不变，不产生感应电动势和电流最后匀速穿出磁场区域用时 1s，产生恒定的感应电动势和电流，由楞次定律知电流方向和进入磁场时的方向相反因此选项 c 正确 小结：将线圈的运动过程分为三个阶段，用分段处理法解决本题效果较好 19 / 38 例 2 如图 13 29所示， mN、 PQ 是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为 L，导轨平面与水平面的夹角为 ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为 B在导轨的 m、 P 端连接一个阻值为 R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒 ab，质量为 m，从静止释放开始沿导轨下滑，求 ab棒的最大速度（要求画出 ab棒的受力图，已知 ab 与导轨间的动摩擦因数为 ，导轨和金属棒的电阻不计） 解析：这是一道高考题，它考查了电磁感应规律与力学规律的综合应用 ab 下滑做切割磁感线运动，产生的感应电流方向及受力如图 13 30所示 在平行斜面方向上，由牛顿第二定律得 mgsin -F-N=ma 在垂直斜面方向上，由平衡条件得 N=mgcos 又 =BLv F=BIL 由以上 式得 a=(mgsin -B2L2v/R-mgcos)/m 在 ab 下滑过程中 v 增大，由上式知 a 减小，循环过程为：vF 安 F 合 ， ab在这个循环过程中，做加速度逐渐减小的加速运动，当 a=0时，速度达到最大值，设为 vm，则有 mgsin=mgcos+B2L2vm/R 所以 vm=mg(sin -cos)R/B2L2 20 / 38 小结（ 1）此类题的解题思路是由立体图转化为平面图，方法是将作为电源的导体的截面放在纸面上（ 2）准确进行受力分析，选择力学规律求解 思考拓宽：若此题中 B 的方向改为竖直方向，求解时需注意什么？结果又为何值？ 解答：注意：一、磁场方向改为竖直向上后，安培力方向改为水平向左，对摩擦力的大小也产生了影响；二、磁场方向改为竖直向上后，和导体的运动方向不再垂直，感应电动势应改用 =BLvcos 去计算 结果为 mgR(sin -cos)B2l2(sin+cos)cos 【能力提升】 知识与技能 1如图 13-31 所示，粗细均匀的电阻为 r 的金属圆环，放在图示的匀强磁场中，磁感应 强度为 B，圆环直径长为 L，电阻为 r2 的金属棒 ab 放在圆环上，以 v0 向左运动，当 ab棒运动到图示虚线位置时，金属棒两端的电势差为（） A 0B /3 2.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场若线圈所围面积里磁通量随时间变化规律如图 13-32所示，则（） A线圈中 A 时刻感应电动势最大 B线圈中 0 时刻感应电21 / 38 动势为零 c线圈中 D 时刻感应电动势最大 D线圈中 0 至 D 时间内平均感应电动势为 0 4V 3.如图 13-33 所示，闭合线圈 abcd 从高处自由下落一段时间后垂直于磁场方向进入一有 界磁场，在 ab 边刚进入磁场到 cd 边刚进入磁场的这段时间内，线圈运动的速度图像不可能是图 13-34中的哪个（） 4.如图 13 35 所示，用铝钣制成一 “É” 形框，将一质量为 m 的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上方让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中向左以速度 v 匀速运动，若悬线拉力为 T，则（） A悬线竖直， T=mg B悬线竖直， TIA，则在灯 A 熄灭之前要闪亮一下；如果原来 ILIA ，则 灯 A 是逐渐熄灭不再闪亮一下 【例题精析】 例 1 如图 13-43所示回路竖直放在匀强磁场中，磁场的方向垂直于回路平面向外，导线 Ac 可以贴着光滑竖直长导轨下滑设回路的总电阻恒定为 R，当导线 Ac从静止开始下落后，下面有关回路中能量转化的叙述中正确的说法有（） A导线下落过程中机械能守恒 B导线加速下落过程中，导线减少的重力势 能全部转化为在电阻上产生的热量 c导线加速下落过程中，导线减少的重力势能转化为导线增加的动能和回路中增加的内能 D导线达到稳定速度后的下落过程中，导线减少的重力势26 / 38 能全部转化为回路中增加的内能 解析：本题考查能的转化和定恒定律的应用 导线下落过程中，因产生感应电流而受到安培力的作用且安培力对导线做功，故机械能不守恒， A 不对导线加速下落过程中，其重力势能减少，动能增加，且回路中因导线切割磁感线产生了电能，这些电能再转化成内能，因此，根据能的转化和守恒定律，导线减少的重力势能转化为导线增加的动能和回 路增加的内能 B 不对， c 正确导线匀速下落的过程中，动能不变，导线减少的重力势能将全部转化为回路中增加的内能， D 正确 小结：运用能的转化和守恒定律时，重要的是找全各种不同形式的能，且确定好能的增减情况 思考拓宽：若开始时导线 Ac 因受瞬时冲量而以极大的初速度下落，试分析能的转化情况 解答：导线减少的重力势能和减少的动能会转化为回路的内能 例 2 如图 13 44 所示，电动机牵引一根原来静止的、长 L为 1m，质量 m 为的导体棒 mN，其电阻 R 为 1 ，导体棒放在竖直放置的框架上，整个装置处于磁感应强度 B 为 1T 的匀强磁场中当导体棒上升 h 为时获得稳定的速度，导体产生的热量为 2j电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为 7V、 1A，电动机内阻 r 为 1 ，不计框架电阻及一切摩擦，27 / 38 g 取 10m/s2，求：（ 1）棒能达到的稳定速度（ 2）棒从静止达到稳定速度所需时间 解析：本题考查物体的动态分析和能的转化和定恒定律的应用 (1)电动机的输出功率 P 出 =IU-I2r=6W 棒达到稳定时所受的牵引力为 F=mg+F 磁 而 =BLvmI=/RF 磁 =BIL F 磁 =B2L2vm/R 又因电动机的输出功率 P 出 =Fvm=mgvm+B2L2vm2/R 可得 vm=2m/s (2)在棒从开始运动到达稳定速度的过程中，根据能量守恒定律有 P 出 t=mgh+mvm2/2+Q 解得完成此过程所需的时间 t=1s 小结：电磁感应的过程总是伴随着能量的转化，而功是能量转化的量度，因此，要注意用功能关系分析解决此类问题 【能力提升】 知识与技能 1如图 13 45所示，挂在弹簧下面的条形磁铁的一端在闭合线圈内上下振动，如果空气阻力不计，则（） . 磁铁的振幅不变 . 磁铁做阻尼振动 . 线圈中有逐渐变弱的直流电 . 线圈中有 逐渐变弱的交28 / 38 流电 A.B.c.D. 只有 正确 2如图 13 46所示，线圈 L 的电阻不计，则（） 闭合瞬间， A 板带正电， B 板带负电 保持闭合， A 板带正电， B 板带负电 断开瞬间， A 板带正电， B 板带负电 D.由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下两板都不带电 3如图 13 47所示电路（ a） (b)中，电阻 R 和自感线圈 L的电阻值都很小，接通 S，使电路达到稳定，灯泡 A 发光（） A.在电路（ a）中，断开 S， A 将渐渐变暗 B.在电路（ a）中，断开 S， A 将先变得更亮，然后渐渐变暗 c.在电路（ b）中，断开 S， A 将渐渐变暗 D.在电路（ b）中，断开 S， A 立即熄灭 4如图 13 48所示，固定于水平绝缘面上的平行金属导轨不光滑，除 R 外其它电阻均不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，当质量为 m 的金属棒 cd 在水平恒力 F 作用下由静止向右滑动过程中，下列说法中正确的是（） A水平恒力 F 对 cd棒做的功等于电路中产生的电能 B只有在 cd 棒做匀速运动时， F 对 cd 棒做的功才等于电路中产生的电能 c无论 cd棒做何种运动，它克服磁场力做的功一定不等于29 / 38 电路中产生的电能 D R 两端电压始终等于 cd棒中 感应电动势的值 5如图 13 49所示，先后以速度 v1和 v2匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界的匀强磁场，若 v2=2v1，则在先后两种情况下（） A线圈中感应电流之比为 1:2 B线圈中产生的热量之比为 1:2 c沿运动方向作用在线圈上的外力之比 1:2 D沿运动方向作用在线圈上的外力的功率之比 1:2 . 能力与素质 6如图 13 50所示， ef、 gh为水平放置的平行光滑导轨，导轨间距为 L，导轨一端接一定值电阻 R，质量为 m 的金属棒 cd 垂直放在导轨上，导轨和金属棒的电阻均忽略不计，整个装置放在 磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面现对金属棒施一水平向右的拉力，使棒向右运动，若保持拉力的功率恒为 P，经一段时间 t，棒的速度为 v，求：（ 1）这时棒的加速度（ 2）在时间 t 内电阻上产生的焦耳热 7如图 13 51 所示，质量为 m 的金属棒 ab 垂直架放在间距为 L 的水平放置的光滑的足够长的导轨 PQ和 mN上面，处于静止状态两导轨左端 P、 m 用导线连接，整个导轨处于30 / 38 磁感应强度为 B、方向竖直向下的匀强磁场中，现有一水平向右的恒力 F 作用于金属棒 ab 上使之向右运动，通过大小为 S 的路程后，金属棒 速度达到最大值设金属棒的电阻为R，其它电阻不计，则在金属棒通过这段路程的过程中，金属棒上所产生的热量多大？ 8如图 13 52 所示，位于竖直平面内的金属线框 abcd，其水平边 ab=，竖直边 bc=线框的质量 m=，电阻 R=2 ，在线框的下方有一上、下边界均为水平方向的匀强磁场，磁场区域宽度 HL2，磁感应强度 B=，方向与线框平面垂直，使线框的 cd 边从距磁场上边界高 h=处由静止开始下落已知线框的 cd 边进入磁场后、 ab 边达到磁场上边界之前其速度已达到这一阶段的最大值求从线框下落到 cd 边刚刚到达磁场下 边界过程中，磁场作用于线框的安培力所做的总功（ g=10m/s2，空气阻力不计） 9如图 13 53 所示，可绕固定轴 oo 转动的正方形线框边长 L=,ab 边质量 m=,线框的总电阻 R=1 ，不计摩擦和空气阻力，线框从水平位置由静止释放，到达竖直位置历时，设线框始终处在方向竖直向下、磁感应强度 B=410 -2T 的匀强磁场中若这个过程中产生的焦耳热 Q=，求线框到达竖直位置时 ab边受到的安培力的大小和方向 10.两个小车 A 和 B 置于光滑水平面同一直线上，且相距一段距离车 A 上固定有闭合的螺线管，车 B 上固定有一条 形31 / 38 磁铁，且条形磁铁的轴线与螺线管在同一直线上，如图 13-54所示，车 A的总质量为 m1=1 0kg，车 B的总质量 m2=2 0kg若车 A 以 v0=6m/s的速度向原来静止的车 B 运动，求螺线管内因电磁感应产生的热量有多少焦？（一切摩擦阻力均可忽略不计） 【拓展研究】 （卫星悬绳发电实验）据报道， 1992 年 7 月，美国 “ 阿特兰蒂斯 ” 号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功航天飞机在地球赤道上空离地面约 300km处由东向西飞行，相对地面的速度大约为 6 5103m/s ，从航天飞机上向地心方 向发射一颗卫星，携带一根长 20km、电阻为 800 的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动，假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度为 410 -5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同，根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可产生约 3A 的感应电流，试求：（ 1）金属悬绳中产生的感应电动势；（ 2）悬绳两端的电压；（ 3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为 6400km） 效果验收 1在电磁感应现象中，下列几种说法中错误的是 (） 32 / 38 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化 闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流 闭合线框在匀强磁场中作切割磁感线运动，一定能产生感应电流 感应电流的磁场总是跟原来磁场的方向相反 A B c D 2.如图 13 55 所示，有一个闭合线圈悬吊在一个通电长螺线管的左侧，如果要使线圈中产生图示方向的感应电流，并且使线圈固定不动，则滑动变阻器的滑片 P 的移动方向以及固定线圈的作用力的方向是（） A滑片向左移动，力的方向向左 B滑片向左移动，力的方向向右 c滑片向右移动 ，力的方向向左 D滑片向右移动，力的方向向右 3如图 13 56 所示，闭合金属环从高 h 的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设闭合金属环初速为零，摩擦不计，则（） A若是匀强磁场，则环上升高度小于 h B若是匀强磁场，则环上升高度大于 h c若是非匀强磁场，则环上升高度等于 h D若是非匀强磁场，则环上升高度小于 h 4如图 13 57 所示， L 为电阻很小的线圈， G1 和 G2 为内阻可不计，零点在表盘中央的电流计当开关 S 处于闭合状33 / 38 态时，两表指针皆偏向右方，那么，当开关 S 断开时，将出现下列哪种现象（） A G1和 G2的指针都立即回到零 B G1的指针立即回到零点，而 G2的指针缓慢地回到零点 c G1 的指针缓慢地回到零点，而 G2 的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 D G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而 G2的指针缓慢地回到零点 5如图 13-58 所示，一条形磁铁，从静止开始，穿过采用双线绕成的闭合线圈，条形磁铁在穿过线圈过程中可能做（） A减速运动 B匀速运动 c自由落体运动 D非匀变速运动 6如图 13-59（甲）所示的线圈 A 通有交变电流，（乙）表示线圈 A 中电流随时间的变 化图线，在线圈 A 左侧固定放置一个闭合金属圆环 B，设电流由 a 端流入、 b 端流出为正，那么 t=0 开始计时的第二个半周期内， B 环中感应电流 I 和受到的安培力 F 的变化情况，正确的是（） A I 大小不变， F 先变小后变大 B I 先变大后变小， F 先变小后变大 c I 的方向改变， F 的方向不变 的方向不变， F 的方向不变 7一矩形线圈垂直于匀强磁场并绕位于线圈平面内的固定34 / 38 轴转动线圈中的感应电动势 随时间 t的变化如图 13 60所示，下面说法中正确的是（） A t1时刻通过线圈的磁通量为零 B t2时刻通过线圈的磁通 量的绝对值最大 c t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D每当 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大 8.如图 13 61 所示，图中 m 是通电螺线管，通以如图所示的交流电， N 为环形铝圈，与螺线管共轴放置，图中表示电流 I 的箭头所指方向为正，那么下列说法中错误的是（） A在 t1t2 时间内，铝圈受到向右的力 B在 t2t3 时间内，铝圈受到向左的力 c t1时刻，铝圈受力最大 D t2时刻，铝圈受力为零 9如图 13 62所示，一根金属棒 mN放在倾角为 的平行金属导轨 ABcD 上处于静止状态 ，若在垂直于导轨平面的方向外加一磁感应强度逐渐增强的匀强磁场，金属棒仍处于静止，则在此过程中导轨对金属棒的摩擦力 f 的大小为（） A若磁场垂直斜面向下，则 f 一直减小 B若磁场垂直斜面向下，则 f 先减小后增大 c若磁场垂直斜面向上，则 f 一直增大 D若磁场垂直斜面向上，则 f 先增大后减小 10铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置，磁铁能产生匀强磁场，被安装在火车首节车厢下