【得分宝典】高中物理 专题三第4章 电磁感应.doc

得分宝典之高中物理专题三第4章 电磁感应概述本专题是历年高考的重点、难点，也是热点，其中ii级要求知识点有法拉第电磁感应定律、楞次定律。从近两年的高考命题来分析，新课程高考对本专题的考查有所加强，考查内容全面，主要包括对电磁感应现象的描述、感应电动势大小的计算（法拉第电磁感应定律）和方向的判断（楞次定律、右手定则），特别是经常将电磁感应与电路规律、力学规律、电场规律、磁场规律、能量转化问题、数学函数与图像等相结合，试题的难度和广度均有明显体现；试题的考查形式灵活，选择题、填空题、计算题都经常出现。预测高考方向与内容仍然会保持一定的稳定，特别是与实际生产、科技常识相结合的日光灯原理、磁悬浮列车原理、电磁阻尼现象、电磁流量计、传感器原理、超导技术应用有可能成为高考命题的搭界平台。 知识梳理知识点一 划时代的发现 探究感应电流的产生条件 楞次定律 法拉第电磁感应定律（一） 考纲解读考纲内容要求名师解读探究感应电流的产生条件电磁感应现象1. 考纲提示：理解电磁感应现象的本质；会应用感应电流产生的条件解释与电磁感应现象有关的问题；理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系；掌握法拉第电磁感应定律及其应用；理解楞次定律的内容；能运用楞次定律判断感应电流的方向；解答有关问题。2.本节命题的热点：法拉第电磁感应定律及其应用。3. 法拉第电磁感应定律是重点；用楞次定律判断感应电流的方向是难点。法拉第电磁感应定律楞次定律（二）基础巩固1利用磁场产生 的现象叫电磁感应，是1831年 发现的。2. 感应电动势和感应电流产生的条件是：穿过电路的 发生变化,就一定有感应电动势产生。这里不要求闭合。只要满足电路 和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生 。3.回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的 变化，因此研究磁通量的变化是关键，由磁通量的广义公式中（是b与 的夹角）看，磁通量的变化可由面积的变化引起；可由磁感应强度b的变化引起；可由b与s的夹角的变化引起；也可由b、s、中的 量的变化，或三个量的同时变化引起。41834年德国物理学家 通过实验总结出：感应电流的方向总是要使感应电流的磁场 引起感应电流的磁通量的变化。5. 感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的磁通量的变化。这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为 能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是 能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做 功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。（三）实验探究探究产生感应电流的条件（1）闭合电路的部分导体切割磁感线在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图所示探究1：导体左右平动，前后运动、上下运动。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中 表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动实验结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生（2）向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出探究2：如图所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中观察实验，记录现象 表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向n极插入线圈向右s极插入线圈向左n极停在线圈中不摆动s极停在线圈中不摆动n极从线圈中抽出向左s极从线圈中抽出向右实验结论：只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生练一练：如图所示，线圈a通过变阻器和开关连接到电源上，线圈b的两端与电流表连接，把线圈a装在线圈b的里面观察以下几种操作中线圈b中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中观察实验，记录现象 表3操作现象开关闭合瞬间有电流产生开关断开瞬间有电流产生开关闭合时，滑动变阻器不动无电流产生开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片有电流产生实验结论是： 参考答案：只有当线圈a中电流变化时，线圈b中才有电流产生（四）重点突破1直击考点：考点1 电磁感应现象、磁通量思路与方法：、/t的区别：（1）磁通量为状态量，指“线圈在某位置(某一时刻)的磁通量”；（2）磁通变化量为过程量，指 “线圈从某一位置到另一位置过程中(某段时间内)的磁通变化量”；（3）/t磁通变化率也是状态量，它是描写磁通量变化快慢的物理量，等于磁通变化量与完成这一变化所用时间的比值。磁通量通常为时间的函数，这一函数如果存在最大值和最小值，则磁通量最大的时刻，磁通的变化率一定为零。（4）不能决定e的大小，/t才能决定e的大小，而/t与之间无大小上的必然联系。【例1】法拉第电磁感应定律可以这样表述：闭合电路中感应电动势的大小（ ） a跟穿过这一闭合电路的磁通量成正比b跟穿过这一闭合电路的磁感应强度成正比c跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化率成正比d跟穿过这一闭合电路的磁通量的变化量成正比【答案】c【点评】这道题的命题意图在于考查对法拉第电磁感应定律的正确理解。考生必须能够正确理解磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率这三个不同的概念。考点2 法拉第电磁感应定律思路与方法：磁通量的变化率应为一瞬时值，如果确切知道这个值，则按法拉第电磁感应定律求得的电动势为瞬时值，若是利用/t去求磁通量的变化率，一般情况求的是磁通量的平均变化率，那么用e/t求得的则是平均电动势.【例2】如图所示，边长为0.1m正方形线圈abcd在大小为0.5t的匀强磁场中以ad边为轴匀速转动。初始时刻线圈平面与磁感线平行，经过1s 线圈转了90，求：（1）线圈在1s时间内产生的感应电动势平均值。（2）线圈在1s末时的感应电动势大小。考点3 楞次定律思路与方法：对楞次定律的理解:（1）谁阻碍谁：感应电流的磁场（磁通量）阻碍引起产生感应电流的磁通量变化（2）怎样阻碍：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，当原磁通量减小时，产生的感应电流的磁场与原磁场方向相同（简记为：增反减同）（3）阻碍结果：阻碍不是阻止，原磁通量是增加的还增加，是减小的还减小，只是减缓了变化.【例3】在电磁感应现象中，下列说法中正确的是（ ）a感应电流的磁场总是跟原来的磁场方向相反b闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流c闭合线框放在匀强磁场中做切割磁感线运动，一定能产生感应电流d感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化考点4 右手定则思路与方法：熟悉右手定则内容，能够熟练地利用右手定则判断感应电动势（感应电流）的方向。【例4】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（ ）a.流过r的电流为由d到c，流过r的电流为由b到ab.流过r的电流为由c到d，流过r的电流为由b到ac.流过r的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bd.流过r的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b 【解析】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，故本题选b。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。【答案】b【点评】导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例。用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便。2.走出误区：误区一 磁场方向判断失误例5.一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的方向一定由上向下 b由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下 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的方向一定由下向上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误区二 缺少电磁感应问题的电路意识oracbd例6.如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻r的直角形金属导轨aob(在纸面内)，磁场方向垂直于纸面朝里，另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：以速度v移动d,使它与ob的距离增大一倍;再以速率v移动c,使它与oa的距离减小一半；然后，再以速率2v移动c,使它回到原处；最后以速率2v移动d,使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻r的电量的大小依次为q1、q2、q3和q4,则a.q1=q2=q3=q4 b.q1=q2=2q3=2q4c.2q1=2q2=q3=q4 d.q1q2=q3q4误区三 研究对象不准例7.在图中，cdef为闭合线圈，ab为电阻丝。当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，线圈cdef中的感应电流在g处产生的磁感强度的方向是“”时，电源的哪一端是正极？错解：当变阻器的滑动头在最上端时，电阻丝ab因被短路而无电流通过。由此可知，滑动头下移时，流过ab中的电流是增加的。当线圈cdef中的电流在g处产生的磁感强度的方向是“”时，由楞次定律可知ab中逐渐增加的电流在g处产生的磁感强度的方向是“”，再由右手定则可知，ab中的电流方向是从a流向b，从而判定电源的上端为正极。原因：楞次定律中“感生电流的磁场总是要阻碍引起感生电流的磁通量的变化”，所述的“磁通量”是指穿过线圈内部磁感线的条数，因此判断感应电流方向的位置一般应该选在线圈的内部。正解：当线圈cdef中的感应电流在g处产生的磁感强度的方向是“”时，它在线圈内部产生磁感强度方向应是“”，ab中增强的电流在线圈内部产生的磁感强度方向是“”，所以，ab中电流的方向是由b流向a，故电源的下端为正极。点评：同学们往往认为力学中有确定研究对象的问题，忽略了电学中也有选择研究对象的问题。学习中应该注意这些研究方法上的共同点。（五）巩固复习如图所示，某人在自行车道上从东往西沿直线以速度v骑行，该处地磁场的水平分量大小为b1，方向由南向北，竖直分量大小为b2，方向竖直向下；自行车龙头为直把、金属材质，两把手间距为l，只考虑自行车在地磁场中的电磁感应，下列结论正确的是（ ）a.图示位置中辐条a点电势比b点电势低b.图示位置中辐条a点电势比b点电势高c.自行车左车把的电势比右车把的电势高b1lvd.自行车左车把的电势比右车把的电势高b2lv如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，虚线间的距离为l金属圆环的直径也是l圆环从左边界进入磁场，以垂直于磁场边界的恒定速度v穿过磁场区域则下列说法正确的是（ ）a感应电流的大小先增大后减小b感应电流的方向先逆时针后顺时针c入磁场和出磁场金属圆受到的安培力都向左d进入磁场时感应电动势平均值在图所示的四个情景中，虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。a、b中的导线框为正方形，c、d中的导线框为直角扇形。各导线框均绕轴o在纸面内匀速转动，转动方向如箭头所示，转动周期均为t。从线框处于图示位置时开始计时，以在op边上从p点指向o点的方向为感应电流i的正方向。则在图所示的四个情景中，产生的感应电流i随时间t的变化规律如图5所示的是（ ） 5. 如图所示，宽的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，一边长为的正方形线框位于纸面内以垂直于磁场边界的恒定速率通过磁场区域，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为，在图中，能正确反映感应电流随时间变化规律的是（ ）6如图，形裸导线框abcd的长边长度为2l，短边的长度为l，在短边bc上接有电阻r，其余部分电阻不计。导线框一长边与x轴重合，左边的坐标x = 0，线框内有一垂直于线框平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为b。一质量为m、电阻也为r的光滑导体棒mn与短边平行且与长边接触良好。开始时导体棒静止于x = 0处，从t = 0时刻起，导体棒mn在沿x轴正方向的一拉力作用下，从x = 0处匀加速运动到x = 2l处。则导体棒mn从x = 0处运动到x = 2l处的过程中通过导体棒的电荷量为()a b c d 6 c【解析】电量q=it=(/2r)t=(/t)t/2r=/2r=2bs/2r=bl2/r。7如图所示，小金属环靠近大金属环，两环互相绝缘，且在同一平面内，小圆环有一半面积在大圆环内，当大圆环接通电源的瞬间，小圆环中感应电流的情况是（c）a. 无感应电流 b. 有顺时针方向的感应电流c. 有逆时针方向的感应电流 d. 无法确定ra bm l7 c 【解析】在接通电源后，大环内的磁感线分布比大环外的磁感线分布要密。所以小环在大环内部分磁通量大于环外部分磁通量。所以小环内总磁通量向里加强，则小环中的感应电流方向为逆时针方向。8如图所示，竖直放置的u形导轨宽为l，上端串有电阻r（其余导体部分的电阻都忽略不计）。磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab保持水平而下滑。试求ab下滑的最大速度为 8 【解析】释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动。随着速度的增大，感应电动势e、感应电流i、安培力f都随之增大，加速度随之减小。当f增大到f=mg时，加速度变为零，这时ab达到最大速度。由，可得9一导线弯成如图14所示的闭合线圈，以速度v向左匀速进入磁感应强度为b的匀强磁场，磁场方向垂直平面向外。线圈总电阻为r，从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止，则穿过线圈某个横截面的电荷量为 9 【解析】在闭合线圈进入磁场的过程中，通过闭合线圈的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向，导体切割磁感线的有效长度先变大后变小，感应电流先变大后变小，穿过线圈某个横截面的电荷量为=，d错。10圆环a和b，它们的半径之比，a、b两环是用同样材料和规格的导线做成的，连接两圆环部分的两根直导线的电阻不计，匀强磁场具有理想的边界如图所示，磁感应强度以恒定的变化率变化那么当a环置于磁场中与b环置于磁场中两种情况下，a、b两点电势差之比为 102:1【解析】=，在相同磁场中感应电动势之比ea:eb=sa:sb4:1，感应电流之比ia:ib=2:1，电阻之比ra:rb=2:1，电压ua:ubeaiara:ebibrb=ea2ea/3:ebeb/3=ea/3:2eb/34eb/3:2eb/32:1（六）提高训练11. 如图所示。a、b是平行金属导轨，匀强磁场垂直导轨平面，c、d是分别串有电压表和电流表的金属棒，它们与导轨接触良好，当c、d以相同的速度向右运动时，下列说法正确的是（ ）a两表均无示数 b两表均有示数c电流表有示数，电压表无示数 d电流表无示数，电压表有示数11 a【解析】从磁通量变化角度看,回路中磁通量没有变化,故回路中无感应电流;从切割磁感线角度看,c、d两端电势相等回路中无感应电流.虽然c两端有电势差,但无电流流动,电压表不能显示出来。13如图所示，q是单匝金属线圈，mn是一个螺线管，它的绕线方法没有画出，q的输出端a、b和mn的输入端c、d之间用导线相连，p是在mn的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈若在q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场，发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态，则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是（）13 d 【解析】在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态，说明此段时间内穿过线圈的磁通量变大，即穿过线圈的磁场的磁感应强度变大，则螺线管中电流变大，单匝金属线圈q产生的感应电动势变大，所加磁场的磁感应强度的变化率变大，即bt图线的斜率变大，选项d正确14如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键k与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场b中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为+q的小球。k断开时传感器上有示数，k闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场b的变化情况：向上磁场 磁通量变化率是 15如图所示，某矩形线圈长为l、宽为d、匝数为n、总质量为m，其电阻为r，线圈所在磁场的磁感应强度为b，最初时刻线圈的上边缘与有界磁场上边缘重合，若将线圈从磁场中以速度匀速向上拉出，则：（1）流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少？（2）外力至少对线圈做多少功？15【解析】（1）由题意可得：， 由联立解得：（2）线圈匀速离开磁场的过程中，线圈所受安培力为：由动能定理可得：由以上各式联立解得：16如图所示，边长为的正方形金属框套在型金属框架内，两者都放在光滑的水平地板上， 型框架与方形金属框之间接触良好且无摩擦方形金属框、边电阻为，其余两边电阻不计；型框架边的电阻为，其余两边电阻不计。虚线右侧空间存在着一个范围足够大的竖直向下的匀强磁场，磁场的磁感强度大小为b如果将方形金属框固定不动，用力拉动型框使它以速度垂直边向右匀速运动，拉力为多大？ 两端的电势差为多大?17如图甲所示，光滑的平行水平金属导轨mn、pq相距l，在m点和p点间连接一个阻值为r的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为b。一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距d0。现用一个水平向右的力f拉棒ab，使它由静止开始运动，棒ab离开磁场前已做匀速直线运动，棒ab与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，f随ab与初始位置的距离x变化的情况如图乙，f0已知。求：（1）棒ab离开磁场右边界时的速度（2）棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能（3）d0满足什么条件时，棒ab进入磁场后一直做匀速运动甲rmnpqabcdefd0dbfoxfoxf02f0d0d0+d乙（3）设棒刚进入磁场时的速度为，则有 当，即时，进入磁场后一直匀速运动18如图甲所示，光滑、且足够长的金属轨道处aob呈抛物线形，满足y=2，固定在水平面上，整个轨道电阻不计，在轨导中间（0，0）位置有一个体积较小的阻值为r=2的定值电阻，整个轨道处在一个垂直向下的匀强磁场中，磁感强度为b=0.5t. 导轨上放一足够长的金属杆mn，金属杆的电阻不计，现用一拉力f沿水平方向拉金属杆，使金属杆以恒定的速度从左向右滑上轨道. 图乙所示为拉力f随x的变化图像，求：（1）请在杆mn上标出感应电流的方向；（2）匀速运的速度；（3）在从02.0米范围内，电阻r上产生的焦耳热.x（m）f(n)1.02.03.04812(乙)x(甲)yabonmrv知识点二 电磁感应现象的两类情况 电磁感应规律的应用 互感和自感 涡流、电磁阻尼和电磁驱动（一） 考纲解读考纲内容要求名师解读互感和自感、涡流、电磁阻尼和电磁驱动1. 考纲提示：知道感生电动势和动生电动势；理解感生电动势和动生电动势的产生机理；知道自感现象和互感现象；知道自感系数；会利用自感现象解释相关问题；知道涡流是如何产生的；知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流。2.本节命题的热点：电磁感应现象的两类情况。3.重点：电磁感应规律的应用。电磁感应现象的两类情况 电磁感应规律的应用（二）基础巩固1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 比，即ek/t，在国际单位制中可以证明其中的k=1，所以有e 。对于n匝线圈有en/t（平均值）。2长度为 的导体，以速度 在磁感应强度为 的匀强磁场中做 磁感线运动时，在 、 、 互相 的情况下，导体中产生的感应电动势的大小为：。3当导体中的电流发生变化时，导体本身就产生 电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化这种由于导体本身的电流发生 而产生的电磁感应现象叫做 现象。阻碍的含义：（1）导体中原电流增大时，自感电动势阻碍它增大（2）导体中原电流减小时，自感电动势阻碍它减小4。自感系数：决定线圈自感系数的因素：线圈越粗,越长，匝数越密,它的自感系数就越 ,另外有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时 得多。5两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生 电动势。这种现象叫做 感，这种感应电动势叫做互感电动势。利用互感现象可以把 由一个线圈传递到另一个线圈。6把块状金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内将产生 电流，这种电流在金属块内自成闭合回路，很象水的旋涡，因此叫做 流整块金属的电阻很小，所以涡流常常很大涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守 定律自我校对：1 正；/t 2切割；垂直 3感应；变化；自感4。大；大 5感应；互；能量 6感应；涡；电磁感应（三）实验探究 玩具电动机改装成发电机科学家的实验：1820年，奥斯特成功地完成了通电导线能使磁针偏转的实验后，另一位科学家科拉顿，在1825年做了这样一个实验：把一块磁铁插入绕成圆筒状的线圈中，他想，这样或许能得到电流。为了防止磁铁对检测电流的电流表的影响，他用了很长的导线把电表接到隔壁的房间里。他没有助手，只好把磁铁插到线圈中以后，再跑到隔壁房间去看电流表指针是否偏转。实验未成功。又过了整整6年，到了1831年8月29日，美国科学家法拉第获得了成功，使机械力转变为电力。他的实验装置与科拉顿的实验装置并没有什么两样，只不过是他把电流表放在自己身边，在磁铁插入线圈的一瞬间，指针明显地发生了偏转。他成功了。手使磁铁运动的机械力终于转变成了使电荷移动的电力。法拉第迈出了最艰难的一步，他不断研究，两个月后，试制了能产生稳恒电流的第一台真正的发电机。标志着人类从蒸汽时代进入了电气时代。提出问题：发电机是日常生活以及工农业生产中经常要用到机器，我们能否自己设计一个简易的发电机呢?活动原理：发电机是利用线圈（电枢），在磁铁的两极之间高速旋转，切割磁感线产生感生电流的。在玩具电动机里，也有一个固定不动的永久磁铁，一个可以在磁极间旋转的电枢，所以能用它改制成一个模型发电机。活动器材：玩具小马达一个、直径等于20厘米的皮带轮一个、圆杆铅笔头一个、乳胶、皮筋一根、1.5v小灯泡一个、木板一块。 活动步骤：（1）将小马达固定在木板上；（2）取6毫米长圆铅笔杆一段，除去铅心，用三角钢挫挫成皮带糟，制成小皮带轮；（3）用乳胶把小皮带轮粘在小马达轴上；（4）用两层三合板制成直径20厘米的大皮带轮一个；（5）把大皮带轮架在木板上，装好摇把；（6）将皮筋套在小皮带轮和大皮带轮上；（7）将1.5v小灯泡，连接在小马达两个接线点上；（8）快速摇动大皮带轮摇把，使小马达发电，点亮小灯泡。注意事项：（1）要选择定子磁极磁力强的马达。用手指捻动小马达轴，可以感觉磁极的磁力。（2）摇动摇把速度越快，发出的电越强，小灯泡越亮，实验效果越好。活动结果：转动摇把，每秒钟转 3 转，电动机的电枢就可以达到每分钟 6000 转，发出 1.5伏左右的电流，足够点亮一个小电珠。如果用这个手摇模型发电机做电动模型车辆的电源，那么你可以正摇让模型车前进，反摇让模型车后退；还可以用快摇、慢摇来改变电流的强度，叫模型车时快时慢，很是有趣。活动启示：玩具电动机是直流电动机，具有可逆性，向电动机的线圈输入直流电，它会转动起来，把电能转化为动能；如果让电动机的线圈转动起来线圈中会产生电流输出，把动能转化为电能。所以，它既是电动机，又可以作为发电机。只要想办法使玩具电动机高速转动起来，玩具电动机就成了发电机。练习：科拉顿的实验：把一块磁铁插入绕成圆筒状的线圈中，他想，这样或许能得到电流。为了防止磁铁对检测电流的电流表的影响，他用了很长的导线把电表接到隔壁的房间里。他没有助手，只好把磁铁插到线圈中以后，再跑到隔壁房间去看电流表指针是否偏转。现在看来，他的装置和实验的方法是完全正确的，但是，他犯了一个实在令人遗憾的错误。又过了整整6年，法拉第还是用科拉顿的实验装置获得了成功。（1）请你指出科拉顿在探究过程中的错误。（2）请你猜想一下法拉第是怎样探究的。（四）重点突破1直击考点：考点1 电磁现象中的能量转化思路与方法：理解导体克服感应电流受到的安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。【例1】如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（为细导线）。两线圈在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速度大小分别为、，在磁场中运动时产生的热量分别为、。不计空气阻力，则（ ）a b c d【解析】两线圈进入磁场的情景是相当复杂的，可以一直匀速进入磁场，也可减速进入，也可加速进入，也可先回速后匀速进入磁场。线圈和刚进入磁场时的速度是相同的，对线圈应用牛顿第二定律有：，解得运动的加速度为。又设线圈的截面积为，材料的密度为，材料的电阻率为，则，也就是说在进入磁场过程的任一时刻两线圈的加速度始终相同，速度也始终相同。只有进入磁场的过程才有热量产生，式中和相同，但线圈的电阻较大，产生的热量也就较小，即，选项d是正确的。考点2 电磁现象中的能量守恒思路与方法：应用能量守恒定律解题时关键要分析清楚在所研究的物理过程中哪些形式的能量参与了转化，求解能量的变化时，一可用能量变化的概念，二可用功能关系。【例2】如图所示，质量m1=0.1kg，电阻r1=0.3，长度l=0.4m的导体棒ab横放在u型金属框架上。框架质量m2=0.2kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数=0.2，相距0.4m的mm、nn相互平行，电阻不计且足够长。电阻r2=0.1的mn垂直于mm。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度b=0.5t。垂直于ab施加f=2n的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与mm、nn保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2. (1)求框架开始运动时ab速度v的大小；（2）从ab开始运动到框架开始运动的过程中，mn上产生的热量q=0.1j，求该过程ab位移x的大小。【解析】（1）对框架的压力框架受水平面的支持力【答案】 【点评】本题考查电磁感应、安培力、摩擦力、闭合店路欧姆定律等知识，重点考查守恒思想在电磁感应现象中的应用。守恒思想既是引导人类探索并发现新的守恒定律的思想基础，也是历年高考物理考查的重点和热点。由于新课标地区高考对动量守恒定律的要求已明显降低，所以必然会对能量守恒定律进行重点考查。考点3 电磁现象中的功能关系思路与方法：能量的转化和守恒是通过做功来实现的，安培力做功是联系电能与其他形式的能相互转化的桥梁。因此，也可由功能关系(或动能定理)计算安培力的功，从而确定电能与其他形式的能相互转化的量。【例3】如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为l, 一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为r的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为i。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻。求： （1）磁感应强度的大小b；（2）电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；（3）流经电流表电流的最大值【答案】【点评】正确理解功能关系，是解这类题的关键。求解此类问题时，所用的是电磁学的知识。解题时求感应电动势仍是解题的关键，可根据题设条件选取电动势的计算公式。除此之外，还要掌握电路的串并联规律、电阻定律、闭合电路欧姆定律和电功、电功率计算等知识。2.走出误区：误区一 电磁感应定律问题例4.如图甲所示，一个电阻为r，面积为s的矩形导线框abcd，水平旋转在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为b，方向与ad边垂直并与线框平面成450角，o、o 分别是ab和cd边的中点。现将线框右半边obco 绕oo 逆时针900到图乙所示位置。在这一过程中，导线中通过的电荷量是（ ） 甲 乙a. b. c. d. 0正解：a点评：本题考查的是法拉第电磁感应定律，对考生空间感知能力提出了比较高的要求。理解电磁感应定律，具备空间立体感，较难。复习时要抓住磁通量的概念以及理解：磁通量=bssin（是b与s的夹角），磁通量的变化=2-1。注意：（1）如果用公式=bssin来计算磁通量，但是只适合于匀强磁场。（2）磁通量是标量，但是有正负之分，磁感线穿过某一个平面，要注意是从哪一面穿入，哪一面穿出误区二 楞次定律问题例5.如图所示，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、阻值为的闭合矩形金属线框用绝缘轻质细杆悬挂在点，并可绕点摆动。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( )abc先是，后是d先是，后是点评：要注意楞次定律的应用,解题应该严格按以下四步进行：（1）确定原磁场方向；（2）判定原磁场如何变化（增大还是减小）；（3）确定感应电流的磁场方向（增反减同）；（4）根据安培定则判定感应电流的方向。（五）巩固复习 1. 如图所示，有界匀强磁场的宽为，方向垂直纸面向里，梯形线圈位于纸面内，与间的距离也为。时刻，边与磁场边界重合。当线圈沿垂直于磁场边界的方向匀速穿过磁场时，线圈中的感应电流随时间变化的图线可能是（取顺时针方向为感应电流正方向）（ ） a b c d b 【解析】由右手定则可以判断开始时电流应为负值，其切割的有效长度是均匀增加的，当线框全部进入磁场后，再次利用右手定则可以判断此时电流应为正值，而其切割的有效长度是减小的，所以b项正确。2. 如图所示，两水平平行金属导轨间接有电阻r，置于匀强磁场中，导轨上垂直搁置两根金属棒ab、cd。当用外力f拉动ab棒向右运动的过程中，cd棒将会（ ）a向右运动 b向左运动 c保持静止 d向上跳起2. a 【解析】ab棒向右运动时，切割磁感线。根据右手定则，电流方向从b流向a。这个感应电流从a端流出后，分别流向cd棒和电阻r。cd棒中由于通有从c到d的电流，会受到磁场力，根据左手定则，其方向向右。结果，使cd棒跟着ab棒向右运动。如图所示，相距为d的两水平虚线l1和l2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为b，正方形线圈abcd边长为l(ld)，质量为m，电阻为r。将线圈在磁场上方高h处静止释放，ab边刚进入磁场时的速度为v0，ab边刚离开磁场时的速度也为v0，则在线圈全部穿过磁场的过程中，下面说法正确的是（ ）a感应电流所做的功为mgd b感应电流所做的功为-2mgdc线圈的最小速度可能为 d线圈的最小速度一定为如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行共轴，则线圈2从正上方下落至1的正下方过程中，从上往下看，线圈2的感应电流为（ ）a. 无感应电流b. 有顺时针方向的感应电流c. 先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流d. 先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流 5. 如图所示，光滑绝缘水平面上放置一均匀导体制成的正方形线框abcd，电阻为r，边长为l有一方向竖直向下的有界磁场，磁场的磁感应强度为b，磁场区宽度大于l，左边界与ab边平行线框在水平向右的拉力作用下垂直于边界线穿过磁场区则下列说法正确的是（ ）a若线框以速度刚进入磁场时ab两点间的电势差b.若线框以速度刚进入磁场时回路的电功率c.若线框以速度刚离开磁场时ab两点间的电势差d.若线框以速度刚离开磁场时回路的电功率5. bcd 【解析】线框以速度刚进入磁场时，ab切割边产生的感应电动势为，回路中的电流，则ab两点间的电势差，回路的电功率故a错误，b正确；若线框以速度刚离开磁场时，cd边产生的感应电动势，回路中的电流，则ab两点间的电势差，回路的电功率，故c、d正确。故本题答案为a。6 如图所示，光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为p0，除灯泡外，其他电阻不计，要使稳定状态灯泡的功率变为2p0，下列措施正确的是a. 换一个电阻为原来一半的灯泡b. 把磁感应强度b增为原来的2倍c. 换一根质量为原来的倍的金属棒d. 把导轨间的距离增大为原来的倍7如图甲所示，在光滑水平面上用0.5n的水平恒力拉质量为1kg的单匝均匀正方形铜线框，边长为0.2m。在位置1以3m/s的初速度进入磁感应强度为0.5t的匀强磁场，并开始计时t=0，在3s末线框到达2位置开始离开匀强磁场。此过程中v-t图象如图乙所示，则（ ）0 3v123t乙123v0f甲nma在1s末，线框的速度为2m/sb在3s末，线框右侧边mn的两端电压为0.3vc线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比1s末线框的速度大d线框从位置1进入磁场到完全离开磁场位置3过程中，线框中产生的电热为5.0j7 a 【解析】从1s末到3s末，线框做匀加速运动，加速度a=m/s2=0.5m/s2，由图象知，线框在3s的速度等于0时刻的速度，则1s末的速度v1=v0at=2m/s，选项a正确；在3s末，线框产生的感应电动势e=blv0=0.50.23v=0.3v，所以umn=0.075v，选项b错误；根据图线可知线圈进入磁场和离开磁场时的初速度和受力情况都一样，所以线框离开磁场时的速度和1s末的速度相同，选项c错误；设线框进入磁场的过程产生的热量q1，则根据能量守恒有q1=fl+=2.6j，线框离开磁场的过程产生的热量q2= q1，则总热量q=2q1=5.2j，选项d错误。8如图所示电路中，均匀变化的匀强磁场只存在于虚线框内，三个电阻阻值之比r1：r2：r31：2：3，其他部分电阻不计.当s3断开，而s1、s2闭合时，回路中感应电流为i，当s1断开，而s2、s3闭合时，回路中感应电流为5i，当s2断开，而s1、s3闭合时，可判断上下两部分磁场的面积之比为 9如图所示，矩形线圈abcd质量为m，宽为d，在竖直平面内由静止自由下落。其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d，线圈ab边刚进入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程，产生的电热为 a bd c9 2mgd【解析】ab刚进入磁场就做匀速运动，说明安培力与重力刚好平衡，在下落2d的过程中，重力势能全部转化为电能，电能又全部转化为电热，所以产生电热q =2mgd。10如图所示，a、b两闭合线圈用同样导线且均绕成10匝，半径为ra=2rb，内有以b线圈作为理想边界的匀强磁场，若磁场均匀减小，则a、b环中产生的感应电流之比ia：ib=_。10 1：2【解析】 e=n ea：eb=1：1 i=，而r=，ra：rb=2：1 ia：ib=1：2（六）提高训练11. 图中pqrs为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以mn为边的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面，mn线与线框的边成45角。e、f分别为ps和pq的中点。关于线框中的感应电流，正确的说法是（ ）a当e点经过边界mn时，线框中感应电流最大。b当p点经过边界mn时，线框中感应电流最大。c当f点经过边界mn时，线框中感应电流最大d当q点经过边界mn时，线框中感应电流最大12 如图甲所示，光滑平行金属导轨mn、pq所在平面与水平面成角，m、p两端接一定值电阻r，阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其它部分电阻不计.整个装置处在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上.t = 0时对棒施一平行于导轨的外力f，棒由静止开始沿导轨向上运动，通过r的感应电流i随时间t变化的关系如图乙所示.下列关于穿过回路abpma的磁通量和磁通量的瞬时变化率以及a、b两端的电势差和通过棒的电荷量q随时间变化的图象中，正确的是（ ） 乙r甲abcdh+llhabcdb13如图所示，abcd是一个质量为m，边长为l的正方形金属线框。如从图示位置自由下落，在下落h后进入磁感应强度为b的磁场，恰好做匀速直线运动，该磁场的宽度也为l。在这个磁场的正下方h+l处还有一个未知磁场，金属线框abcd在穿过这个磁场时也恰好做匀速直线运动，那么下列说法正确的是（ ）a未知磁场的磁感应强度是2bb未知磁场的磁感应强度是c线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为8mgld线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为2mgl13 b【解析】设线圈刚进入第一个磁场时速度为，那么，。设线圈刚进入第一个磁场时速度为，那么，。根据题意还可得到，整理可得出，b正确。穿过两个磁场时都做匀速运动，把减少的重力势能都转化为电能，所以在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgl，c、d均错。14如图所示，闭合金属环从高h的曲面滚下，又沿曲面的另一侧上升，整个装置处在磁场中，设闭合环初速为零，摩擦不计，若是匀强磁场，环滚的高度 h；若是非匀强磁场，环滚的高度 h15如图所示，在距离水平地面h=0.8m的虚线的上方有一个方向垂直于纸面水平向内的匀强磁场。正方形线框abcd的边长l=0.2m，质量m=0.1kg，电阻r=0.08。某时刻对线框施加竖直向上的恒力f=1n，且ab边进入磁场时线框以v0=2m/s的速度恰好做匀速运动。当线框全部进入磁场后，立即撤去外力f，线框继续上升一段时间后开始下落，最后落至地面。整个过程线框没有转动，线框平面始终处于纸面内，g取10m/s2。求：hbabcdv0（1）匀强磁场的磁感应强度b的大小；（2）线框从开始进入磁场运动到最高点所用的时间； （3）线框落地时的速度的大小。15【解析】（1）线框的ab边刚进入磁场时，感应电流 线框恰好做匀速运动，有 代入数据解得b=1t （2）设线框进入磁场做匀速运动的时间为，有 线框全部进入磁场后做竖直上抛运动，到最高点时所用时间 线框从开始进入磁场运动到最高点，所用时间 t= t1+ t2=0.9s （3）线框从最高点回到到磁场边界时速度大小不变，线框所