高三物理第九章电磁感应 定时检测一 感应电流的产生和方向 感应电动势 自感课件.ppt

1 2009 宁夏 19 如图1所示 一导体圆环位于纸面内 o为圆心 环内两个圆心角为90 的扇形区域内分别有匀强磁场 两磁场磁感应强度的大小相等 方向相反且均与纸面垂直 导体杆om可绕o转动 m端通过滑动触点与圆环接触良好 在圆心和圆环间连有电阻r 杆om以匀角速度 逆时针转动 t 0时恰好在图示位置 规定从a到b流经电阻r的电流方向为正 圆环和导体杆的电阻忽略不计 则杆从t 0开始转动一周的过程中 电流随 t变化的图象是 定时检测一楞次定律和电磁感应定律自感 图1 解析旋转的导体棒在磁场中切割磁感线 产生电动势 由右手定则可判断 开始时电流方向由b向a 为负方向 后来磁场方向相反 电流方向为正方向 因为只有开始的1 4周期和第3个1 4周期内导体棒切割磁感线 所以c正确 答案c 2 2009 浙江 17 如图2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 a a b c d ab d c b a dc 先是d c b a d 后是a b c d ad 先是a b c d a 后是d c b a d 图2 解析由楞次定律可知 在线框从右侧摆动到o点正下方的过程中 向上的磁通量在减小 故感应电流的方向沿a d c b a 线框从o点正下方向左侧摆动的过程 电流方向沿a d c b a 故选b 答案b 3 2008 全国 21 如图3所示 一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直 虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直 ba的延长线平分导线框 在t 0时 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动 直到整个导线框离开磁场区域 以i表示导线框中感应电流的强度 取逆时针方向为正 下列表示i t关系的图示中 可能正确的是 图3 解析如下图所示设恒定速度为v 则cd边运动至c1d1位置的过程中只有cd边切割磁感线 产生的感应电动势e1 2bv2t tan45 2bv2 t则i1 tcd边由c1d1运动至c2d2的过程中 如下图 只有cd边切割磁感线 有效长度为l产生的电动势e2 blv为定值 则i2 也为定值 方向为逆时针 cd边由c2d2运动至c3d3位置的过程中仍只有cd边切割磁感线时 ab边开始进入磁场 此过程中cd边产生的感应电动势可表示为e3 2bv blv 2bv2t则i3 cd边由c3d3运动至c4d4的过程中 cd边与ab边同时切割磁感线产生的感应电动势为e4 blv 2bv2t 2bv2t blv 4bv2ti4 当t 时 i4 0当t 时 i的方向变为顺时针 电流变为顺时针后 由于对称性 其大小变化将重复上述过程 由以上分析可判定c选项正确 答案c 4 2008 海南 1 法拉第通过精心设计的一系列实验 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 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 解析磁铁可使近旁的铁块磁化带磁 静电荷可使近旁的导体引起静电感应带电 但静止的稳恒电流 其磁场不变 不会使静止的线圈磁通量发生变化而产生感应电流 所以a项被实验否定 答案应为a 除此之外 磁铁可使运动的导体切割磁感线产生感应电动势 稳恒电流尽管磁场不变 但运动的线圈磁通量会变化 同样运动导线上的稳恒电流也会使线圈磁通量变化 综上所述b c d都会被实验所证实是正确的 答案a 5 2008 海南 10 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解析由于地磁场方向由南向北 由右手定则 判断出a d对 ad 6 2009 山东 21 如图4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4 a 感应电流方向不变b cd段直导线始终不受安培力c 感应电动势最大值em bavd 感应电动势平均值e bav解析由楞次定律可知感应电流方向始终沿逆时针 故选项a正确 由右手定则知cd段直导线始终受安培力 故选项b错误 当有一半进入磁场时 切割磁感线的有效长度最大 最大感应电动势为em bav 故选项c正确 根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势的平均值 故选项d正确 答案acd 7 2009 安徽 20 如图5甲所示 一个电阻为r 面积为s的矩形导线框abcd 水平放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度为b 方向与ad边垂直并与线框平面abcd成45 角 o o 分别是ab边和cd边的中点 现将线框右半边绕oo 逆时针旋转90 到图乙所示位置 在这一过程中 导线中通过的电荷量是 图5 a b c d 0解析设开始穿过的磁通量为正 开始磁通量为1 bssin45 bs 则转过90 时穿过aoo 左边一半线框的磁通量为 2 bsin45 bs 穿过boo c右边的一半线框的磁通量为 2 bsin45 bs 因此 转过90 时穿过整个线框的磁通量为2 2 2 0 转动过程中磁通量变化量为 1 2 bs 由法拉第电磁感应定律得 根据闭合电路的欧姆定律有 该过程通过线框截面的电荷量q t 联立 式得q 答案a 8 2008 江苏 8 如图6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 开关s从闭合状态突然断开时 下列判断正确的有 图6 a a先变亮 然后逐渐变暗b b先变亮 然后逐渐变暗c c先变亮 然后逐渐变暗d b c都逐渐变暗解析由题图中看出 s突然断开时 电感l1 l2中的感应电流瞬间都加在灯a上 所以a瞬间电流比原来大 所以灯a先变亮 然后逐渐变暗 b c都逐渐变暗 答案ad 9 2009 全国 24 如图7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为 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 其右半部位于磁场区域中 求 图7 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 解析 1 导线框产生的感应电动势e l2 b 导线框中的电流i 式中r是导线框的电阻 根据电阻定律有r 联立 式 将 k代入得i 2 导线框所受磁场的作用力大小为f bil 它随时间的变化率为 由 式得 答案 1 2 10 2008 天津 25 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8甲所示 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 磁感应强度b沿ox方向按正弦规律分布 其空间周期为 最大值为b0 如图乙所示 金属框同一长边上各处的磁感应强度相同 整个磁场以速度v0沿ox方向匀速平移 设在短暂时间内 mn pq边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略 并忽略一切阻力 列车在驱动系统作用下沿ox方向加速度行驶 某时刻速度为v v v0 1 简要叙述列车运行中获得驱动力的原理 2 为使列车获得最大驱动力 写出mn pq边应处于磁场中的什么位置及与d之间应满足的关系式 3 计算在满足第 2 问的条件下列车速度为v时驱动力的大小 图8 解析 1 由于列车速度与磁场平移速度不同 导致穿过金属框的磁通量发生变化 由于电磁感应 金属框中会产生感应电流 该电流受到的安培力即为驱动力 2 为使列车获得最大驱动力 mn pq应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方 这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大 导致框中电流最强 也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大 因此 d应为的奇数倍 即d 2k 1 或 k n 3 由于满足第 2 问条件 则mn pq边所在处的磁感应强度大小均为b0且方向总相反 经短暂的时间 t 磁场沿ox方向平移的距离为v0 t 同时 金属框沿ox方向移动的距离为v t 因为v0 v 所以在 t时间内mn边扫过磁场的面积s v0 v l t在此 t时间内 mn边左侧穿过s的磁通量移进金属框而引起框内磁通量变化 mn b0l v0 v t同理 该 t时间内 pq边左侧移出金属框的磁通量引起框内磁通量变化 pq