高考物理考点分类解析十二、电磁感应[1]

1 电磁感应 1 电磁感应现象电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫做 产生的电流叫做 这种现象是 最先发现的 电流周围产生磁场叫 是 最先发现的 1 产生感应电流的条件 穿过闭合电路的 发生变化 即 0 2 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磁通量发生变化 线路中就有感 应电动势 产生感应电动势的那部分导体相当于 2 电磁感应现象的实质 是产生感应电动势 如果回路闭合 则有 回路不闭合 则只有 而无 2 磁通量 1 定义 磁感应强度 B 与垂直磁场方向的面积 S 的乘积叫做穿过这个面的磁通 量 定义式 如果面积 S 与 B 不垂直 应以 B 乘以在垂直于磁场方向上的投影 面积 S 即 BS 国际单位 求磁通量时注意磁通量有正负值的含义 3 楞次定律楞次定律 1 楞次定律 感应电流的磁场 总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 适 用于一般情况的感应电流方向的判定 而 只适用于导线切割磁感线运动的情 况 此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便 2 楞次定律的另一种表述 感应电流总是阻碍产生它的那个原因 表现形式有三种 阻碍原磁通量的变化 阻碍物体间的相对运动 阻碍原电流的变化 自感 3 思路步骤 找出闭合回路所在的原磁场方向 明确回路中的磁通量变化 判断 出感应电流的磁场方向 磁通量增大 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 磁通量减 小 感应电流的磁场与原磁场方向相同 最后得出感应电流方向 由安培定则得 4 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 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 表达式 E 当导体做切割磁感线运动时 当 B L v 三者两两垂直时 感应电动势 E 1 两个公式的选用方法 计算的是在 t 时间内的平均电动势 用公式 计算 瞬时电动势时通常用公式 E BLv 中的 v 若为瞬时速度 则算出的就是瞬时电动势 若 v 为平均速度 算出的就是平均 电动势 5 自感现象 1 自感现象 由于导体本身的 发生变化而产生的电磁感应现象 2 自 感电动势 在自感现象中产生的感应电动势叫 电动势 自感电动势的大小取决 于 和 自感电动势方向总是阻碍电流的变化 6 电磁感应中的电路问题 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 7 电磁感应现象中的力学问题 1 通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用 电磁感应问题往往和力学问题联 系在一起 基本方法是 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 求回路中电流强度 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 列动力学方程或平衡方程求解 2 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 导体达稳定运动状态 抓住 a 0 时 速度 v 达最 大值的特点 8 电磁感应中能量转化问题 安培力做了多少功 就有多少电能发生转化 安培力做正功 就有多少电能转化为其它形 式的能 安培力做负功 就有多少其他形式的能转化为电能 9 电磁感应中图像问题 电磁感应现象中图像问题的分析 要抓住磁通量的变化是否均匀 从而推知感应电动势 电流 大小是否恒定 用楞次定律判断出感应电动势 或电流 的方向 从而确定其正负 以及在坐标中的范围 1 用如图所示的实验装置研究电磁感应现象 当有电流从电流表的正 极流入时 指针向右偏转 下列说法哪些是正确的 A 当把磁铁 N 极向下插入线圈时 电流表指针向左偏转 B 当把磁铁 N 极从线圈中拔出时 电流表指针向左偏转 C 保持磁铁在线圈中静止 电流表指针不发生偏转 D 磁铁插入线圈后 将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动 电流表指针向左偏 2 如图 线圈 M 和线圈 N 绕在同一铁芯上 M 与电源 开关 滑动 变阻器相连 P 为滑动变阻器的滑动端 开关 S 处于闭合状 态 N 与电阻 R 相连 下列说法正确的是 A 当 P 向右移动 通过 R 的电流为 b 到 a B 当 P 向右移动 通过 R 的电流为 a 到 b C 断开 S 的瞬间 通过 R 的电流为 b 到 a D 断开 S 的瞬间 通过 R 的电流为 a 到 b 3 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中 磁场方向垂直于线框平面 其边界与正方形线框的边平行 现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场 如图所示 则在移出过程中线框一边 a b 两点间的电势差绝对值最大的是 A B C D 4 如图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 飞行高度不变 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 U1 右方机翼末端处 的电势为 U2 A 若飞机从西往东飞 U1比 U2高 B 若飞机从东往西飞 U1比 U2高 C 若飞机从南往北飞 U1比 U2高 D 若飞机从北往南飞 U1比 U2高 N S NM S P ab R a b v a b v a b v a b v 第 6 题图 3 v B B L L L L 5 5 如图所示 在一根铁捧上绕有绝缘线圈 a c 是线圈两端 b 为中间抽头 把 a b 两 点接入一平行金属导轨 在导轨上横放一金属棒 导轨间有如 图所示的匀强磁场 要使 a c 两点的电势都高于 b 点 则金 属棒沿导轨的运动情况可能是 A 向右做匀加速直线运动B 向左做匀加速直线运动 C 向右做匀减速直线运动 D 向左做匀减速直线运动 6 6 如图所示 A B 是两盏完全相同的白炽灯 L 是电阻不计的电感线圈 如果断开电键 S1 闭合 S2 A B 两灯都能同样发光 如果最初 S1是闭合的 S2是断开的 那么 可能出现 的情况是 A 刚一闭合 S2 A 灯就立即亮 而 B 灯则延迟一段时间才亮 B 刚闭合 S2时 线圈 L 中的电流最大 C 闭合 S2以后 A 灯变亮 B 灯由亮变暗 D 再断 S2时 A 灯立即熄火 B 灯先亮一下然后熄灭 7 7 如图所示 为两个有界匀强磁场 磁感应强度大小均为 B 方 向分别垂直纸面向里和向外 磁场宽度均为 L 距磁场区域的左 侧 L 处 有一边长为 L 的正方形导体线框 总电阻为 R 且线框 平面与磁场方向垂直 现用外力 F 使线框以速度 v 匀速穿过磁场 区域 以初始位置为计时起点 规定 电流沿逆时针方向时的电 动势 E 为正 磁感线垂直纸面向里时磁通量 的方向为正 外力 F 向右为正 则以下关于线框中的磁通量 感应电动势 E 外 力 F 和电功率 P 随时间变化的图象正确的是 8 一个半径为 r 质量为 m 电阻为 R 的金属圆环 用一根长为 L 的绝缘细绳悬挂于 O 点 离 O 点下方 L 2 处有一宽度为 L 4 垂直纸面向里的匀强磁场区域 如图所示 现使圆环 从与悬点 O 等高位置 A 处由静止释放 细绳张直 忽 略空气阻力 摆动过程中金属环所在平面始终垂直磁 场 则在达到稳定摆动的整个过程中金属环产生的热量 是 A mgL B mg L 2 r C mg 3L 4 r D mg L 2r 9 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如图所示 抛物的方程是y x2 下半部处在一个 水平方向的匀强磁场中 磁场的上边界是y a的直线 图中虚线所 示 一个小金属环从抛物线上y b b a 处以速度v沿抛物线下滑 假设抛物线足够长 金属环沿抛物线下滑后产生的焦 耳热总量 是 t A t P D t F C 0 0 0 0 E t B 0 8 题图 第 题图 4 10 10 如图 7 所示 一光滑平行金属轨道平面与水平面成 角 两道轨上端用一电阻 R 相连 该装置处于匀强磁场中 磁场方向垂直轨道平面向上 质量为 m 的金属杆 ab 以初速度 v0从轨道底端向上滑行 滑行到某一高度 h 后又返回到底端 若运动过程中 金属杆始终 保持与导轨垂直且接触良好 且轨道与金属杆的电阻均忽略不计 则 A 整个过程中金属杆所受合外力的冲量大小为 2mv0 B 上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做的功等于 2 0 2 1 mv C 上滑到最高点的过程中电阻 R 上产生的焦耳热等于mghmv 2 0 2 1 D 金属杆两次通过斜面上的同一位置时电阻 R 的热功率相同 11 10 分 如图 15 所示 边长 L 0 20m 的正方形导线框 ABCD 由粗细均匀的同种材料制 成 正方形导线框每边的电阻 R0 1 0 金属棒 MN 与正方形导 线框的对角线长度恰好相等 金属棒 MN 的电阻 r 0 20 导线 框放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度 B 0 50T 方向垂直导 线框所在平面向里 金属棒 MN 与导线框接触良好 且与导线框 对角线 BD 垂直放置在导线框上 金属棒的中点始终在 BD 连线 上 若金属棒以 v 4 0m s 的速度向右匀速运动 求 计算结果 保留两位有效数字 1 金属棒产生的电动势大小 2 金属棒 MN 上通过的最大电流大小和方向 3 导线框消耗的电功率 12 如图所示 在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中 有两条足够长的平行金 属导轨 其电阻不计 间距为L 导轨平面与磁场方向垂直 ab cd为两根垂直导轨放置 的 电阻都为R 质量都为m的金属棒 棒cd用能承受最大拉力为T0的水平细线拉住 棒cd与导轨间的最大静摩擦力为f 棒ab与导轨间的摩擦不计 在水平拉力F的作用下 以加速度a由静止开始向右做匀加速直线运动 求 1 线断以前水平拉力F随时间t的变化规律 2 经多长时间细线将被拉断 F B a b c d 图 7 h a b R B v0 5 13 如图甲所示 某人设计了一种振动发电装置 它的结构是一个半径r 0 1m 20 匝的线 圈套在辐向形永久磁铁槽中 磁场中的磁感线均沿半径方向均匀分布 从右侧观察如图乙 所示 已知线圈所在位置磁感应强度B的大小均为 0 2T 线圈总电阻为 2 它的引出线 接有阻值为 8 的灯泡L 外力推动与线圈相连的P端使其做往复运动 线圈切割辐向磁 场中的磁感线产生感应电流 线圈位移随时间变化的规律如图丙所示 线圈位移取向右为 正 在丁图中画出感应电流随时间变化的图象 在乙图中取逆时针电流为正 求每一次推动线圈运动过程中作用力的大小 若不计摩擦等损耗 求该发电机的输出功率 14 12 分 如图所示 固定于水平桌面上的金属框架 cdef 处在竖直向下的匀强磁场中 金属棒 ab 搁在框架上 可无摩擦滑动 此时 adeb 构成一个边长为 l 的正方形 棒的电阻为 r 其余部分电阻不计 开始时磁感强度为 B0 若从 t 0 时刻起 磁感强度均匀增加 每秒增量为 k 同时保持棒静止 求棒中感应电流的大小 在上述 情况中 始终保持棒静止 当 t t1时需加的垂 直于棒的水平拉力为多大 若从 t 0 时刻起 磁感强度逐渐减小 当棒以恒定速度 v 向右做匀速运动时 可使棒 中不产生感应电流 则磁感强度应怎样随时间变化 写出 B 与 t 的关系式 15 如图 光滑平行的水平金属导轨MN PQ相距l 在M点和P点间接一个阻值为R的电 阻 在两导轨间OO1O1 O 矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下 宽为d的匀强磁场 磁 感强度为B 一质量为m 电阻为r的导体棒ab 垂直搁在导轨上 与磁场左边界相距 N N SPL 甲 N S N N N NN N N 乙 x cm t s O 8 0 4 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 丙 0 1 I A t sO 0 2 0 3 0 4 0 5 丁 0 2 0 2 0 4 0 4 6 d0 现用一大小为F 水平向右的恒力拉ab棒 使它由静止开始运动 棒ab在离开磁场 前已经做匀速直线运动 棒ab与导轨始终保持良好的接触 导轨电阻不计 求 1 棒ab在离开磁场右边界时的速度 2 棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能 3 试分析讨论ab棒在磁场中可能的运动情况 16 一电阻为R的金属圆环 放在匀强磁场中 磁场与圆环所在平面垂直 如图 a 所 示 已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图 b 所示 图中的最大磁通量 0和变 化周期T 都是已知量 求 1 在t 0 到的时间内 通过金属圆环某横截面的电荷量 q 4 T t 2 在t 0 到t 2T的时间内 金属环所产生的电热