高二物理选修3-2学案

1 第四章第四章 电磁感应电磁感应 4 1 划时代的发现 探究电磁感应的产生条件 自主学习 1 定义 的现象称为电磁感应现象 在电磁感应现象中所产生的 电流称为 2 到了18世纪末 人们开始思考不同自然现象之间的联系 一些科学家相信电与磁之 间存在着某种联系 经过艰苦细致地分析 试验 发现了电生磁 即电流的磁 效应 发现了磁生电 即电磁感应现象 3 在电磁感应现象中产生的电动势称为 产生感应电动势的那段导体相 当于 4 产生感应电流的条件是 5 判断感应电流的方向利用 或 但前者应用于闭合电路 的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动 后者可应用于一切情况 针对训练 1 下列说法正确的是 A 导体在磁场中运动时 导体中一定有感应电流 B 导体在磁场中做切割磁感线运动时 导体中一定有感应电流 C 只要穿过电路的磁通量发生变化 电路中一定有感应电流产生 D 只要穿过闭合电路磁通量发生变化 电路中一定有感应电流 2 关于电磁感应现象 下列说法正确的是 A 导体相对磁场运动 导体内一定会产生感应电流 B 导体垂直磁场运动 导体内一定会产生感应电流 C 闭合电路在磁场中作切割磁感线运动 电路内一定会产生感应电流 D 穿过闭合电路的磁通量发生变化 电路中一定会产生感应电流 3 关于电磁感应现象 下列说法中正确的是 B 闭合线圈放在变化的磁场中 必然有感应电流产生 D 闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动 必然产生感应电流 F 穿过闭合线圈的磁通量变化时 线圈中有感应电流 H 穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时 电路中有感应电流 能力训练 1 如图5所示 条形磁铁穿过一闭合弹性导体环 且导体环位于条形磁铁的中垂面上 如 果把导体环压扁成椭圆形 那么这一过程中 B 穿过导体环的磁通量减少 有感应电流产生 D 穿过导体环的磁通量增加 有感应电流产生 F 穿过导体环的磁通量变为零 无感应电流 I 穿过导体环的磁通量不变 无感应电流 2 金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图6所示的运动 线圈中有感应电流的是 2 3 如图7所示 一个矩形线圈与通有相同大小电流的平行直导线在同 一平面内 且处于两直导线的中央 则线框中有感应电流的是 E 两电流同向且不断增大 B 两电流同向且不断减小 C 两电流反向且不断增大 D 两电流反向且不断减小 4 如图8所示 线圈两端接在电流表上组成闭合回路 在下列情况中 电流表指针不发生偏转的是 A 线圈不动 磁铁插入线圈 B 线圈不动 磁铁拔出线圈 C 磁铁插在线圈内不动 D 磁铁和线圈一块平动 5 一个处在匀强磁场中的闭合线圈中有一定的磁通量穿过 能使该回路产生感应电流 的是 A 改变磁场的磁感应强度 B 改变回路平面与磁场方向的夹角 C 改变闭合线圈所围成的面积 D 线圈在磁场中平移 6 如图9所示 直导线中通以电流I 矩形线圈与电流共面 下 列情况能产生感应电流的是 A 电流I增大 B 线圈向右平动 C 线圈向下平动 D 线圈绕ab边转动 7 如图10所示 线圈abcd在磁场区域ABCD中 下列哪种情况下 线圈中有感应电流产生 B 把线圈变成圆形 周长不变 B 使线圈在磁场中加速平移 C 使磁场增强或减弱 D 使线圈以过ad的直线为轴旋转 8 闭合矩形线圈跟磁感线方向平行 如图11所示 下列 那种情况线圈中有感应电流 A 线圈绕ab轴转动 B 线圈垂直纸面向外平动 C 线圈沿ab轴向下移动 D 线圈绕cd轴转动 9 如图12所示 开始时矩形线圈平面与磁场垂直 且一半在匀强磁 场内一半在匀强磁场外 若要使线圈中产生感应电流 下列方法可行的 是 A 以ab为轴转动 B 以为轴转动 O O C 以ad为轴转动 小于60 D 以bc为轴转动 小于 60 10 如图13所示 在条形磁铁的外面套着一个闭合弹簧线圈 若把线 圈四周向外拉 使线圈包围的面积变大 这时 A 线圈中有感应电流 B 线圈中无感应电流 C 穿过线圈的磁通量增大 D 穿过线圈的磁通量减小 方法小结 3 参考答案 自主学习 1 利用磁场产生电 感应电流 2 法拉第 3 感应电动势 电源 4 穿过闭合电路的磁通量发生变化 5 右手定则 楞次定律 针对训练 1 1 电源连接 两端点连在一起 2 振荡 振动 感应电流 停在原位置 2 D 3 D 4 CD 能力训练 1 B 2 A 3 CD 4 AB 5 ABC 6 ABD 7 ACD 8 A 9 ABD 10 AD 4 4 2法拉第电磁感应定律 针对训练 1 长度和粗细均相同 材料不同的两根导线 分别先后放在U形导轨上以同样的速度 在同一匀强磁场中作切割磁感线运动 导轨电阻不计 则两导线 A 产生相同的感应电动势 B 产生的感应电流之比等于两者电阻率之比 C 产生的电流功率之比等于两者电阻率之比 D 两者受到相同的磁场力 2 在图中 闭合矩形线框abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场 中 ad边位于磁场边缘 线框平面与磁场垂直 ab ad边长分别用 L1 L2表示 若把线圈沿v方向匀速拉出磁场所用时间为 t 则通 过线框导线截面的电量是 1 2 BL L R t A 1 2 BL L R B 1 2 BL L t C 12 D BL L 3 在理解法拉第电磁感应定律及改写形势 的基础上 t En B t Ens S t EnB 线圈平面与磁感线不平行 下面叙述正确的为 A 对给定线圈 感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比 B 对给定的线圈 感应电动势的大小跟磁感应强度的变化 成正比 B C 对给定匝数的线圈和磁场 感应电动势的大小跟面积的平均变化率成正比 t S D 题目给的三种计算电动势的形式 所计算感应电动势的大小都是时间内的平均值 t 4 如图所示 两个互连的金属圆环 粗金属环的电 阻为细金属环电阻的 磁场方向垂直穿过粗金属环所 1 2 在的区域 当磁感应强度随时间均匀变化时 在粗环内 产生的感应电动势为E 则a b两点的电势差为 6 如图所示 水平放置的平行金属导轨 相距L 0 5m 左端接 一电阻R 0 20 磁感应强度B 0 40T的匀强磁场方向垂直导轨平面 导体棒ab垂直导轨放在导轨上 导轨和导体棒的电阻均可忽略不计 当ab棒以V 4 0m s的速度水平向右滑动时 求 1 ab棒中感应电动势的大小 2 回路中感应电流的大小 能力训练 1如图9所示 把金属圆环匀速拉出磁场 下列叙述正确的是 A 向左拉出和向右拉出所产生的感应电流方向相反 B 不管向什么方向拉出 只要产生感应电流 方向都是顺时针 C 向右匀速拉出时 感应电流方向不变 D 要将金属环匀速拉出 拉力大小要改变 2 如图10所示 两光滑平行金属导轨水平放置在匀强磁场中 磁场 与导轨所在平面垂直 金属棒可沿导轨自由移动 导轨一端跨接一个定值电 阻 金属棒和导轨电阻不计 现用恒力将金属棒沿导轨由静止向右拉 经过 5 时间速度为V 加速度为 最终以2V做匀速运动 若保持拉力的功率恒定 经过时间 1 t 1 a 2 t 速度也为V 但加速度为 最终同样以2V的速度做匀速运动 则 2 a 12122121 3 2 aaDaaCttBttA 3 如图11所示 金属杆ab以恒定速率V在光滑平行导轨上 向右滑行 设整个电路中总电阻为R 恒定不变 整个装置置于 垂直纸面向里的匀强磁场中 下列叙述正确的是 A ab杆中的电流与速率成正比 B 磁场作用于ab杆的安培力与速率V成正比 C 电阻R上产生的电热功率与速率V的平方成正比 D 外力对ab杆做的功的功率与速率V的平方成正比 4 如图12中 长为L的金属杆在外力作用下 在匀强磁场中沿水平光滑导轨匀速运动 如果速度v不变 而将磁感强度由B增为2B 除电阻R外 其它电阻不计 那么 A 作用力将增为4倍 B 作用力将增为2倍 C 感应电动势将增为2倍 D 感应电流的热功率将增为4倍 5 如图13所示 固定于水平绝缘平面上的粗糙平行金属导轨 垂直于导轨平面有一匀 强磁场 质量为m的金属棒cd垂直放在导轨上 除电阻R和金属棒cd的电阻r外 其余电阻 不计 现用水平恒力F作用于金属棒cd上 由静止开始运动的过程中 下列说法正确的是 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 它克服安培力所做的功一定等 于电路中产生的电能 D R两端的电压始终等于cd棒中的感应电动势的值 6 如图14所示 在连有电阻R 3r的裸铜线框ABCD上 以AD为对称轴放置另一个正方形的小裸铜线框abcd 整个 小线框处于垂直框面向里 磁感强度为B的匀强磁场中 已 知小线框每边长L 每边电阻为r 其它电阻不计 现使小线 框以速度v向右平移 求通过电阻R的电流及R两端的电压 7 在磁感强度B 5T的匀强磁场中 放置两根间距 d 0 1m的平行光滑直导轨 一端接有电阻R 9 以及电键S 和电压表 垂直导轨搁置一根电阻r 1 的金属棒ab 棒与导 轨良好接触 现使金属棒以速度v 10m s匀速向右移动 如图 15所示 试求 1 电键S闭合前 后电压表的示数 2 闭合电键S 外力移动棒的机械功率 6 参考答案 自主学习 1 BD 2 D 3 4 5 1 5 S B B t S S B B t S SB R 针对训练 1 A 2 B 3 ACD 4 2 3E 5 证明 设导体棒以速度V匀速向右滑动 经过时间 导体棒与导轨所围面积的变t 化 SLV t S tt EBBLV 6 1 0 8V 2 4A 能力训练 1 BCD 2 AD 3 ABCD 4 ACD 5 BC 6 3 44 BLV r BLV 7 1 5V 4 5V 2 2 5W 8 9 增大 减小 2 2 2hB L mgR 10 1 0 4米 2 0 4米 秒 0 0392J 4 3楞次定律 针对训练 1 下述说法正确的是 A 感应电流的磁场方向总是跟原来磁场方向相反 7 B 感应电流的磁场方向总是跟原来的磁场方向相同 C 当原磁场减弱时 感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同 D 当原磁场增强时 感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同 2 关于楞次定律 下列说法中正确的是 A 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强 B 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱 C 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化 D 感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 3 如图5所示的匀强磁场中 有一直导线ab在一个导体框架上向左运动 那么ab导线 中感应电流方向 有感应电流 及ab导线所受安培力方向分别 是 A 电流由b向a 安培力向左 B 电流由b向a 安培力向右 C 电流由a向b 安培力向左 D 电流由a向b 安培力向右 4 如图6所示 若套在条形磁铁上的弹性金属导线圈 突然 缩小为线圈 则关于线圈的感应电流及其方向 从上往下看 是 A 有顺时针方向的感应电流 B 有逆时针方向的感应电流 C 先 逆时针后顺时针方向的感应电流 D 无感应电流 5 如图7所示 螺线管中放有一根条形磁铁 当磁铁 突然向左抽出时 A点的电势比B点的电势 当 磁铁突然向右抽出时 A点的电势比B点的电势 能力训练 1 如图8所示 AB为固定的通电直导线 闭合导线框P与AB在同一 平面内 当P远离AB运动时 它受到AB的磁场力为 A 引力且逐渐减小 B 引力且大小不变 C 斥力且逐渐减小 D 不受力 2 如图9所示 当条形磁铁运动时 流过电阻的电流方向是由A流 向B 则磁铁的运动可能是 A 向下运动 B 向上运动 C 若N极在下 向下运动 D 若S极在下 向下运动 3 如图10所示 a b两个同心圆线圈处于同一水 平面内 在线圈a中通有电流I 以下哪些情况可以使 线圈b有向里收缩的趋势 A a中的电流I沿顺时针方向并逐渐增大 B a中的电流I沿顺时针方向并逐渐减小 C a中的电流沿逆时针方向并逐渐增大 D a中的电流沿逆时针方向并逐渐减小 8 4 如图11所示 两同心金属圆环共面 其中大闭合圆环与导轨绝缘 小圆环的开口 端点与导轨相连 平行导轨处在水平面内 磁场方向竖直向下 金属棒ab与导轨接触良好 为使大圆环中产生图示电流 则ab应当 A 向右加速运动 B 向右减速运动 C 向左加速运动 D 向左减速运动 5 一环形线圈放在匀强磁场中 第一秒内磁感 线垂直线圈平面向里 磁感应强度随时间的变化关 系如图12所示 则第二秒内线圈中感应电流大小变 化和方向是 A 逐渐增加逆时针 B 逐渐减小顺时针 C 大小恒定顺时针 D 大小恒定逆时针 6 如图13所示 Q为用毛皮摩擦过的橡胶圆盘 由于它的转动 使得金属环P中产生了逆 时针方向的电流 则Q盘的转动情况是 A 顺时针加速转动 B 逆时针加速转动 C 顺时针减速转动 D 逆时针减速转动 7 如图14所示 三角形线圈abc与长直导线彼此绝缘并靠近 线圈面积被分为相等的两部分 导线MN接通电流的瞬间 在abc中 A 无感应电流 B 有感应电流 方向a b c C 有感应电流 方向 c b a D 不知MN中电流的方向 不能判断abc中电流的方向 8 如图15所示 条形磁铁从h高处自由下落 中途穿过一个固 定的空心线圈 K断开时 落地时间为t1 落地速度为V1 K闭合时 落地时间为t2 落地速度为V2 则 t1 t2 V1 V2 9 如图16所示 在两根平行长直导线M N中 通过同方向 同强度的电流 导线框ABCD和两导线在同一平面内 线框沿着与两 导线垂直的方向 自右向左在两导线间匀速移动 在移动过程中 线框中产生感应电流的方向是 A 沿ABCDA 方向不变 B 沿ADCBA 方向不变 C 由沿ABCDA方向变成沿ADCBA方向 D 由沿ADCBA方向变成沿ABCDA方向 9 参考答案 自主学习 1 逆时针 无 有 顺时针 2 ab 针对训练 1 C 2 D 3 D 4 A 5 高 高 6 阻碍磁通量的变化 阻碍相对运动 是其它形式的 7 磁通量的变化 能力训练 1 A 2 D 3 BD 4 BC 5 D 6 BC 7 D 8 9 B 10 1 0 4A a b 2 5 7 2 10 C 4 4感生电动势和动生电动势 学习目标 1 知道感生电动势和动生电动势 2 理解感生电动势和动生电动势的产生机理 自主学习 10 1 英国物理学家麦克斯韦认为 变化的磁场会在空间激发一种电场 这种电场叫 做 电场 有这种电场产生的电动势叫做 该电场的方向可以由右 手定则来判定 2 由于导体运动而产生的感应电动势称为 典型例题 例1 如图1所示 在竖直向下的磁感应强度为B的 匀强磁场中 有两根水平放置且足够长的平行金属导 轨AB CD 在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻 一根 质量为m的金属棒ab 垂直导轨放置 导轨和金属棒的 电阻不计 金属棒与导轨间的动摩擦因数为 若用 恒力F沿水平向右拉导体棒运动 求金属棒的最大速度 分析 金属棒向右运动切割磁感线 产生动生电动势 由右手定则知 棒中有ab方向 的电流 再由左手定则 安培力向左 导体棒受到的合力减小 向右做加速度逐渐减小的 加速运动 当安培力与摩擦力的合力增大到大小等于拉力F时 加速度减小到零 速度达 到最大 此后匀速运动 所以 mgBILF R BLV I 22 LB RmgF V 例2 如图2所示 线圈内有理想的磁场边界 当磁感应强度 均匀增加时 有一带电量为q 质量为m的粒子静止于水平放置的 平行板电容器中间 则此粒子带 若线圈的匝数为n 线 圈面积为S 平行板电容器的板间距离为d 则磁感应强度的变化 率为 分析 线圈所在处的磁感应强度增加 发生变化 线圈中有感生电动势 由法拉第 电磁感应定律得 再由楞次定律线圈中感应电流沿逆时针方向 所以 t B t nSnE 板间的电场强度方向向上 带电粒子在两板间平衡 电场力与重力大小相等方向相反 电 场力竖直向上 所以粒子带正电 t B d qns d E qmg qns mgd t B 针对训练 1 通电直导线与闭合线框彼此绝缘 它们处在同一平面内 导线位 置与线框对称轴重合 为了使线框中产生如图3所示的感应电流 可采 取的措施是 A 减小直导线中的电流 B 线框以直导线为轴逆时针转动 从上往下看 C 线框向右平动 D 线框向左平动 2 一导体棒长l 40cm 在磁感强度B 0 1T的匀强磁场中做切割磁感线运动 运动的 速度v 5 0m s 导体棒与磁场垂直 若速度方向与磁感线方向夹角 30 则导体棒中 感应电动势的大小为 V 此导体棒在做切割磁感线运动时 若速度大小不变 可能 产生的最大感应电动势为 V 11 3 一个N匝圆线圈 放在磁感强度为B的匀强磁场中 线圈平面跟磁感强度方向成30 角 磁感强度随时间均匀变化 线圈导线规格不变 下列方法中可使线圈中感应电流增加 一倍的是 A 将线圈匝数增加一倍 B 将线圈面积增加一倍 C 将线圈半径增加一倍 D 适当改变线圈的取向 4 如图4所示 四边完全相同的正方形线圈置于一有界匀强磁 场中 磁场垂直线圈平面 磁场边界与对应的线圈边平行 今在 线圈平面内分别以大小相等 方向与正方形各边垂直的速度 沿 四个不同的方向把线圈拉出场区 则能使a b两点电势差的值最 大的是 A 向上拉 B 向下拉 C 向左拉 D 向右拉 5 如图5所示 导线MN可无摩擦地沿竖直的长直导轨滑 动 导线位于水平方向的匀强磁场中 回路电阻R 将MN由 静止开始释放后的一小段时间内 MN运动的加速度可能是 A 保持不变 B 逐渐减小 C 逐渐增大 D 无法确 定 6 在水平面上有一固定的U形金属框架 框架上置一金属杆 ab 如图所示 纸面即水平面 在垂直纸面方向有一匀强磁场 则 A 若磁场方向垂直纸面向外并增长时 杆ab将向右移动 B 若磁场方向垂直纸面向外并减少时 杆ab将向左移动 C 若磁场方向垂直纸面向里并增长时 杆ab将向右移动 D 若磁场方向垂直纸面向里并减少时 杆ab将向右移 7 如图7所示 圆形线圈开口处接有一个平行板电容器 圆形线圈垂直放在随时间均 匀变化的匀强磁场中 要使电容器所带电量增加一倍 正确的做法是 A 使电容器两极板间距离变为原来的一半 B 使线圈半径增加一倍 C 使磁感强度的变化率增加一倍 D 改变线圈平面与磁场方向的夹角 能力训练 1 有一铜块 重量为G 密度为D 电阻率为 把它拉制成截面半径为r的长导线 再用它做成一半径为R的圆形回路 R r 现加一个方向垂直回路平面的匀强磁场 磁感 强度B的大小变化均匀 则 A 感应电流大小与导线粗细成正比 B 感应电流大小与回路半径R成正比 C 感应电流大小与回路半径R的平方成正比 D 感应电流大小和R r都无关 2 在图8中 闭合矩形线框abcd 电阻为R 位于磁感应强 12 度为B的匀强磁场中 ad边位于磁场边缘 线框平面与磁场垂直 ab ad边长分别用L1 L2 表示 若把线圈沿v方向匀速拉出磁场所用时间为 t 则通过线框导线截面的电量是 A B C D BL1L2 tR LBL 21 R LBL 21 t LBL 21 3 如图9所示 矩形线框abcd的ad和bc的中点M N之间连接 一电压表 整个装置处于匀强磁场中 磁场的方向与线框平面垂 直 当线框向右匀速平动时 以下说法正确的是 A 穿过线框的磁通量不变化 MN间无电势差 B MN这段导体做切割磁感线运动 MN间有电势差 C MN间有电势差 所以电压表有读数 D 因为无电流通过电压表 所以电压表无读数 4 在磁感应强度为B 方向如图10所示的匀强磁场中 金 属杆PQ在宽为L的平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动 PQ中 产生的感应电动势为E1 若磁感应强度增为2B 其它条件不变 所产生的感应电动势大小变为E2 则E1与E 2之比及通过电阻R 的感应电流方向为 A 2 1 b a B 1 2 b a C 2 1 a b D 1 2 a b 5 如图11所示 一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于 通电直导线的下方 当通电直导线中电流 增大时 圆环的面积 和橡皮绳的长度L将 A 减小 L变长 减小 L变短 C 增大 L变长 增大 L变短 6 A B两个闭合电路 穿过A电路的磁通量由O增加到3 103Wb 穿过B电路的磁通 量由5 103Wb增加到6 103Wb 则两个电路中产生的感应电动势EA和EB的关系是 A EA EB B EA EB C EA EB D 无法确定 7 如图12所示 在有明显边界PQ的匀强磁场外有一个与 磁场垂直的正方形闭合线框 一个平行线框的力将此线框匀速 地拉进磁场 设第一次速度为v 第二次速度为2 v 则两次拉 力大小之比为F1 F2 拉力做的功之比为 W1 W2 拉力功率之比为P1 P2 流过导线横截 面的电量之比为 Q1 Q2 8 如图13所示 水平桌面上固定一个无电阻的光滑导轨 导 轨左端有一个R 0 08欧的电阻相连 轨距d 50厘米 金属杆ab的质 量m 0 1千克 电阻r 0 02欧 横跨导轨 磁感应强度B 0 2特的匀 强磁场垂直穿过导轨平面 现用水平力F 0 1牛拉ab向右运动 杆 ab匀速前进时速度大小为 米 秒 此时电路中消耗的电功 率为 瓦 突然撤消外力F后 电阻R上还能产生的热量为 焦 9 如图14所示 M与N为两块正对的平行金属板 匀强磁场垂直纸面向里 磁感应强 13 度为B ab是可以紧贴平板边缘滑动的金属棒 能以v1速度匀速向左或向右滑动 现有一个 电子以v2速度自左向右飞入两块板中间 方向与板平行与磁场垂直 为使电子在两板间做 匀速直线运动 则 v1的方向应如何 v1 v2的关系如何 10 如图15所示 矩形线圈abcd共有n匝 ab边长为L1 bc边长为L2 置于垂直穿过它 的均匀变化的匀强磁场中 平行正对放置的两块金属板M和N 长为L 间距为h 今有一 束带电量为q 质量为m的离子流从两板中央平行于板的方向以初速v0飞入板间 要使这些 离子恰好能从两板边缘射出 求 线圈abcd中磁感应强度的变化率如何 两板间的电 场对每一个离子做多少功 学后反思 参考答案 自主学习 1 感生电场 感生电动势 2 动生电动势 针对训练 1 D 2 0 1 0 2 3 D 4 B 5 B 6 D 7 AC 能力训练 1 D 2 B 3 BD 4 D 5 A 6 D 7 1 2 1 2 4 1 1 1 8 1m s 0 1W 0 04J 9 12 VV 右 10 2222 00 22 1 2 2 mV hmV h B t nqL L LL 4 5 自感和互感 针对训练 1 图3所示为一演示实验电路图 图中L是一带铁芯的线圈 A是一个灯泡 电键S处于 14 闭合状态 电路是接通的 现将电键S打开 则在电路切断的瞬间 通过灯泡A的电流方向 是从 端到 端 这个实验是用来演示 现象的 2 图4所示是演示自感现象的实验电路图 L是电感线圈 A1 A2是规格相同的灯泡 R的阻值与L的电阻值相同 当开关由断 开到合上时 观察到自感现象是 最后达到同样亮 3 如图5所示 两灯A1 A2完全相同 电感线圈与负载电阻及 电灯电阻均为R 当电键S闭合的瞬间 较亮的灯是 电键S断开的瞬间 看到的现象是 4 如图6所示 A1 A2是完全相同的灯泡 线圈L的电阻可以忽略 下列说法中正确的 是 A 开关S接通时 A2灯先亮 A1灯逐渐亮 最后A1A2一样亮 B 开关S接通时 A1 A2两灯始终一样亮 C 断开S的瞬间 流过A2的电流方向与断开S前电流方向相反 D 断开S的瞬间 流过A1的电流方向与断开S前电流方向相反 5 如图7所示 E为电池组 L是自感线圈 直流电阻不计 D1 D2是规格相同的小灯泡 下列判断正确的是 A 开关S闭合时 D1先亮 D2后亮 B 闭合S达稳定时 D1熄灭 D2比起初更亮 C 再断开S时 D1不立即熄灭 D 再断开S时 D1 D2均不立即熄灭 6 如图8为演示自感现象实验的电路 实验时先闭合开关 S 稳定后设通过线圈L的电流为I1 通过小灯泡D的电流为I2 小 灯泡处于正常发光状态 迅速断开开关S 则可观察到灯泡E 闪亮一下后熄灭 在灯泡E闪亮的短暂过程中 下列说法正确的 是 A 线圈L中电流由I1逐渐减为零 B 线圈L两端a端电势高于b端 C 小灯泡E中电流由I1逐渐减为零 方向与I2相反 D 小灯泡中的电流由I2逐渐减为零 方向不变 15 能力训练 1 一个线圈中的电流如果均匀增大 则这个线圈的 A 自感电动势将均匀增大 B 磁通量将均匀增大 C 自感系数均匀增大 D 自感系数和自感电动势都不变 2 如图9所示电路中 L为电感线圈 电阻不计 A B为两灯泡 则 A 合上S时 A先亮 B后亮 B 合上S时 A B同时亮 C 合上S后 A更亮 B熄灭 D 断开S时 A熄灭 B重新亮后再熄灭 3 如图10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 断开开关S1 接通S2 A B两灯都能同样发光 最初S1是接通的 S2是断开的 那么 可能出现的情况是 A 刚一接通S2 A灯就立即亮 而B灯则迟延一段时间才 亮 B 刚接通S2时 线圈L中的电流为零 C 接通S2以后 A灯变亮 B灯由亮变暗 D 断开S2时 A灯立即熄灭 B灯先亮一下然后熄灭 4 如图11所示电路 图中电流表在正接线柱流入电流时 指针顺时针方向偏转 负接线柱流入电流时指针逆时针方向偏 转 当电键K断开瞬间A1表和A2表偏转情况是 A A1顺时针 A2逆时针 B A1逆时针 A2顺时针 C A1 A2都顺时针 D A1 A2都逆时针 5 灯泡A1 A2的规格完全相同 线圈L的电阻不计 连接 如图12所示 下列说法中正确的是 A 当接通电路时 A1和A2始终一样亮 B 当接通电路时 A2先达到最大亮度 A1后达到最大亮 度 最后两灯一样亮 C 当断开电路时 A2立即熄灭 A1过一会儿才熄灭 D 当断开电路时 两灯都要过一会儿才熄灭 6 如图13所示为自感现象演示实验电路 L为一带铁芯的线 圈 A1 A2是两个相同的电流表 L的直流电阻与灯D的电阻相 同 则 A K闭合的瞬间 A1的读数大于A2的读数 B K打开的瞬间 A1的读数大于A2的读数 C K打开的瞬间 a点的电势比b点电势高 D K打开的瞬间 a点的电势比b点电势低 7 D1 D2是两个完全相同的小灯泡 L是一个自感系数很大的线圈 其电阻值与电阻R 相同 如图14所示 在电键K接通或断开时 两灯亮暗的情况为 A K刚接通时 D2比D1亮 而后D1灯亮度增强 最后两灯亮度相 同 B K刚接通时 D2比D1暗 而后D1灯亮度减弱 最后两灯亮度相 16 同 C K断开时 D2灯立即熄灭 D1灯闪亮一下才熄灭 D K断开时 D1灯和D2灯立即熄灭 8 如图15所示 L1 L2 L3为完全相同的灯泡 L为直流电 阻可忽略的自感线圈 开关K原来接通 当把开关K断开时 下面说法正确的是 A L1 闪亮一下后熄灭 B L2闪亮一下后恢复原来的亮度 C L3 变暗一下后恢复原来的亮度 D L3 闪亮一下后恢复原来的亮度 9 如图16所示 电灯的灯丝电阻为 电池电动势为2 2V 内阻不计 线圈匝数足够多 其直流电阻为 先合3 上电键K 过一段时间突然断开 则下列说法中错误的有 A 电灯立即熄灭 B 电灯立即先暗再熄灭 C 电灯会突然比原来亮一下再熄灭 且电灯中电流方向与K 断开前方向相同 D 电灯会突然比原来亮一下再熄灭 且电灯中电流方向与K断开前方向相反 10 上题图所示 当电键K接通后 通过线圈的电流方向是 通 过灯泡的电流方向是 当电键K断开瞬间 通过线圈的电流方向是 通过灯泡的电流方向是 学后反思 参考答案 自主学习 1 由于通过导体本身的电流变化 2 相反 相同 3 变化率 针对训练 1 a b 断电自感 2 A2先亮 A1后亮 3 A1 A2立即熄灭 A1滞后一段时间灭 4 AC 5 BC 6 AD 能力训练 1 BD 2 BCD 3 BCD 4 B 5 BD 6 AD 7 B 因为不知道 线圈电阻与灯的电阻的大小关系 C不能确定D1是否更亮一下再熄灭 8 D 9 ACD 10 a b a b a b b a 17 4 6 涡流 学习目标 1 知道什么是涡流 2 知道电磁阻尼和电磁驱动 3 知道涡流的危害和应用 自主学习 1 如图1所示 磁场方向垂直穿过金属圆板 当磁感应强度减小时 产生图示的感应 电流 看起来就像水中旋涡 叫做 2 如图2所示 U型金属导轨水平放置 磁场方向竖直向下 导体棒ab以一定的初速度 滑动 导体棒的速度越来越小 最后将静止 这种现象叫做 3 如图3所示 平行的水平金属导轨一端与电源相连接 另一端放一导 体棒 磁场方向垂直导轨平面 开关闭合后 导体棒在安培力作用下会运动 起来 这种现象叫做 针对训练 1 在水平放置的光滑导轨上 沿导轨固定一个条形磁铁 如图5所示 现有铜 铝和有机玻璃制成的滑块甲 乙 丙 使它们从导轨上的A点以某 一初速向磁铁滑去 各物块在向磁铁运动的过程中 A 都做匀速运动 B 甲 乙做加速运动 C 甲 乙做减速运动 D 乙 丙做匀速运动 2 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 而不用塑料做骨架是 因为 A 塑料材料的坚硬程度达不到要求 B 塑料是绝缘的 对线圈的绝缘产生不良影响 C 铝框是导体 在铝框和指针一块摆动过程中会产生涡流 使指针很快停止摆动 D 铝框的质量比塑料框的质量大 3 如图6所示 在水平通电直导线的正下方 有一半圆形光滑弧形轨道 一导体圆环 自轨道右侧的P点无初速度滑下 下列判断正确的是 A 圆环中将有感应电流产生 B 圆环能滑到轨道左侧与P点等高处 C 圆环最终停到轨道最低点 D 圆环将会在轨道上永远滑动下去 4 变压器 电动机的线圈都是绕在铁芯上的 当线圈中通过变化的电流时 在铁芯中 会产生 使铁芯发热 造成能量的浪费 5 一些电风扇的调速器 日光灯的镇流器是把线圈绕在铁芯上制成的 当电风扇 日光灯工作时 线圈中通过交变电流 从而产生交变的磁场 变化的磁场通过铁芯 就在 铁芯中产生 使铁芯的温度升高 所以 电风扇 日光灯工作一段时间后 调速 18 器 镇流器会发热 6 用来冶炼合金钢的真空冶炼炉 炉外绕有线圈 线圈中通有高频电流 产生的变 化磁场使炉内的金属中产生 从而使金属的温度升高来冶炼高质量的合金 7 对于金属壳地雷或有较大金属零件的地雷 可以使用一种探雷器来探测 这种探 雷器有一个线圈 线圈中通过变化的电流会产生变化的磁场 使埋在地下的金属壳地雷或 金属零件产生 参考答案 自主学习 1 涡流 2 电磁阻尼 3 电磁驱动 针对训练 1 C 2 C 3 AC 4 涡流 5 涡流 6 涡流 7 涡流 8 电磁驱动 19 电磁感应 测试 一 选择题 每题至少有一个选项正确 1 闭合电路中感应电动势的大小跟 A 穿过这一电路的磁通量成正比 B 穿过这一电路的磁通量的变化量成正比 C 穿过这一电路的磁通量变化率成正比 D 穿过这一电路的磁通量的变化快慢有关 跟磁通量的变化量无关 2 将一磁铁缓慢插入或者迅速的插入到闭合线圈中的同一位置 不发生变化的物理量是 G 通过线圈的磁通量 B 通过线圈的磁通量的变化率 C 感应电流的大小 D 通过导体某一横截面的电荷量 3 如图1所示 用铝板制成 U 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 让整个装置在水平方向的磁场中向左以速度V匀速运动 若悬线拉力为F 则 1 A 悬线竖直 F mg 1 B 悬线竖直 F mg 1 C 适当选择V的大小可使F 0 1 D 因条件不足 F 与mg的大小关系无法确定 1 4 如图2所示 n 50匝的圆形线圈M 它的两端点a b与内阻很大的电压表相连 线圈中磁 通量的变化规律如图所示 则ab两点的电势高低与电压表的读数为 A 20V a b B 100V a b C 20V a b D 100V a b 5 一个面积S 4 10m 匝数n 100匝的线圈 放在匀强磁场 2 2 中 磁场方向垂直平面 磁感应强度的大小随时间变化规律如图 3所示 由图可知 A 在开始2秒内穿过线圈的磁通量的变化率等于0 08Wb s B 在开始2秒内穿过线圈的磁通量的变化量等于零 20 C 在开始2秒内线圈中产生的感应电动势等于8V D 在第3秒末感应电动势为零 6 如图4所示 两水平放置的平行金属板M N放在匀强磁 场中 导线ab帖着M N边缘以速度V向右匀速滑动 当一 带电粒子以水平速度V 射入两板间后 能保持匀速直线运 0 动 该带电粒子可能 A 带正电 速度方向向左 B 带负电速度方向向左 C 带正电速度方向向右 D 带负电速度方向向右 7 如图5所示 匀强磁场方向垂直纸面向里 导体棒AB在 金属框上向右运动 以下说法正确的是 A AB中无电流 C AB中有电流 方向由A向B E AB中有电流 方向由B向A D AB中有电流 方向时而由A向B 时而由B向A 8 在磁感应强度为0 5T的匀强磁场中 让长为0 2m的导线垂直于磁场方向 导线做切 割磁感线运动 产生的感应电动势为0 5V 则导线切割磁感线的速度为 A 0 5m s B 5m s C 0 05m s D 2 5m s 二 填空题 请把正确答案填到划线处 9 如图6所示 一有限范围内的磁场 宽度为d 将一个边长 为L的正方形导线框以速度V匀速的通过磁场区域 若d L 则 在线框中不产生感应电流的时间应等于 10 在匀强磁场中有一线圈 磁感应强度与线圈平面的夹角为 已知穿过这个线圈的磁 通量为 线圈的面积为S 这个磁场的磁感应强度为 11 匀强磁场的磁感应强度为0 2T 垂直切割磁感线的导体长度为 40cm 线框向左匀速运动的速度为10m s 如图7所示 整个线框 的电阻为2 线框中的感应电流大小是 12 图8中 形金属线框的两平行边间距为L米 垂直于线框 平面的匀强磁场磁感应强度为B特 线框上连接的电阻阻值为 R欧 其它电阻不计 当MN金属棒以垂直于磁感线方向的速 度V米 秒匀速运动时 感应电动势的大小为 伏 电 阻R消耗的电功率为 瓦 三 计算题 请写出必要的文字说明和重要演算步骤 只写出最后答案的不能得分 13 如图10所示 MN PQ是两条水平放置的平行光滑导轨 其阻值可以忽略不计 轨道间 距L 0 6m 匀强磁场垂直导轨平面向下 磁感应强度B 1 0 10T 金属杆ab垂直于导轨 2 放置与导轨接触良好 ab杆在导轨间部分的电阻r 1 0 在导轨的左侧连接有电阻R R 阻 12 值分别为R 3 0 R 6 0 ab杆在外力作用下以v 5 0m s的速度向右匀速运动 12 21 1 ab杆哪端的电势高 2 求通过ab杆的电流I 3 求电阻R 上每分钟产生的热量Q 1 15 如图11所示 一个质量为m 0 01kg 边长L 0 1m 电阻R 0 4 的正方形导体线框 abcd 从高h 0 8m的高处由静止自由下落 下落时线框平面始终在竖直平面内 且保持与 水平磁场方向垂直 当线框下边bc刚一进入下方的有界匀强磁场时 恰好做匀速运动 g 10m s 2 1 磁场的磁感应强度B的大小 2 如果线圈的下边bc通过磁场所经历的时间为t 0 125s 求bc边刚从磁场下边穿出时线 框的加速度大小 电磁感应测试参考答案 1 CD 2 AD 3 A 4 B 5 AC 6 CD 7 C 8 B 9 10 2dL V sinS 11 0 4A 12 BLV 2 BLV R 13 2222 22 1 2 B a LVB a Vd RR 图 11 22 14 1 a 2 0 01A 3 3 8 10 J 15 1 1T 2 2 2 5 m s 23 t t2 t4 Em 0 t1 t3 e t 4 2 0 0 01 3 2 0 020 030 04 i A 第五章 交变电流 5 1 交变电流 电感电容对交变电流的作用 自主学习 一 交变电流的产生 1 什么是中性面 2 当线圈处于中性面时 穿过线圈的磁通量 感应电流为 而当线圈 垂直于中性面时 穿过线圈的磁通量为 感应电流 3 线圈每转动一周 电流方向改变 次 电流方向改变时 线圈处于什么位置 我 国日常生活中使用的交变电流一秒中电流方向改变 次 二 交变电流的描述 1 写出正弦式交变电流电动势的最大值 瞬时值 有效值以及平均值表达式 2 对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是 是不是对一切交变电 流都是如此 3 在我们经常遇到的问题中 那些地方应用有效值 那些地方应用最大值 那些地方应用 平均值 三 电感 电容 1 试分析电感电容器对交变电流有阻碍作用的原因 感抗与容抗与那些因素有关 有什么 关系 2 扼流圈分为低频扼流圈和高频扼流圈 那低频扼流圈的作用是 高 频扼流圈的作用是 典型例题 例 1 一矩形线圈 绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动 势 e 随时间 t 的变化如图所示 下列说法中正确的是 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 e 改变方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 例 2 如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象 此交变电流的有效值 A 5 2 A B 5A 24 a b c d O O R B t S i A 0 2 0 2 2 0 4 0 6 t s0 10 2 0 3 10 10 0 0 4 i A a E1E2 12 A B C b c S a bc d O O R B V C 3 5 2 A D 3 5A 例 3 如图 矩形线圈面积为 s 匝数为 N 线圈电阻为 r 在磁感 强度为 B 的匀强磁场中绕 OO 轴以角速度 匀速转动 外电路电 阻为 R 求 写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式 如果线圈从图示位置开始计时 写出电动势的瞬时表达式 当线圈由图示位置转过 900的过程中 电阻 R 上所产生的热量 当线圈由图示位置转过 900的过程中 通过电阻 R 的电荷量 针对训练 1 交流发电机在工作时电动势为 e Emsin t 若将发电机的转速 提高一倍 同时将电枢所围面积减少一半 其它条件不变 则电动势为 A e Emsin t 2 B e 2Emsin t 2 C e Emsin2 t D e Em 2sin2 t 2 一电热器接在 10v 的电源上 产生的热功率为 P 把它改接到另一正弦交变电路中 要使 产生的热功率为原来的一半 如果忽略电阻值随温度的变化 则该交变电流的电压的最大 值为等于 A 5v B 14v C 7 1v D 10v 3 如图是一个正弦交变电流的 i t 图象 根据这一图象 该 交流电的瞬时值表达式为 A 它的有效值为 A 4 如图所示 A B C 为三个相同的灯泡 a b c 为与之 串联的三个元件 E1为直流电源 E2为交流电源 当开关 S 接 1 时 A B 两灯均正常发光 C 灯不亮 S 接 2 时 A 灯仍正常发光 B 灯变暗 C 灯正常发光 由此可知 a 元件应是 b 元件应是 c 元件应是 5 一个面积为 S 的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做 匀速转动 磁场方向与轴垂直 线圈中感应电动势 e 与时间 t 的关系如图所示 则磁感应强度 B 在 t T 12 时刻 线圈平面与磁感线的夹角等于 6 如图所示 表示一交流电的电流随时间的变化图象 其中电流正值为正弦曲线的正半周 则该交流电的 有效值为多少 7 如图所示 一交流发电机的线圈在匀强磁场中 匀速转动 线圈匝数 N 100 线圈电阻 r 3 ab cd 0 5m bc ad 0 4m 磁感应强度 B 0 5T 电阻 R 311 当线圈以 n 300r min 的转速匀速转动时 求 感应电动势的最大值 t 0 时刻 线圈在图示位置 写出此交变电流 电动势的瞬时值表达式 此电压表的示数是多少 25 U V A L U C a b c d t i t1 t2t3 t4 0 能力训练 1 如图甲中所示 一矩形线圈 abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 线圈所 围面积的磁通量 随时间 t 变化的规律如图乙所示 下列论述正确的是 A t1时刻线圈中感应电动势最大 B t2时刻导线 ad 的速度方向 跟磁感线垂直 C t3时刻线圈平面与中性面重合 D t4 t5时刻线圈中感应 电流方向相同 2 已知交变电流 i Imsin t 线圈从中性面开始转动 转动了多长时间 其瞬时值等于有效 值 A 2 B 2 C 4 D 2 3 如图 形金属导轨水平放置 导轨上跨接一 金属棒 ab 与导轨构成闭合电路 并能在导轨上 自由滑动 在导轨左侧与 ab 平行放置的导线 cd 中 通有如图所示的交变电流 规定电流方向自 c 向 d 为正 则 ab 棒受到向左的安培力的时间 是 A 0 t1 B t1 t2 C t2 t3 D t3 t4 4 在如图所示电路图中 L 为电感线圈 R 为灯泡 电流表内阻为 零 电压表内阻无穷大 交流电源的电压 u 220 2 sin100 t V 若保 持电压的有效值不变 只将电源频率改为 100Hz 下列说法正确的是 A 电流表示数增大 B 电压表示数增大 C 灯泡变暗 D 灯泡变亮 5 如图所示 接在交流电源上的电灯泡正常发光 以下说法正确的 是 A 把电介质插入电容器 灯泡变亮 c ba d B 甲 t S 0 m t1 m t4t2t3t5 乙 26 O O t 10 2S 10 2Wb 0 1 0 1 0 3 141 57 a bc d O O R B V B 增大电容器两板间的距离 灯泡变亮 C 减少电容器两板间的正对面积 灯泡变暗 D 使交变电流频率减小 灯泡变暗 6 如图所示 有一闭合的正方形线圈 匝数 N 100 边长为 10cm 线 圈总电阻为 10 线圈绕 OO 轴在 B 0 5T 的匀强磁场中转动 每分 钟转 1500 转 则线圈平面从图示位置转过 30 度时 感应电动势 的值是 V 7 一交流电压的瞬时值表达式为 U 15 sin100 t 将该交流电压加在一电阻上 产生的 电功率为 25W 那么这个电阻的阻值 8 有一交流电压的变化规律为 U 311 sin314t 若将辉光电压是 220V 的氖管接上此交流电 压 则在 1s 内氖管发光的时间为多少 9 一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固定轴转动 线圈匝数 n 100 穿过每 匝的磁通量 随时间按正弦规律变化 如图所示 发电机内阻 r 5 0 外电路电阻 R 95 已知感应电动势的最大值 Em n m 其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大值 求串联在外电路中的交流电流表 内阻不计 的读数 10 如图所示 边长为 a 10cm 的正方形线圈绕垂直于磁感线的 OO 轴以 n 10r s 的转速匀速转动 磁场的磁感应强度 B 0 1T 线圈的匝数 N 100 匝 电阻 r 1 线圈两端分别接在两个固定 于 OO 轴上且彼此绝缘的金属滑环上 外电路接有 R 9 的电阻 并接有一只理想交流电压表 求 电压表的读数 若从线圈通过中性面开始计时 转过 900过程中 通过电阻 R 的电荷量 在 1min 内 作用在线圈上的外力所做的功是多少 学后反思 答案 典型例题 例 1 D 例 2 B 例 3 Em NB