高中物理(人教版)电磁感应章节复习

电磁感应专题复习 F BS 一 磁通量 单位 韦伯 Wb 1Wb 1T 1m2 1V s 1 磁通量定义 S 2 F表示穿过某面的磁感线条数的代数和 3 磁通量的变化量 4 磁通密度 穿过单位面积的磁通量 磁感应强度B 说明 B与 S无关由磁场本身决定 例1 如图所示 两个同心放置的同平面的金属圆环 条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直 则通过两圆环的磁通量Fa Fb比较 A Fa Fb B Fa Fb C Fa Fb D 不能比较 A 二 电磁感应现象 1 产生条件 F发生变化 有E感 有I感 闭合回路 利用磁场产生电流的现象 引起磁通量F变化的因素 B变化 S变化 B与S夹角 变化 B 例2 在长直导线电流的磁场中 线圈做如图的运动 判断线圈中有没有感应电流 A 向右平动B 向下平动C 绕轴转动 ad边向外 D 从纸面里向纸外作平动E 向上平动 线圈有个缺口 B C D 2 感应电流方向的判定 右手定则 仅适用于 切割 楞次定律 普遍适用 说明 阻碍不是阻止 是延缓 阻碍的表现为 增 反 减 同 内容 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 3 应用楞次定律解题的步骤 1 明确原磁场方向 2 明确穿过闭合回路的磁通量如何变化 3 由楞次定律确定感应电流的磁场方向 4 利用安培定则确定感应电流的方向 例3 一平面线圈用细杆悬于P点 开始时细杆处于水平位置 释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中感应电流的方向分别为 逆时针方向 位置 逆时针方向 位置 B 逆时针方向 位置 顺时针方向 位置 C 顺时针方向 位置 顺时针方向 位置 D 顺时针方向 位置 逆时针方向 位置 B 例4 如图所示 导线框abcd与导线在同一平面内 直导线通有恒定电流I 当线框由左向右匀速通过直导线时 线框中感应电流的方向是 A 先abcd 后dcba 再abcd B 先abcd 后dcba C 始终dcba D 先dcba 后abcd 再dcba D 与感应电流方向相关问题 例5 如图甲 螺线管的导线两端A B通过一个电阻相接 若条形磁铁突然从螺线管中拔出 则此时A B两点哪一点的电势较高 B点 例6 两个大小不同的绝缘圆环 如图所示叠放在一起 小圆环有一半面积在大圆内 当大圆环通上顺时针方向电流的瞬间 小圆环中感应电流的方向是 A 顺时针方向B 逆时针方向C 左半圆顺时针 右半圆逆时针D 无感应电流 B 与感应电流方向相关问题 例7 如图所示 线圈L1 铁芯 线圈L2都可自由移动 K闭合 欲使L2中有感应电流且流过电阻R 的电流方向从a b 可采用的办法是 使L2迅速靠近L1 将变阻器R的滑动触头向右移动 在L1中插入铁芯 断开电路中的电键 与感应电流方向相关问题 ABC 例8 在匀强磁场中放一平行金属导轨 导轨跟大线圈M相接如图所示 导轨上放一根导线ab 磁感线垂直于导轨所在平面 假定除ab导线外其余部分电阻不计 欲使 所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向感应电流 导线ab需 A 匀速向右运动B 加速向右运动C 减速向右运动D 加速向左运动 与感应电流方向相关问题 CD 1 法拉第电磁感应定律 普遍适用 常用于感生 磁通量的变化率 2 特例 常用于动生 切割 B L v互相垂直 条件 说明 求平均值 求瞬时值和平均值 区分 DF Dt DF F 决定电动势的大小 DF Dt 三 感应电动势的大小 例9 如下图所示 长为L的铜杆OA以O为轴在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动 磁场的磁感应强度为B 求杆OA两端的电势差 平均速度 切割法 四 自感现象 由于通过导体自身回路电流的变化而引起的电磁感应现象 1 自感电动势 作用 总是阻碍电流的变化 L自感系数 由线圈决定 单位 亨利 H mH H 原电流增大 产生反向的电流 原电流减小 产生同向的电流 线圈越粗 线圈越长 线圈越密 有铁心 L越大 通电自感 2 两种自感现象 断电自感 例10 在如图所示的电路中 a b为两个完全相同的灯泡 L为自感线圈 E为电源 S为开关 关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序 下列说法正确的是 A 合上开关 a先亮 b后亮 断开开关 a b同时熄灭B 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a先熄灭 b后熄灭C 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a b同时熄灭D 合上开关 a b同时亮 断开开关 b先熄灭 a后熄灭 C 例11 如图所示的电路 D1和D2是两个相同的小电珠 L是一个自感系数相当大的线圈 其电阻与R相同 由于存在自感现象 在电键S接通和断开时 灯泡D1和D2先后亮暗的次序是 A 接通时D1先达最亮 断开时D1后暗 B 接通时D2先达最亮 断开时D2后暗 C 接通时D1先达最亮 断开时D1先暗 D 接通时D2先达最亮 断开时D2先暗 A 物理情景 E BLv 电压 电势差 五 综合应用 1 与电路相关问题 例12 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 B 例13 一直升飞机停在南半球的地磁极上空 该处地磁场的方向竖直向上 磁感应强度为B 直升飞机螺旋桨叶片的长度为l 螺旋桨转动的频率为f 顺着地磁场的方向看螺旋桨 螺旋桨按顺时针方向转动 螺旋桨叶片的近轴端为a 远轴端为b 如图所示 如果忽略a到转轴中心线的距离 用 表示每个叶片中的感应电动势 则 A fl2B 且a点电势低于b点电势B 2 fl2B 且a点电势低于b点电势C fl2B 且a点电势高于b点电势D 2 fl2B 且a点电势高于b点电势 A 例14 如图所示 在磁感应强度为0 2T的匀强磁场中 长为0 5m的导体AB在金属框架上 以10m s的速度向右滑动 R1 R2 20 其它电阻不计 则 1 流过AB的电流是多少 2 AB两端电压为 1V 0 1A 例15 如图所示 用相同的均匀导线制成的两个圆环a和b 已知a的半径是b的两倍 若在a内存在着随时间均匀变化的磁场 b在磁场外 MN两端的电压为U 则当b内存在着相同的磁场而a又在磁场外时 MN两点间的电压为多少 U 2 2 导体棒的动态分析 具有收尾速度的运动问题2 例16 光滑金属导轨放置在匀强磁场中 金属杆ab与导轨接触良好 并由静止释放 已知 金属杆质量为m 长度为L 磁感应强度为B 导轨上联有电阻R 导轨其它各处的电阻可忽略 且导轨足够长 磁场足够大 问 金属杆最终可达到的速度多大 当ab杆达到匀速运动后 重力与安培力平衡 有 mg BIL 又 I E R E BL 则 例17 如图甲所示 AB CD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是q 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 磁感强度为B 在导轨的A C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 从静止开始沿导轨下滑 求ab棒的最大速度 要求画出的ab棒受力图 已知ab与导轨间的动摩擦因数m 导轨和金属棒的电阻都不计 若B竖直向上 则结果又怎样 例18 电阻为R的矩形导线框abcd 边长ab l ad h 质量为m 自某一高度自由落体 通过一匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 磁场区域的宽度为h 如图 若线框恰好以恒定速度通过磁场 线框内产生的焦耳热等于 不考虑空气阻力 2mgh 3 电磁感应中的能量转化 解 由能量守恒定律 线框通过磁场时减少的重力势能转化为线框的内能 所以Q 2mgh Qab mv02r 2 R r 解 金属棒ab在冲量作用下获得速度v0 相应的动能 Ek 1 2mv02 ab切割磁感线运动 产生感应电流受到磁场力F作用做减速运动 直到速度减为零停止下来 在这个过程中 ab棒的动能转化为电能 最终转化成导轨与ab棒产生的焦耳热Q1和Q2 满足Q1 Q2 Ek 因导轨电阻R和ab棒电阻r是串联关系 则Q1 Q2 R r 由以上各式可解得 金属棒上产生的热量 Q2 mv02r 2 R r 例20 如图所示 电阻为R的矩形线框 长为l 宽为a 在外力作用下 以速度v匀速向右运动 通过宽度为d 磁感应强度为B的匀强磁场中 在下列两种情况下求外力做的功 a ld时 解 a 线框进入和穿出时产生感应电动势E Bav 进入时做功W1 E2t R B2a2lv R 穿出时做功W2 W1 W 2B2a2lv R b 线框进入和穿出时产生感应电动势E Bav 进入时做功W1 E2t Rt d v Bav 2 d vR B2a2dv R 穿出时做功W2 W1 W 2B2a2dv R 1 如图所示 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