物理高考 电磁感应

1、专题 电磁感应 姓名 一、感应电流产生的条件对以下两种问题你是怎么认识的？要求：认识正确且能适当联想紧密相关知识1、“穿过电路的磁通量发生变化，电路一定产生感应电流”，对吗？a）不对。电路必须闭合穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中一定产生感应电流；b）引起磁通量发生变化的两种基本方式：S不变但磁场变化；磁场不变但S变化；c）感应电流是否产生取决于磁通量是否变化，感应电流的大小则需考查磁通量变化的快慢；2、“闭合电路中导体做切割磁感线的运动时，电路中一定产生感应电流”，对吗？a）不对。闭合电路中只有一部分导体切割磁感线时电路中才会一定产生感应电流b）导体切割磁感线一定产生感应电动势，同时有两部

2、分导体切割磁感线时总电动势取决于连接方式，有可能反接相减，总电动势为零。c）电磁感应更实质的含义是产生感应电动势，产生感应电动势的哪一部分导体相当于电源，感应电流因感应电动势而产生，遵循欧姆定律。问：从利用或防止自感现象的角度来看，镇流器与定值电阻在制作上有可异同？二、感应电流、感应电动势的方向 感应电流受力方向的特点 楞次定律 右手定则感应电流所受安培力方向的特点：（1） 遵循左手定则，FB、I（2） 感应电流的受力方向一定反抗产生感应电流的原因阻碍磁通量的变化，阻碍切割磁感线的相对运动例1 如图，直电流固定不动，将闭合小线框从直电流左侧较远处平移到右侧较远处过程中线框中感应电流的方向是：A

3、 一直是顺时针B 先顺时针，后逆时针C 先顺时针后逆时针再顺时针D 先顺时针后逆时针再顺时针又逆时针a b例2如图所示，水平面上有两根平行光滑导轨，上面放两根金属棒a、b。当条形磁铁从某高处下落的过程（未到达导轨平面之前）中：A 因受条形磁铁的磁场力作用a、b导体将相互靠近bB a、b中电流方向必相反，因异向电流排斥故相互远离C 无论磁铁那一端是北极，a、b导体对轨道的压力都将增大D 条形磁铁的加速度小于重力加速度 例3 如图所示装置中，cd杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd杆将向右移动？c a d bL2 L1A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动 说

4、明：熟练使用右手定则、楞次定律、右手螺旋法则、左手定则三、感应电动势大小计算公式1 研究对象为回路，计算了回路总的电动势大小，直接含义是平均电动势公式2 EBLV相对 研究对象是一段导体，导体垂直切割磁感线；可方便地计算瞬时电动势；回路总电动势取决于各段导体产生电动势的连接形式（串联相加、反接相减）公式3 E 以一端为轴旋转垂直切割磁感应线公式4 ENBS 线框绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速旋转（详见“交流电”复习课）图象法：在t图象中，平均割线的斜率，E瞬时切线的斜率（常见：直线、正弦型）文字表述：磁通量变化率越大，即磁通量变化越快，感应电动势越大。注意：（1）产生恒定电动势的两种常见情形

5、导体匀速切割、磁场均匀变化（2）变化电流的四个值瞬时值、最大值、平均值、有效值各自的含义及适用场合t0t1t2BbcdQBP例1 如下图甲所示，abcd为导体做成的框架，其平面与水平面成，质量为m的导体棒PQ与ab、cd接触良好，回路的总电阻为R，整个装置放在垂直于框架平面的变化磁场中，磁场的磁感应强度B的变化情况如下图乙所示，而PQ始终维持静止。在时间0t2内，下列说法中有可能正确的是：A 回路中电流大小、方向一直未变B PQ棒所受安培力大小、方向一直未变C PQ棒所受摩擦力可能一直增大，也可能减小后增大D 在t1时刻，回路中感应电流不为零，但棒所受安培力为零例2 如图1751所示，A、B为

6、两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图(a)所示的交流电i，则A 在t2到t3时间内A、B两线圈相吸B 在t2时刻线圈B中感应电流最大C t1时刻两线圈间作用力最大D t1时刻两线圈间作用力为零t/sUab/v01234 例3 如图所示，一宽为40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=1T。一边长为 20cm的正方形导线框abcd位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v20cm/s，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，取它刚进入磁场时刻为零时刻，试画出Uab随时间变化的图象。abcd例4 某交流发电机电动势瞬时值表达式为伏，转子由10

7、00匝线圈构成，假设线圈电阻不计。（1） 把一电容器接入该电路，电容器耐压值至少为多大？（2） 把一“220V 100W”的灯泡接入电路，灯泡能否正常发光？保险丝熔断电流不能至少为多大？（3） 一霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为220V，把该霓虹灯接入电路，在一小时内，霓虹灯发光时间有多长？（4） 转子旋转过程中，穿过线圈的磁通量的最大值是多少？磁通量变化率的最大值是多少？画出磁通量随时间变化的图象。（已知量用字母表示，不用计算）（5） 把“220V 100W”的灯泡接入电路中，t=0.01S内通过灯丝横截面的电量是多少？（已知量用字母表示，不用计算） 注意理解：电容器是否被击穿、霓虹灯是否能点

8、燃，取决于每时刻加在它们两端电压的大小，故应考查瞬时值；保险丝是否熔断，取决于发热量，故应考查有效值。注意有效值与平均适用场合不同。四、电磁感应综合性问题 （1）电路结构 （2）电磁感应现象中的能量转化 （3）电磁感应现象中的动态过程分析（4）通过横截面的电量与导体杆的位移、导体杆所受安培力冲量间的关系问：所有的电磁感应现象中，都是通过克服安培力做功将其它形式的能量转化为感应电流的电能吗？答：不是。感应电流可分为两种，磁场不变，因导体切割磁感应线而产生的感应电流可称为动生电流，这种情况下安培力将做负功，通过克服安培力做功将其它能量转化为电能；导体不动，因磁场变化而产生的感应电流可称为感生电流，

9、这种情况下安培力可以不做功，也可以对导体做正功，通过安培力做正功将电能转化为动能等其它形式的能量。例1 有一边长为d的正方形导线框abcd，由某高度处自由下落，并穿过宽度为L，L>d,如图。已知其下边ab离开磁场下边界时线框恰好以大小为V0的做匀速运动，则线框进入匀强磁场区域的过程中，速度随时间变化的图象可能的是：tvV00BtvV00AabcdhdFLtvV00DtvV00C思考：若d、h、L、线框质量m、磁感应强度T均已知，则线框穿过磁场的整个过程中产生的焦耳热为多少？例2 以下各种情况下最终稳定状态有何特点？试着写出有关方程式。FR水平导轨光滑，力F保持恒定功率将棒从静止开始拉动导

10、轨光滑，ab从静止开始运动C+-水平导轨光滑，棒静止，电容器已充电。闭合开关V0水平导轨光滑，棒具有向右的初速度FC水平导轨光滑，恒力F将棒从静止开始拉动abBh导轨光滑，磁场充满水平轨道所在空间。两杆原来均静止，宽轨是窄轨的两倍棒光滑，M>m，系统从静止释放。空间存在回路垂直的匀强磁场水平导轨粗造，两杆原来均静止，力F为恒力R水平导轨粗造，杆原来均静止，空间充满磁场，磁场从静止开始匀加速向右运动aFabdcBMNPQ例3 如图甲所示，空间存在B=0.5T，方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是相互平行的粗糙的长直导轨，处于同一水平面内，其间距L=0.2m，R是连在导轨一端的电阻，ab是跨

11、接在导轨上质量m=0.1kg的导体棒，从零时刻开始，通过一小型电动机对ab棒施加一个牵引力F，方向水平向左，使其从静止开始沿导轨做加速运动，此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，图乙是棒的速度一时间图象，其中OA段是直线，AC是曲线，DE是曲线图象的渐近线。小型电动机在12s末达到额定功率，P额=4.5W，此后功率保持不变.除R以外，其余部分的电阻均不计，g=10ms2. (1)求导体棒在012s内的加速度大小； (2)求导体棒与导轨间的动摩擦因数及电阻R的阻值； (3)若已知012s内R上产生的热量为12.5J，则此过程中牵引力的冲量为多少？牵引力做的功为多少?注：优化设计186页例4（0

12、7年广东 17分）如图(a)所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t)，如图(b)所示。两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t0滑到圆弧底端。设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。（1）问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？（2）求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量。（3）讨

13、在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应电流的大小和方向。 abB(t)B0LLHH(a)tt02t02B0B0OB(t)(b)说明：第二教材76页12题例5（06年广东 16分）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直向上的匀强磁场中，有一上、下两层均与水平面平行的“U”型光滑金属导轨，在导轨面上各放一根完全相同的质量为m的匀质金属杆A1和A2，开始时两根金属杆位于同一竖直面内且杆与轨道垂直。设两导轨面相距为H，导轨宽为L，导轨足够长且电阻不计，金属杆单位长度的电阻为r。现有一质量为的不带电小球以水平向右的速度v0撞击杆A1的中点，撞击后小球反弹落到下层面上的C点。C点与杆A

14、2初始位置相距为S。求：回路内感应电流的最大值；整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量；当杆A2与杆A1的速度比为13时，A2受到的安培力大小。说明：第二教材72页例6 如图所示,一根竖直杆穿过一个质量M=2.0kg的带孔的物块A,另一正方形金属线框B的质量m=2.7kg，边长a=0.16m.杆的右侧距杆L=2.0处固定有一个滑轮,一柔软绝缘的细绳跨过定滑轮,两端分别与物块和连接.开始时滑轮左侧的绳子处在水平方向上,让A、B同时由静止释放，B向上运动h=0.5m便进入宽度b=0.16m的指向纸内的磁感应强度B=0.5T的匀强磁场，经过磁场过程中线框近似做匀速运动；而后A沿竖直杆下滑。不计一切

15、摩擦和空气阻力，g取10m/s2。（1）线框B经过磁场的过程中物块A向下做什么运动？（2）求线框B上边刚进入磁场时的速度；（3）求线框B经过匀强磁场时获得的内能：（4）求线框的电阻；（5）求物框A下滑的最大高度。例6 解：根据，当线框B匀速通过磁场的过程中，随着的增大，物块A做变减速运动。设B上升了h时绳子与水平方向的夹角为cos=此时A、B的速度大小关系为A下降的高度为 A下降B上升过程中，A、B组成系统机械能守恒： 将代入可得线框B上边刚进入磁场时的速度。当线框B下边刚离开磁场时，设绳子与水平方向的夹角为，此时A、B的速度大小关系为 设从B开始上升起，A下降高度为H2， 则H2=Ltan/

16、=2.0m设线框B经过匀强磁场时获得的内能Q，整个过程中，A、B组成的系统能量守恒，有：联立并代入的值，可求得：Q=4.461J根据安培力做的功等于线框获得的内能，有： F安（a+b）=0， 而F安=得线框的电阻A下滑到最低点时A、B的速度都为零。设此时A下降的总高度为H，则B上升的总高度为。从B开始上升起，整个过程中，A、B组成的系统能量守恒，有： 由此解得：H5.8m例3 解：(1)由图中可得：12s末的速度为v1=9m/s，t1=12s 导体棒在0-12s内的加速度大小为m/s2 (2)设金属棒与导轨间的动磨擦因素为. A点：E1=BLv1 由牛顿第二定律：F1-mg-BI1l=ma1

17、则Pm=F1·v1 当棒达到最大速度vm=10m/s时， Em=BLvm Im= 由金属棒的平衡：F2-mg-BImL=0 则Pm=F2·vm 联立代入数据解得：=0.2，R=0.4 (3)在0-12s内：t1=12s通过的位移：安培力冲量大小 由动量定理： 代入数据解得：N·S 由能量守恒： 代入数据解处：WF=27.35J 则此过程牵引力的冲量为4.65N·s牵引力做的功为27.35J 本题共16分，第(1)问3分；第(2)问9分，各1分，正确求出导体棒与导轨间的动磨擦因素及电阻R的阻值得1分，第(3)问4分，各1分，求出正确结论各1分. 例4 (本题满17分)（本题考查考生对电磁学、力学基本规律的认识和理解，考查理解能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力及获得信息的推理能力.）解：（1）感应电流的大小和方向均不发生改变。因为金属棒滑到圆弧任意位置时，回路中磁通量的变化率相同。 （2）0t0时间内，设回路中感应电动势大小为E0，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律： 根据闭合电路的欧姆定律： 由焦定律及有： （3）设金属进入磁场B0一瞬间的速度变v，