电磁感应电磁感应综合应用解析

1、高三物理三轮复习材料13-7电磁感应综合应用(两课时)【命题展望】本专题内容综合性较强，从2007年实行新课改到2013年连续七年，山东卷高考题均以一道选 择题的形式考查了本专题的有关知识，涉及感应电动势和感应电流方向的判断、大小的计算，电磁 感应与电路、图象、力学、功能相结合等，题目难度适中。预计2014年高考除了延续这一考查方式 的可能性较大外，也不排除电磁感应与电路、力学、功能相结合出现计算题的可能性，这一点应引 起重视。【考点精要】考点一.产生感应电流的条件1 .磁通量(1)定义式：=BS,式中B为匀强磁场的磁感应强度，S为垂直于磁场的投影面的面积。(2)意义：穿过S面的磁感线的条数，

2、是标量，但有正负，正负代表磁感线从回路平面的哪个方 向穿入。(3)磁通量变化的类型由于磁场B变化而引起闭合回路的磁通量的变化。由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化。磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化。2 .产生感应电流的条件是：穿过闭合回路的磁通量发生变化。3 .产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就有感应 电动势产生，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。考点二,感应电流方向的判断1 .楞次定律(1)内容；感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (2)适用范围：适用于一切电

3、磁感应现象。(3)应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤：明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；楞次定律判定感应电流的磁场方向；由安培定则根据感应电流的磁场方向判断出感应电流的方向。(4)楞次定律的推广含义：总的来说，感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)产生感应电流的原因, 利用“结果”反抗“原因”的思想定性进行分析，具体可分为以下三种情况： 阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化一 “增反减同，阻碍导体与磁场间的相对运动一“来拒去留”。阻碍原电流的变化(自感现象)一 “增反减同”。2 .右手定则(1)判定方法：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个

4、平面内，让磁感线垂直 从手心进入，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。(2)适用范围：适用于由导体切割磁感线而产生感应电流方向的判定。(3)注意事项：当磁场运动导体不动时，用右手定则，拇指指向是导体相对磁场的运动方向。 “切割”的那段导体中，感应电流的方向就是感应电动势的方向，即由低电势点指向高电势点。考点三.感应电动势大小的计算1 .法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，(2)(3)均值。E =也公式： A普遍适用，多用于回路中磁通量发生变化的情况，一般用来求at这段时间内感应电动势的平2 . E=BLv（1）仅适用于计算一

5、段导体在匀强磁场中垂直平动切割磁感线产生的感应电动势情况。式中B、L、 v三者必须互相垂直。（2） L为导体在垂直于速度和磁场方向上的投影长度；v为相对于磁场的有效切割速度，即为导 体相对于磁场的垂直切割速度。考点四.自感现象1 .自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。E = L_2 .自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。7, L是自感系数，跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系，线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯 的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。3 .自感现象中的通断电问题（1）通电瞬间：含电感的电路相当于断路，电流为零，随着自感电动

6、势逐渐减小，电路中电流逐渐 增大。（2）电路稳定：电感线圈相当于电路中的直流电阻。（3）断电瞬间：电感线圈相当于电流（自感电动势）逐渐减弱的电源，通过放电将储存电能释放到 回路中。巧点妙拨1.对楞次定律中“阻碍”要加强理解，注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化 指：磁通量增加时，阻碍增加（感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用）；磁通量减少时，阻碍减少（感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用），简称“增反减同二 “阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用，才能将其它形式的能量转化为电能。2.注意区别应用安培定则、左手定则、右手定则定则、定律适用的基本物理现象安培定

7、则判断电流（运动电荷）的磁场方向左手定则判断磁场对电流、运动电荷的作用力方向右手定则判断闭合电路的一部分做切割磁感线的运动时产生的感应电流方向3 .区别磁通量、磁通量的变化量夕及磁通量的变化率工之间的关系：磁通量p=BS表示穿过 这一平面的磁感线的条数，磁通量的变化量A2S，表示磁通量变化的多少，磁通量的变化率 本夕w表示磁通量变化的快慢。中大，及a不一定大；x大，（P及a，一cD. 先是ad，后是d f c fa 2 .如图，金属环A用轻线悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。若变阻 器滑片P向左移动，则金属环A将向（填“左”或“右”）运动，并有（填吸缩”或“扩张”）趋势。3 .如图所示，一

8、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始络与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（）A.感应电流方向不变B. CD段直线始终不受安培力C.感应电动势最大值E=BavE = tiBuvD.感应电动势平均值4! XXXXX X X X XXXX X X x X XXXX4 .如图所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计, 电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间 后,在t=ti时刻断开S,下列表示A、B两点间电压Uab随时间t

9、变化的 图像中，正确的是（）5 .如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈I和n,分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（I为细导线）。两 线圈在距磁场上界面”高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地 面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边 界。设线圈I、II落地时的速度大小分别为打、V2,在磁场中运动时产生的 热量分别为Q1、Qzo不计空气阻力，则（）A. vi v2, Qi Q2B. vi =v2, Qi= Q2C. V1 Q2D. V1 =V2, Qi QithIXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

10、XXX6.如图所示，固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R 的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m （质量分布均匀） 的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为u。现杆在 水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，B.流过电阻R的电量为&C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D.恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量7 .如图所示，两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上，相距为L,处于竖直向下的磁场 中，整个磁场由n个宽度皆为X。的条形强磁场

11、区域1、2、3n组成，从左向右依次排列，磁感应 强度大小分别为B、2B、3BnB,两导轨左端MP间接入电阻R,金属棒ab垂直放在水平导轨 上，且与导轨接触良好，不计导轨和金属棒的电阻，若在不同的磁场区对金属棒施加不同的拉力， 使棒ab以恒定速度v向右匀速运动，取金属棒图示位置（即磁场1区左侧）为x=0,则通过棒ab 的电流i、对棒施加的拉力F随位移x变化的图象是（）8 .如图甲所示，在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=lm的金属“U”型轨导，在“U”型导轨右侧 l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时 刻，质量为m=O.lkg的导体棒以v

12、o=lni/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间 的动摩擦因数为N=OL导轨与导体棒单位长度的电阻均为不计导体棒与导轨之间的 接触电阻及地球磁场的影响（取且=1/）。（1）通过计算分析4s内导体棒的运动情况；（2）计算4s内回路中电流的大小，并判断电流方向；（3）计算4s内回路产生的焦耳热。图甲图乙9 .如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计，两导轨及其构成 的平面均与水平面成30。角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始 终有良好接触，已知两棒的质量均为0.02kg,电阻均为R=0.1Q,整个装置处在垂直于导轨平

13、面向 上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速 运动，而棒cd恰好能保持静止。取g=10m/s2,问：(1)通过cd棒的电流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少?专题六电磁感应1 .解析：B由楞次定律，一开始磁通量减小，后来磁通量增大，由“增反减同”可知电流方向是2 .解析：左收缩变阻器滑片P向左移动，电阻变小，电流变大，据楞次定律，感应电流的磁 场方向与原电流磁场方向相反，相互排斥，则金属环A将向左运动，因磁通量增大，金属环A有收 缩趋势。3 .解析：ACD在闭合电路进入磁

14、场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律 可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确。根据左手定则可以判断，受安培力向下，B不正 确。当半圆闭合回路进入磁场一半时，即这时等效长度最大为a,这时感应电动势最大E=Bav, C“ 1 ，.B 加. . = = - nBuvA 2a 4D正确。正确。感应电动势平均值4 .解析：B开关闭合时，线圈由于自感对电流的阻碍作用，可看做电阻，线圈电阻逐渐减小，并 联电路电阻逐渐减小，电压Uab逐渐减小；开关闭合后再断开时，线圈的感应电流与原电流方向相 同，形成回路，灯泡的电流与原电流方向相反，并逐渐减小到0,所以正确选项B。5 .解析：D由于从同

15、一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v,切割磁感线产生感应电流 尸=丝一%同时受到磁场的安培力，又（P为材料的电阻率，1为线圈的边长，S为单匝导线横F BS,= _截面积），所以安培力M ,此时加速度且（夕为材料的密度），所以加速度二 Bv“一、I6Q.是定值，线圈I和II同步运动，落地速度相等q =V2o由能量守恒可得:2, （H是磁场区域的高度），I为细导线m小，产生的热量小，所以Q Q1O正确选项D。B2dx n （尸一 g）（R +，） r fimg - = 0 % =6.解析：BD当杆达到最大速度Vm时，R +/得 8 /, A错；由公式A BAS BdLq =（K +）（R +

16、 r） R - r，B对；在棒从开始到达到最大速度的过程中由动能定理有： 叼+WjWW,其中w,=r- w =-Q,恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变 化量与回路产生的焦耳热之和，c错；恒力F做的功与安倍力做的功之和等于于杆动能的变化量与 克服摩擦力做的功之和，D对。r E BLvL1 = = r = dIL = ,7 .解析，AD根据我 R知，IsB,故A项正确；由R知,F8B,故D项正确。8 .解析：（1）导体棒在1s前做匀减速运动，在1s后以后一直保持静止。（2） 0.2A,电流方向是顺时针方向。（3） 0.04J（1）导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有一/加g=nia 匕=

17、% + a代入数据解得：t=ls, x=0.5nb导体棒没有进入磁场区域。导体棒在1s末已经停止运动，以后一直保持静止，离左端位置仍为x=0.5m(2)前2s磁通量不变，回路电动势和电流分别为E=0, 1=0A。 E = = Id = 0. IV后2s回路产生的电动势为 Z回路的总长度为5m,因此回路的总电阻为火=5尤= .5CI = = 0.2A电流为 我根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向(3)前2s电流为零，后2s有恒定电流，焦耳热为。=/汰0 4J9.解析：(1)棒cd受到的安培力%棒cd在共点力作用下平衡，则Fcd =/?.? sin 30由式代入数据解得I=1A,方向由右手

18、定则可知由(I到c。(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab二Kd对棒ab由共点力平衡有F = mg sin 30 + IIB代入数据解得F=0.2N(3)设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量，由焦耳定律可知Q =，R设ab棒匀速运动的速度大小为v,则产生的感应电动势E=Blv由闭合电路欧姆定律知2R 由运动学公式知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移x=vt(力F做的功W=Fx综合上述各式，代入数据解得W=0.4J【例2】图为“研究电磁感应现象”的实验装置.(1)将图中所缺的导线补接完整.(2)如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后()A.将原线圈迅速插入副线圈

19、时，电流计指针向右偏转一下B.将原线圈插入副线圈后，电流计指针一直偏在零点右侧C.原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电流计指 针向右偏转一下D.原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电流计指 针向左偏转一下7.如图9一222所示在虚线空间内有一对彼此平行的金属导轨，宽为L,与水平面的夹角为凡导轨 电阻不计，在虚线空间内同时分布着垂直导轨平面向上的磁感应强度为5的匀强磁场.导轨的下端 接一定值电阻凡 上端通过导线与一对竖直放置的平行金属板相连接，两板间距为&其间固定着 一光滑绝缘直杆，它与水平面也成。角，杆上套一带电小球.当一电阻也为R的光滑导体棒而沿 导轨以速度。匀

20、速下滑时，小球恰好静止在绝缘直杆上.则由此可以判断小球的电性并能求出其荷 质比为（）A.正电荷，Idgian 0/BLvcos 0 B.正电荷，2Jtan 3/BLvC.负电荷，2Jtan 0/BLvcos 0 D.负电荷，2dgtan 6/BLv解析：杆切割磁感线产生的感应电动势为BLp ,用以U=BLp/2，对球：必儿/ = 陪匕1】。，联立得0加 = 2Jgtan O/BLv ,故正确答案为B.答案：B（甲）（乙）图 9-2-238.（2009郑州调研）如图9一223（甲）所示，面积S=0.2 m?的线圈，匝数 =630匝，总电阻r=L0Q, 线圈处在变化的磁场中，设磁场垂直纸面向外为正

21、方向，磁感应强度5随时间，按图（乙）所示规律 变化，方向垂直线圈平面，图（甲）中传感器可看成一个纯电阻心 并标有“3V、0.9 W力，滑动变阻 器网上标有“10。，1A”，则下列说法正确的是（）A.电流表的电流方向向左B.为了保证电路的安全，电路中允许通过的最大电流为1 AC.线圈中产生的感应电动势随时间在变化D.若滑动变阻器的滑片置于最左端，为了保证电路的安全，图9一223（乙）中的而最小值为40 s解析：由楞次定律可知：电流表的电流方向向右；又传感器正常工作时的电阻/?二3=焉%=10。，I 3 V工作电流/=/二瑞=（）.34，由于滑动变阻器工作电流是1 A所以电路允许通过的最大电流为Z

22、max 八 JLV，乙= 0.3A ;由于磁场时间均匀变化，所以线圉中产生的感应电动势是不变的.滑动变阻器的滑片位于最左端时外电路的电阻为R外二20 Q ,故电流电动势的最大值E 二 A6 nSB 630 X 0.2 X 2.0aF= A/ To，解得G=40s.故只有D项正确.答案：DP M a图 9一2249.如图9一224所示，一无限长的光滑金属平行导轨置于匀强磁场5中，磁场方向垂直导轨平面，导 轨平面竖直且与地面绝缘，导轨上、N间接一电阻凡P、。端接一对沿水平方向的平行金属板, 导体棒而置于导轨上，其电阻为3凡 导轨电阻不计，棒长为L,平行金属板间距为d.今导体棒通 过定滑轮在一物块拉动下开始运动，稳定后棒的速度为。，不计一切摩擦阻力.此时有一带电量为 q的液滴恰能在两板间做半