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文档简介
1、第讲法拉第电磁感应定律自感现象教材阅读指导(对应人教版新教材选择性必修第二册页码及相关问题)P2930阅读“电磁感应定律”这一部分内容,由法拉第电磁感应定律可得Ek,式子中的k什么情况下等于1?提示:当式中各物理量均取国际单位时。P31思考与讨论,产生动生电动势的非静电力与什么有关?提示:与磁场对导体中自由电荷的洛伦兹力有关。P32练习与应用T4图2.26,矩形线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动时,产生的感应电动势是否变化?为什么?提示:因为速度在垂直于磁场方向的分量在变化,由EBLv可知感应电动势在变化。P32练习与应用T5。提示:Q。P32练习与应用T6,导体棒在与匀强磁场垂直的面内转动切割
2、产生的电动势怎样求得?提示:由EBLv求得,其中的v为导体棒上各点速度的平均值。P33阅读“电磁感应现象中的感生电场”这一部分内容,产生感生电动势的非静电力是什么?提示:是感生电场对导体中自由电荷的电场力。P36图2.39,为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起?提示:使电流表内元件与导体形成闭合电路,以便在电流表的指针晃动时产生电磁阻尼作用,防止电流表的指针剧烈晃动。P39图2.43,若线圈L的电阻小于灯泡A的电阻,开关S断开后,灯泡A是逐渐变暗还是更亮一下再逐渐变暗?提示:更亮一下再逐渐变暗。P42练习与应用T3。提示:(1)当开关S由断开变为闭合时,由于线圈的自感作用,通
3、过线圈的电流由0逐渐增大,A、B同时发光,然后A由亮变得更为明亮,B逐渐变暗,直至不亮。(2)当开关S由闭合变为断开时,发生断电自感现象,A不亮,B突然变亮再逐渐变暗,直至不亮。P45复习与提高B组T6。提示:(1)铜盘可看作沿半径方向的无数个细铜条组成,细铜条切割磁感线产生感应电动势;(2)从D到R再到C;(3)E。物理观念法拉第电磁感应定律1感应电动势(1)概念:在电磁感应现象中产生的电动势。(2)产生条件:穿过回路的磁通量发生改变,与电路是否闭合无关。(3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律或右手定则来判断。2法拉第电磁感应定律(1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁
4、通量的变化率成正比。(2)公式:En,其中n为线圈匝数。(3)感应电流与感应电动势的关系:遵守闭合电路欧姆定律,即I。3导体切割磁感线时的感应电动势切割方式电动势表达式说明垂直切割EBlv导体棒与磁场方向垂直,磁场为匀强磁场式中l为导体切割磁感线的有效长度旋转切割中导体棒的平均速度等于中点位置的线速度l倾斜切割EBlvsin(为v与B的夹角)旋转切割(以一端为轴)EBl Bl2物理观念自感、涡流1互感现象两个互相靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫作互感,这种感应电动势叫作互感电动势。2自感现象(1)定义:当一个线圈中的电流变化时
5、,它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势,这种现象称为自感。(2)自感电动势定义:由于自感而产生的感应电动势。表达式:EL。自感系数L相关因素:与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯等因素有关。单位:亨利(H),1 mH103 H,1 H106 H。3涡流、电磁阻尼和电磁驱动(1)涡流:如果穿过导体的磁通量发生变化,由于电磁感应,导体内会产生感应电流,这种电流像水中的漩涡,所以叫作涡电流,简称涡流。(2)电磁阻尼:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。(3)电磁驱动:如果磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,它使导
6、体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用常常称为电磁驱动。交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。(4)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用。一 堵点疏通1导体棒在磁场中运动一定能产生感应电动势。()2公式EBlv中的l就是导体的长度。()3断电自感中,感应电流方向与原电流方向一致。()4回路中磁通量变化量越大,回路产生的感应电流越大。()5在自感现象中,感应电流一定和原电流方向相反。()答案1.2.3.4.5.二 对点激活1将闭合多匝线圈置于随时间变化的磁场中,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是()A感应电动势的大小与线圈的匝数无关B穿过线圈的磁
7、通量越大,感应电动势越大C穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大D感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同答案C解析由法拉第电磁感应定律可知En,感应电动势的大小与匝数成正比,A错误。感应电动势大小与磁通量的变化率成正比,磁通量变化越快,感应电动势越大,C正确。感应电动势的大小与磁通量的大小以及磁通量的变化量的大小无关,所以B错误。感应电流产生的磁场阻碍原磁场的变化,可能与原磁场方向相同,也可能与原磁场方向相反,D错误。2. (人教版选择性必修第二册P43T5改编)A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,半径rA2rB,分别按图甲、乙两种方式放入匀强磁场中,且磁感应强度随时间均
8、匀减小,则下列说法正确的是()A甲图中,A、B两线圈中电动势之比为41B甲图中,A、B两线圈中电流之比为21C乙图中,A、B两线圈中电动势之比为41D乙图中,A、B两线圈中电流之比为41答案C解析由法拉第电磁感应定律可知,EnnS,其中S为有效面积。甲图中,A、B两线圈的有效面积相等,所以感应电动势之比就是匝数比,为11,由电阻定律R可知,电阻之比为两线圈周长之比,也就是21,所以甲图中,A、B两线圈中电流之比为12,故A、B错误。同理,乙图中,A、B两线圈中电动势之比为41,电流之比为21,故C正确,D错误。3. 如图,空间有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁
9、感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小为;将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线,置于与磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为。则等于()A. B C1 D答案B解析设金属棒的长度为l,磁感应强度为B,根据法拉第电磁感应定律,感应电动势大小Blv;当将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线时,有效长度变为ll,所以此时的感应电动势大小BlvBlv。所以,故B正确。4. (人教版选择性必修第二册P39演示实验改编)(多选)如图所示,两个灯泡A1和A2的规格相同,A1与线圈L串联后接到电路中,A2与可变电阻R串联后接到电路中。先闭
10、合开关S,调节R,使两个灯泡的亮度相同,再调节R1,使它们正常发光,然后断开开关S,下列说法正确的是()A重新接通电路,A1、A2同时亮B重新接通电路,A1逐渐变亮C接通电路,一段时间电路稳定后再次断开S,A1、A2逐渐熄灭D接通电路,一段时间电路稳定后再次断开S,A2闪亮一下再熄灭答案BC解析重新接通电路,由于L有自感电动势产生,阻碍电流增大,所以A1逐渐变亮,而A2立即变亮,故A错误,B正确。接通电路,一段时间电路稳定后再次断开S,A1、A2与L、R构成回路,L相当于电源,因原来两支路电流相等,所以不会出现A2闪亮一下再熄灭的现象,A1、A2都会逐渐熄灭,故C正确,D错误。5. (人教版选
11、择性必修第二册P37T3改编)如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部。则小磁块()A在P和Q中都做自由落体运动B在两个下落过程中的机械能都守恒C在P中的下落时间比在Q中的长D落至底部时在P中的速度比在Q中的大答案C解析小磁块在铜管中下落的过程,根据电磁感应知铜管中产生涡流,小磁块受到阻力,P中小磁块的部分机械能转化为铜管中涡流产生的焦耳热,机械能不守恒,故A、B错误。Q管为塑料管,小磁块下落过程为自由落体运动,所以比在P中下落时间短,落至底部时比在P中的速度大,故C正确,D错误。考点1法拉第电磁感应定律的理解和应用 科学思维
12、梳理1磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的比较物理量项目磁通量磁通量的变化量磁通量的变化率意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某段时间内穿过某个面的磁通量变化的多少穿过某个面的磁通量变化的快慢大小BS21(BS)两种特例:BSSB两种特例: BS注意若有相反方向的磁场,磁通量可抵消;S为有效面积转过180前后穿过平面的磁通量是一正一负,2BS,而不是零等于单匝线圈上产生的感应电动势,即E提示:、的大小之间没有必然的联系,0,不一定等于0;感应电动势E与线圈匝数n有关,但、的大小均与线圈匝数无关。2法拉第电磁感应定律公式的物理意义:En求的是t时间内的平均感应电动势,当t0时,E为瞬时感应电动
13、势。3法拉第电磁感应定律应用的三种情况(1)磁通量的变化是由有效面积变化引起时,BS,则En。(动生电动势)(2)磁通量的变化是由磁场变化引起时,BS,则En,S是磁场范围内的有效面积。(感生电动势)(3)磁通量的变化是由有效面积和磁场变化共同引起的,则根据定义求,末初,En。4在图像问题中磁通量的变化率是t图像上某点切线的斜率,利用斜率和线圈匝数可以确定感应电动势的大小。例1(2019全国卷)(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图a中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t0时磁感应强度的方
14、向如图a所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图b所示。则在t0到tt1的时间间隔内()A圆环所受安培力的方向始终不变B圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C圆环中的感应电流大小为D圆环中的感应电动势大小为答案BC解析由于通过圆环的磁通量均匀变化,故圆环中产生的感应电动势、感应电流的大小和方向不变,但t0时刻磁场方向发生变化,故安培力方向发生变化,A错误;根据楞次定律,圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向,B正确;根据法拉第电磁感应定律,感应电动势大小E|S,根据闭合电路欧姆定律知,感应电流大小I,C正确,D错误。 关键能力升华法拉第电磁感应定律的规范应用(1)一般解题步骤分析穿过闭合电路的磁场方
15、向及磁通量的变化情况;利用楞次定律确定感应电流的方向;灵活选择法拉第电磁感应定律的不同表达形式列方程求解。(2)应注意的问题用公式EnS求感应电动势时,S为线圈在磁场范围内的有效面积,且不变,在Bt图像中为图线切线的斜率;用公式En求解的是一个回路中某段时间内的平均感应电动势,只有在磁通量均匀变化时,瞬时值才等于平均值;通过回路的电荷量q仅与n、和回路总电阻R有关,与变化过程所用的时间长短无关,推导过程:qtt。 对点跟进训练1(感生电动势)(2018全国卷)(多选)如图a,在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电流i,i的变化如图b所示,规定从Q
16、到P为电流的正方向。导线框R中的感应电动势()A在t时为零B在t时改变方向C在t时最大,且沿顺时针方向D在tT时最大,且沿顺时针方向答案AC解析由图b可知,导线PQ中电流在t时达到最大值,变化率为零,导线框R中磁通量变化率为零,根据法拉第电磁感应定律,在t时导线框中产生的感应电动势为零,A正确;在t时,导线PQ中电流图象斜率方向不变,导致导线框R中磁通量变化率的正负不变,根据楞次定律,所以在t时,导线框中产生的感应电动势方向不变,B错误;由于在t时,导线PQ中电流图象斜率最大,电流变化率最大,导致导线框R中磁通量变化率最大,根据法拉第电磁感应定律,在t时导线框中产生的感应电动势最大,由楞次定律
17、可判断出感应电动势的方向为顺时针方向,C正确;由楞次定律可判断出在tT时感应电动势的方向为逆时针方向,D错误。2(感生电动势)如图甲所示,单匝矩形金属线框abcd处在垂直于线框平面的匀强磁场中,线框面积S0.3 m2,线框连接一个阻值R3 的电阻,其余电阻不计,线框cd边位于磁场边界上。取垂直于线框平面向外为磁感应强度B的正方向,磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。下列判断正确的是()A00.4 s内线框中感应电流沿逆时针方向B0.40.8 s内线框有扩张的趋势C00.8 s内线框中的电流为0.1 AD00.4 s内ab边所受安培力保持不变答案C解析由图乙所示图线可知,00.4 s内磁感
18、应强度垂直于纸面向里且减小,穿过线框的磁通量减小,由楞次定律可知,线框中感应电流沿顺时针方向,故A错误;0.40.8 s内磁感应强度垂直于纸面向外且增大,穿过线框的磁通量增加,由楞次定律可知,线框有收缩的趋势,故B错误;00.8 s内线框的感应电动势为ES0.3 V0.3 V,线框中的电流为I A0.1 A,故C正确;在00.4 s内线框中的感应电流I保持不变,磁感应强度B大小不断减小,由FIlB可知,ab边所受安培力不断减小,故D错误。考点2导体切割磁感线产生感应电动势的计算 科学思维梳理切割磁感线的那部分导体相当于电路中的电源,常见的情境有以下两种:1导体平动切割磁感线对于导体平动切割磁感
19、线产生感应电动势的计算式EBlv,应从以下几个方面理解和掌握:(1)正交性本公式是在一定条件下得出的,除了磁场是匀强磁场,还需B、l、v三者相互垂直。当它们不相互垂直时,应取垂直的分量进行计算。(2)平均性导体平动切割磁感线时,若v为平均速度,则E为平均感应电动势,即Bl。(3)瞬时性导体平动切割磁感线时,若v为瞬时速度,则E为相应的瞬时感应电动势。(4)有效性公式中的l为导体有效切割长度,即导体在与v共同所在平面上垂直于v的方向上的投影长度。下图中有效长度分别为:甲图:lcdsin(容易错算成labsin)。乙图:沿v1方向运动时,lMN;沿v2方向运动时,l0。丙图:沿v1方向运动时,lR
20、;沿v2方向运动时,l0;沿v3方向运动时,lR。(5)相对性EBlv中的速度v是相对于磁场的速度,若磁场也运动时,应注意速度间的相对关系。2导体转动切割磁感线当导体棒在垂直于磁场的平面内,绕导体棒上某一点以角速度匀速转动时,则:(1)以导体棒中点为轴时,E0(相同两段的代数和)。(2)以导体棒端点为轴时,EBl2。(3)以导体棒上任意一点为轴时,EB(ll)(不同两段的代数和,其中l1l2)。例2(2021辽宁省铁岭市高三下二模)(多选)如图所示,在0x3L的区域内存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,粗细均匀的正方形金属线框abcd位于xOy平面内,线框的bc边与x轴重合,
21、cd边与y轴重合,线框的边长为L,每条边的电阻为R。现让线框从图示位置由静止开始沿x轴正方向以加速度a做匀加速直线运动,则下列说法正确的是()A进入磁场时,线框中的电流沿abcda方向,出磁场时,线框中的电流沿adcba方向B进入磁场时,c端电势比d端电势高,出磁场时,b端电势比a端电势高Ca、b两端电压的最大值为BLD线框中的最大电功率为答案AD解析由右手定则,可判断感应电流方向,A正确;进入磁场时,cd相当于电源,d是正极,c端电势比d端电势低,出磁场时,ab相当于电源,a是正极,b端电势比a端电势低,B错误;ab边与磁场右边界重合时,线框的速度最大,a、b两端电压最大,由匀变速直线运动规
22、律有4Lat2,vat,由法拉第电磁感应定律有EBLv,又UabmaxE,联立得UabmaxBL,C错误;ab边与磁场右边界重合时,线框中的电功率最大,Pmax,D正确。 关键能力升华(1)注意理解和掌握EBlv,特别是B、l、v三者方向的关系。(2)求瞬时电动势(电流)时,EBlv为首选式,并同时注意有效长度l。 (3)对于转动切割,如果记不住公式或情况复杂(如转动中心不在导体棒上)时,可用EBl计算,也可以用假想的导线将导体棒连接,组成回路,用EB计算。(4)如果在导体切割磁感线时,磁感应强度B也在变化,则只能用E计算。 对点跟进训练1.(转动切割)(2015全国卷) 如图,直角三角形金属
23、框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是()AUaUc,金属框中无电流BUbUc,金属框中电流方向沿abcaCUbcBl2,金属框中无电流DUacBl2,金属框中电流方向沿acba答案C解析在三角形金属框内,有两边切割磁感线,其一为bc边,根据EBlv可得:电动势大小为Bl2;其二为ac边,ac边有效的切割长度为l,根据EBlv,可得:电动势大小也为Bl2;由右手定则可知:金属框内无电流,且UcUbUa,A、B、D错误;UbcUacBl2,C正确。
24、2(磁感应强度变化的切割)(2021山东省枣庄市二模)(多选)如图甲所示,足够长的光滑金属导轨内有垂直于导轨平面向里、方向不变的匀强磁场,其磁感应强度B随时间t的变化图像如图乙所示。导轨左端接有一个电阻值恒为R的灯泡。从0时刻开始,垂直于导轨的导体棒ab在水平外力F的作用下从导轨的左端沿导轨以速度v水平向右匀速运动。导体棒ab的长度为l,导体棒运动过程中与导轨接触良好,导体棒与导轨的电阻均不计。在导体棒ab向右运动的过程中,下列说法正确的是()A灯泡亮度不变B灯泡逐渐变亮C在运动后的t0时刻,FD在运动后的t0时刻,F答案BC解析由图乙可知,在t时刻磁感应强度的大小为Bt,所以在t时刻回路中由
25、于导体运动产生的动生电动势为E1Blv,在t时刻回路中由于磁感应强度变化产生的感生电动势为E2,根据右手定则和楞次定律可知,这两个电动势是同方向的,所以回路中的总电动势为EE1E22,因此回路中的总电动势随时间增大,所以灯泡逐渐变亮,故A错误,B正确;感应电动势更严谨的求法:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势,由题及图乙知,t时刻磁感应强度,回路面积Slvt,tt时刻磁感应强度B,回路面积Slv(tt),则(BS)BSBSlv(tt)2lvt2lv2tt(t)2,则E()lvt。导体棒ab在运动后的t0时刻,回路中的总电动势为E2B0lv,回路中的电流为I,导体棒ab受到的安培力为FB0Il,
26、由于导体棒ab匀速运动,所以导体棒ab受力平衡,因此水平外力为FF,故C正确,D错误。考点3自感现象及互感、涡流、电磁阻尼 科学思维梳理1自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化。(2)通过线圈中的电流不能发生突变,只能缓慢变化。(3)电流稳定时,自感线圈就相当于普通导体。(4)线圈的自感系数越大,自感现象越明显,自感电动势只是延缓了过程的进行,但它不能使过程停止,更不能使过程反向。2自感中“闪亮”与“不闪亮”问题 灯泡与线圈串联灯泡与线圈并联电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流突然增大,灯泡立刻变亮,然后电流逐渐减小达到稳定,灯泡比刚通电时暗些断电时电流逐渐减小,灯
27、泡逐渐变暗,电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2若I2I1,灯泡逐渐变暗;若I2I1,灯泡闪亮后逐渐变暗。两种情况灯泡中电流方向均改变例3(人教版选择性必修第二册P42T3改编)如图所示,线圈L的自感系数很大,且其电阻可以忽略不计,L1、L2是两个完全相同的小灯泡,随着开关S闭合和断开的过程中,L1、L2的亮度变化情况是(灯丝不会断)()AS闭合,L1亮度不变,L2亮度逐渐变亮,最后两灯一样亮;S断开,L2立即不亮,L1逐渐变亮BS闭合,L1亮度不变,L2很亮;S断开,L1、L2立即不亮CS闭合,L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2亮度不变;S断开,L2立即不亮,L1亮一下才灭DS闭合,
28、L1、L2同时亮,而后L1逐渐熄灭,L2则逐渐变得更亮;S断开,L2立即熄灭,L1亮一下才灭答案D解析S闭合瞬间,自感线圈L相当于一个大电阻,以后阻值逐渐减小到0,所以观察到的现象是灯泡L1和L2同时亮,以后L1逐渐变暗到熄灭,L2逐渐变得更亮。S断开瞬间,自感线圈相当于一个电动势逐渐减小的内阻不计的电源,它与灯泡L1组成闭合回路,所以L2立即熄灭,L1亮一下才熄灭。所以A、B、C错误,D正确。 关键能力升华(1)通电自感:线圈相当于一个变化的电阻阻值由无穷大逐渐减小,通电瞬间自感线圈处相当于断路。(2)断电自感:断电时自感线圈相当于电源,电流由恰好断电前的值逐渐减小到零。(3)断电自感现象中
29、电流方向是否改变的判断:与线圈在同一条支路的用电器中的电流方向不变;与线圈并联的用电器中的电流方向改变。(4)电流稳定时,自感线圈就是导体,是否需要考虑其电阻,根据题意而定。 对点跟进训练1(互感) (2021辽宁省大连市二模)如图所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。当开关S断开后,电磁铁还会继续吸住衔铁D一小段时间,之后弹簧才把衔铁D拉起,能做到延时的主要原因是()A线圈A中的电流逐渐减小B线圈B中产生了感应电流C铁芯中有剩磁起主要作用D衔铁D有剩磁起主要作用答案B解析当开关S断开后,通过线圈A的磁通量减少,由于互感现象,B中产生感应电流,产生的电流磁场对衔铁仍有吸引,故能
30、够延时,B正确,A、C、D错误。2(涡流与电磁阻尼)(2017全国卷)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示。无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是()答案A解析底盘上的紫铜薄板出现扰动时,其扰动方向不确定,在C这种情况下,紫铜薄板出现上下或左右扰动时,穿过薄板的磁通量难以改变,不能发生电磁感应现象,没有阻尼效应;在B、D这两种情况下,紫铜薄板出现上下扰动时,也没有发生电磁阻尼现象;在A
31、这种情况下,紫铜薄板出现上下或左右扰动时,都发生电磁感应现象,产生电磁阻尼效应,A正确。3(自感现象分析)如图是用电流传感器(电流传感器相当于电流表,其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路,电源的电动势为E,内阻为r,自感线圈L的自感系数足够大,其直流电阻值大于灯泡D的阻值,在t0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在tt1时刻断开开关S。在下图所示的图像中,可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是()答案B解析在t0时刻,闭合开关的瞬间,由于自感线圈L产生自感电动势,自感线圈相当于一个阻值很大的电阻,灯泡中有一定的电流通过;随着自感线圈L电动势的逐渐减小,自感线圈的等效阻值逐渐减小
32、,直至减小到其直流电阻值,线圈与灯泡并联电路两端的电压逐渐减小至稳定值,故灯泡中的电流逐渐减小至稳定值,A、D错误。当在tt1时刻断开开关S时,线圈产生自感电动势,线圈中的电流与原来的电流方向相同,它与灯泡组成的电路中,感应电流沿逆时针方向,故灯泡的电流方向与原来相反,为负值;线圈的直流电阻大于灯泡D的阻值,故tt1时刻灯泡中的电流比稳定时要小一些,然后电流随自感电动势的减小而慢慢减小到0,故B正确,C错误。一、选择题(本题共8小题,其中第17题为单选,第8题为多选)1(2021广东省梅州市高三二模)如图甲所示,固定导线MN和固定矩形线框abcd共面。MN通以图乙所示的电流,电流沿NM方向,T
33、时间后达到稳定,下列说法正确的是()A0T时间线框感应电流方向沿adcbaB0T时间线框感应电流逐渐增大C0T时间ab边始终不受安培力的作用DT时间后线框感应电流恒定答案A解析0T时间,导线MN中的电流向上增大,根据安培定则可知穿过线框中的磁通量垂直纸面向里增大,根据楞次定律,可判断线框中感应电流方向沿adcba,故A正确;0T时间,导线MN中的电流向上增大,但电流的变化率却减小,所以穿过线框中的磁通量的变化率减小,根据法拉第电磁感应定律可知,感应电流逐渐减小,故B错误;0T时间,由于ab边始终有感应电流且磁场垂直ab边,故ab边一直受到安培力的作用,故C错误;T时间后,由于导线MN中的电流恒
34、定,所以产生的磁场也恒定,使得穿过线框的磁通量保持不变,磁通量的变化率为零,所以线框中感应电流为零,故D错误。2(2021辽宁省辽阳市高三下一模)某星球表面0200 km高度范围内,水平方向磁场的磁感应强度大小随高度由60 T均匀减小至10 T,为使航天器能在星球表面安全降落,可以利用电磁阻力来减小航天器下落速度。若在航天器上固定一边长为1 m的正方形闭合线圈,航天器竖直降落时线圈平面始终与水平磁场垂直,上下两边始终处于水平状态,为使航天器速度为1 km/s时产生的电磁阻力(只对该闭合线圈产生的作用力)为1000 N,则线圈电阻的阻值R为()A2.51014 B51011 C6.25108 D
35、1105 答案C解析由磁场分布规律可知,线圈上下两边所处位置的磁感应强度大小之差B2.5104 T,线圈上下两边产生的总感应电动势大小EBLv,线圈上下两边受到的总安培力大小FBIL,其中I,解得R6.25108 ,C正确。3. 如图所示,两个闭合正方形线圈a、b用粗细相同的同种导线绕制而成,匝数相同,线圈a的边长为线圈b边长的3倍,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,下列说法正确的是()Aa、b线圈中均产生顺时针方向的感应电流Ba、b线圈中感应电动势之比为31Ca、b线圈中感应电流之比为34Da、b线圈中电功率之比为271答案D解析根据楞
36、次定律可知,原磁场向里增强,则感应电流的磁场与原磁场方向相反,因此a、b线圈中感应电流的方向均为逆时针,故A错误;根据法拉第电磁感应定律可知EnnSnl2,由题意知,两线圈匝数n相同,也相同,故EaEbll91,故B错误;绕制线圈的导线横截面积S0相同,电阻率也相同,根据电阻定律有R,导线长度为Ln4l,故电阻之比为RaRblalb31,根据闭合电路欧姆定律有I,故a、b线圈中感应电流之比为IaIb31,故C错误;电功率P,因电动势之比为91;电阻之比为31;则电功率之比为271,故D正确。4. 如图所示,电路中有三个相同的灯泡L1、L2、L3,电感线圈L的电阻可忽略,D为理想二极管。下列说法
37、正确的是()A闭合开关S的瞬间,L3立即变亮,L1、L2逐渐变亮B闭合开关S的瞬间,L2、L3立即变亮,L1逐渐变亮C断开开关S的瞬间,L2立即熄灭,L1先变亮一下然后才熄灭D断开开关S的瞬间,L2立即熄灭,L3先变亮一下然后才熄灭答案B解析开关S闭合的瞬间,由于自感线圈L产生自感电动势,L1逐渐变亮,而L2、L3立即变亮,故A错误,B正确。断开开关S的瞬间,线圈L和L1、L3构成回路,因原来L1、L3两支路电流相等,所以L1、L3逐渐熄灭,L2立即熄灭,故C、D错误。5. 如图所示,光滑绝缘水平面上嵌入一无限长通电直导线。一质量为0.02 kg的金属片在该平面内以大小为v02 m/s、方向与
38、电流方向成60角的初速度滑出。则()A圆形金属片最终将静止在水平面上的某处B圆形金属片最终沿垂直导线方向做匀速直线运动C圆形金属片所受安培力方向始终和运动方向相反D圆形金属片中产生的电能最多为0.03 J答案D解析直导线周围有环形磁场,且离导线越远磁场越弱,圆形金属片向右运动,磁通量减小,会产生涡流,根据“来拒去留”(电磁阻尼)可知,所受的安培力将阻碍金属圆片远离通电直导线,即安培力垂直直导线向左,与运动方向并非相反,安培力使圆形金属片在垂直导线方向做减速运动,当垂直导线方向的速度减为零时,只剩沿导线方向的速度,之后磁通量不变,无感应电流产生,水平方向合力为零,故接着沿导线方向做匀速直线运动,
39、故A、B、C错误;由题意知,沿导线方向的分速度v1v0cos601 m/s,根据能量守恒定律,得:Qmvmv0.03 J,故金属片中最多产生0.03 J的电能,D正确。6(2020浙江7月选考) 如图所示,固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO上,随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是()A金属棒产生的电动势为Bl2B微粒的电荷量与质量之比为C电阻消耗的电功率为D电容器所带的电荷量为CBr2答案B解析金属棒绕OO轴转动切割磁感线,产生的电动势EBrBr2,A错误;电容器两极板间的电压等于电源电动势E,带电微粒在两极板间处于静止状态,则qmg,即,B正确;电阻消耗的电功率P,C错误;电容器所带的电荷量QCE,D错误。7.(2021山东省
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