高中物理专题复习电磁感应.docx

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高中物理专题复习电磁感应

高中物理专题复习课件电磁感应

电磁感应现象、感应电流方向的判断

跟踪练习1如图所示，两个同心放置的共面单匝金属环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直放置，设穿过圆形a的磁通量为Φa，穿过圆形b的磁通量为Φb,已知两圆环的横截面积分别为Sa和Sb,且Sa

A.Φa=ΦbB.Φa>ΦbC.Φa<ΦbD.无法确定

跟踪练习2如图所示，平面M的面积为S，垂直于匀强磁场B，求平面M由此位置出发绕与B垂直的轴转过60°和转过180°时磁通量的变化量.

例1如图所示，当磁铁向铜环运动时，铜环的运动情况是（）

A.向右摆动

B.向左摆动

C.停止

D.不能判断

例2如图所示，在O点正下方有一个有界匀强磁场，铜环自A点处由静止释放向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，下列说法正确的是（）

A.A、B两点在同一水平线上

B.A点高于B点

C.A点低于B点

D.铜环最终做等幅摆动

【例与练】如图所示，在通电直导线的正下方有矩形导线框，导线框在下列运动中能产生感应电流的是（）

A．导线框在水平方向向右匀速运动

B．导线框在水平方向向右加速运动

C．导线框以直导线为轴旋转

D．导线框向直导线靠近

【例与练】如图所示，两个相同的闭合铝环套在一根无限长的光滑杆上，将一条形磁铁向左插入铝环（未穿出）的过程中，两环的运动情况是：

（）

A、同时向左运动，距离增大；

B、同时向左运动，距离不变；

C、同时向左运动，距离变小；

D、同时向右运动，距离增大。

【例与练】某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律．当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是（）

A．a→G→b

B．先a→G→b，后b→G→a

C．b→G→a

D．先b→G→a，后a→G→b

【例与练】如图，一水平放置的圆形通电线圈1固定，电流强度为I，方向如图所示．另一个较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落的过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从1的正上方下落至1的正下方的过程中，从上向下看线圈2，应是（）

A．无感应电流产生

B．有顺时针方向的感应电流

C．有先顺时针后逆时针方向的感应电流

D．有先逆时针后顺时针方向的感应电流

【例与练】（2010·海南卷）一金属圆环水平固定放置．现将一竖直的条形磁铁，在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放．在条形磁铁穿过圆环的过程中，条形磁铁与圆环（　　）

A．始终相互吸引

B．始终相互排斥

C．先相互吸引，后相互排斥

D．先相互排斥，后相互吸引

【例与练】在图所示装置中，是一个绕垂直于纸面的轴转动的闭合导线框，当滑线变阻器的滑片自左向右滑动时，线框的运动情况是：

（）

A、保持静止不动

B、逆时针转动

C、顺时针转动

D、转动方向由电源极性决定

【例与练】如图所示，在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd.磁铁和线框都可以绕竖直轴OO′自由转动．若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是（　　）

A．静止

B．随磁铁同方向转动

C．沿与磁铁相反方向转动

D．要由磁铁具体转动方向来决定

【例与练】如图所示，进行以下操作，请判断R中的电流方向

⑴突然闭合开关

⑵突然断开开关

⑶开关闭合后，P向左或向右滑动时。

【例与练】如图所示，通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上，当螺线管中电流I减小时（）

A.环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小

B.环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小

C.环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大

D.环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大

【例与练】（2010上海单科）如图所示，金属环A用轻绳悬挂，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“收缩”或“扩张”）趋势．

【例与练】如下图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放（各线框下落过程中不翻转），则以下说法正确的是（　　）

A．三者同时落地

B．甲、乙同时落地，丙后落地

C．甲、丙同时落地，乙后落地

D．乙、丙同时落地，甲后落地

【例与练】如图所示，在光滑水平桌面上有两个金属圆环，在它们圆心连线中点正上方有一个条形磁铁，当条形磁铁自由下落时，将会出现的情况是（　　）

A．两金属环将相互靠拢

B．两金属环将相互分开

C．磁铁的加速度会大于g

D．磁铁的加速度会小于g

【例与练】如右图所示，当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时，线圈C向右摆动．则ab的运动情况是（　　）

A．向左或向右做匀速运动

B．向左或向右做减速运动

C．向左或向右做加速运动

D．只能向右做匀加速运动

【例与练】如图所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大导线圈M相连接．要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨中的裸金属棒ab的运动情况是（两导线圈共面放置）（　　）

A．向右匀速运动

B．向左加速运动

C．向右减速运动

D．向右加速运动

【例与练】如右图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动．则PQ所做的运动可能是（　　）

A．向右加速运动　　　　　

B．向左加速运动

C．向右减速运动

D．向左减速运动

【例与练】如图所示，闭合的矩形金属框abcd的平面与匀强磁场垂直，现金属框固定不动而磁场运动，发现ab边所受安培力的方向为竖直向上，则此时磁场的运动可能是（　　）

A．水平向右平动

B．水平向左平动

C．竖直向上平动

D．竖直向下平动

法拉第电磁感应定律

跟踪练习1穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系如图所示，在下列几段时间内，线圈中感应电动势最小的是（）

A.0~2s

B.2~4s

C.4~5s

D.5~10s

跟踪练习2如图所示为空间存在的磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律（余弦），在此空间内有一面积为S的正方形导线框与磁场垂直，则下列说法中正确的有（）

A.在零时刻和t2时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量的变化率也最大

B.在t1时刻，穿过线框的磁通量为零，磁通量的变化率也是零

C.在t1→t3时间内磁通量的变化率为

D.以上说法均不正确

例1如图所示，边长为a，电阻为R的正方形闭合线框ABCD在匀强磁场中绕AB边匀速转动，磁感应强度为B，初始时刻线框所在平面与磁感线垂直，经过时间t0转过120°角，求：

（1）线框内感应电动势在t0时间内的平均值；

（2）转过120°角时感应电动势的瞬间值；

（3）转过120°角的过程中，通过线框横截面的电荷量.

例2如图所示边长为l，具有质量的钢性正方形导线框abcd位于光滑水平面上，线框总电阻为R.虚线表示一匀强磁场区域的边界，宽为s（s>l），磁感应强度为B，方向竖直向下.线框以v的初速度沿光滑水平面进入磁场，已知ab边刚进入磁场时通过导线框的电流为I0.试在i－x坐标上定性画出此后流过导线框的电流i随坐标位置x变化的图线.

【例与练】穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图象分别如下图①～④所示．下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是（　　）

A．图①中，回路产生的感应电动势恒定不变

B．图②中，回路产生的感应电动势一直在变大

C．图③中，回路在0～t1时间内产生的感应电动势小于在t1～t2时间内产生的感应电动势

D．图④中，回路产生的感应电动势先变小再变大

【例与练】如下图所示，三个相同的金属圆环内存在不同的有界匀强磁场，虚线表示环的某条直径．已知所有磁场的磁感应强度随时间变化的关系都满足B＝kt，方向如图所示．测得A环中感应电流强度为I，则B环和C环内感应电流强度分别为（　　）

A．IB＝I，IC＝0

B．IB＝I，IC＝2I

C．IB＝2I，IC＝2I

D．IB＝2I，IC＝0

【例与练】如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少．以下说法正确的是（　　）

A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快

B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快

C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大

【例与练】一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中，如图所示，线圈平面与磁场方向成60°角，磁感应强度随时间均匀变化，用下列哪种方法可使感应电流增加一倍（　　）

A．把线圈匝数增加一倍

B．把线圈面积增加一倍

C．把线圈半径增加一倍

D．改变线圈与磁场方向的夹角

【例与练】（09年全国卷Ⅱ）如图，匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里，大小随时间的变化率k为负的常量．用电阻率为ρ、横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框．将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中．求：

（1）导线中感应电流的大小；

（2）磁场对方框作用力的大小随时间的变化率．

法拉第电磁感应定律的应用

例1如图所示，水平的平行虚线间距为d=50cm，其间有B=1.0T的匀强磁场.一个正方形线圈边长为l=10cm，线圈质量m=100g，电阻为R=0.020Ω.开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm.将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等.取g=10m/s2，求：

（1）线圈进入磁场过程中产生的是电热Q;

（2）线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v;

（3）线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a.

例2两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l.导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示.两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速v0.若两导体棒在运动中始终不接触，求：

（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？

（2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？

【例与练】（2010·全国Ⅰ卷）某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10－5T。

一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100m，该河段涨潮和落潮时有海水（视为导体）流过。

设落潮时，海水自西向东流，流速为2m/s。

下列说法正确的是（　　）

A．电压表记录的电压为5mV

B．电压表记录的电压为9mV

C．河南岸的电势较高

D．河北岸的电势较高

【例与练】如图所示，长为6m的导体AB在磁感应强度B＝0.1T的匀强磁场中，以AB上的一点O为轴，沿着顺时针方向旋转．角速度ω＝5rad/s，O点距A端为2m，求AB的电势差．

【例与练】放在绝缘水平面上的两条平行导轨MN和PQ之间宽度为L，在MNQP间存在磁感应强度为B的匀强磁场，B的方向垂直于导轨平面，导轨左端接有阻值为R的电阻，其他部分电阻不计．导轨右端接一电容为C的电容器，长为2L的金属棒放在导轨上与导轨垂直且接触良好，其a端放在导轨PQ上．现将金属棒以a端为轴，以角速度ω沿导轨平面顺时针旋转90°角，如图所示，解答下列问题（设导轨长度比2L长得多）．　

（1）电阻R中流过的最大感应电流；

（2）通过电阻R的总电量．

自感现象

跟踪练习1关于线圈中自感电动势的大小说法中正确的是（）

A.电感一定时，电流变化越慢，电动势越大

B.电感一定时，电流变化越快，电动势越大

C.通过线圈的电流为零的瞬间，电动势为零

D.通过线圈的电流为最大值的瞬间，电动势最大

跟踪练习2如图所示，为日光灯的工作电路.

（1）开关S刚合上前，启动器D的静触片和动触片是（填接通的、断开的）.

（2）开关S刚合上时，220V电压加在.使灯发出红光.

（3）日光灯启辉器断开瞬间，灯管两端电压220V（填大于、等于、小于）.

（4）日光灯正常发光时，启动器D的静触片和动触片（填接触、断开）.

例1如图所示的电路中有L1和L2两个完全相同的灯泡，线圈L的电阻忽略不计，下列说法中正确的是（）

A.闭合S时，L2先亮，L1后亮，最后一样亮

B.断开S时，L2立刻熄灭，L1过一会儿熄灭

C.L1中的电流始终从a到b

D.L2中的电流始终从c到d

例2如右图所示，S是闭合的，流过线圈L的电流为i1，流过灯A的电流为i2，且i1>i2.在t1时刻将S断开，那么流过灯泡的电流随时间变化的图象是下图中的（）

【例与练】在如图所示的电路中，A、B是相同的两个灯泡，L是一个带铁芯的线圈，直流电阻可不计。

调节R，电路稳定时两灯都正常发光，则在开关合上和断开时（）

A.两灯同时点亮，同时熄灭

B.合上S时，B比A先达到正常发光状态

C.断开S时，A、B两灯都不会立即熄灭，通过A、B两灯的电流方向都与原来电流的方向相同

D.断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭

电磁感应中的电路与图像问题

方法图示

【例与练】如图所示，两个互相连接的金属环用同样规格的导线制成，大环半径是小环半径的4倍，若穿过大环的磁场不变，小环中磁场变化率为k时，其路端电压为U；若小环中磁场不变，而大环中磁场变化率也为k时，其路端电压为多大？

【例与练】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.8T，竖直向下穿过水平放置的矩形线框MNQP，MN=PQ=2m，MP=NQ=1m，ab是用与线框相同的导线制成，它们单位长度的电阻R0=0.1/m，不计摩擦。

ab杆从MP处开始以v=5m/s的速度向右匀速滑动。

（1）关于ab杆两端的电势差的讨论：

某同学认为：

ab杆两端的电势差Uab就是路端电压，ab杆匀速切割磁感线时，感应电动势大小恒定，且内电阻r大小不变。

当ab杆滑至线框正中间时，外电路电阻最大，此时，Uab有最大值，也即Uab的值是先变大后变小。

你认为该同学的判断是否正确？

若他判断错误，你重新分析，并确定Uab的大小。

若他的判断正确，请算出Uab的最大值。

（2）关于线框MNQP的电功率P的讨论：

某同学认为：

既然ab杆滑至线框正中间时，路端电压最大，此时线框MNQP的电功率P也最大，所以P的值是先变大后变小。

你认为该同学的判断是否正确？

请作出评价，并说明理由。

（不需要定量计算）

【例与练】如图矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。

若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列各图中正确的是（）

【例与练】如图1所示，虚线上方空间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，直角扇形导线框绕垂直于纸面的轴O以角速度ω匀速逆时针转动。

设线框中感应电流的方向以逆时针为正，线框处于图示位置时为时间零点。

那么，在图2中能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是（）

【例与练】如图（甲），MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计．ab是一根不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆．开始，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能是图（乙）中的（　）

【例与练】如图所示，在坐标系xOy中，有边长为a的正方形金属线框abcd，其一条对角线ac和y轴重合、顶点a位于坐标原点O处．在y轴的右侧的Ⅰ、Ⅳ象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行．t＝0时刻，线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流方向为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线是下图中的（　　）

【例与练】（07年全国卷Ⅱ）如图所示，在PQ、QR区域存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面，bc边与磁场的边界P重合。

导线框与磁场区域的尺寸如图所示。

从t＝0时刻开始线框匀速横穿两个磁场区域。

以a→b→c→d→e→f为线框中电动势的正方向。

以下四个E-t关系示意图中正确的是（）

【例与练】如图（甲）所示，圆形金属框与一个平行金属导轨相连接，并置于水平桌面上．圆形金属框面积为S，内有垂直于线框平面的磁场，磁感应强度B1随时间t的变化关系如图（乙）所示，0～1s内磁场方向垂直线框平面向里．长为L，电阻为R的导体棒置于平行金属导轨上，且与导轨接触良好．导轨和导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒定为B2，方向垂直导轨平面向里．若不计其余各处的电阻，当导体棒始终保持静止时，其所受的静摩擦力f（设向右为力的正方向）随时间变化的图象为（）

【例与练】半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图所示。

有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图所示。

在t=0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为q的静止微粒。

则以下说法正确的是（）

A.第2秒内上极板为正极

B.第3秒内上极板为负极

C.第2秒末微粒回到了原来位置

D.第2秒末两极板之间的电场强度大小为0.2r2/d

电磁感应中的力学与能量问题

动力学问题分析

A．两种状态处理

（a）静止或匀速直线运动状态．

处理方法：

根据平衡条件合外力等于零列式分析．

（b）加速度不为零．

处理方法：

根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析．

B．两大研究对象及其相互制约关系

C、电磁感应中的动力学临界问题

（a）解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件．

（b）基本思路是：

能量转化问题

A、动态分析

B、能量转化特点

C．电能求解思路主要有三种

（a）利用克服安培力求解：

电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功．

（b）利用能量守恒求解：

其他形式的能的减少量等于产生的电能．

（c）利用电路特征来求解：

通过电路中所产生的电能来计算．

【例与练】（09·福建卷）如图所示，固定放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μ.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，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）．设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g．则此过程（　　）

A．杆的速度最大值为

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做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量

【例与练】（2011年广州一模）如图，金属棒ab、cd与足够长的水平光滑金属导轨垂直且接触良好，匀强磁场垂直导轨所在的平面．ab棒在恒力F作用下向右运动，则（）

A.安培力对ab棒做正功

B.安培力对cd棒做正功

C.abdca回路的磁通量先增加后减少

D.F做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和

【例与练】如图所示，有两根和水平面成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B。

一质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋于一个最大速度vm，则（　　）

A．如果B增大，vm将变大

B．如果α增大，vm将变大

C．如果R增大，vm将变大

D．如果m变小，vm将变大

【例与练】如图所示，平行且足够长的两条光滑金属导轨，相距0.5m，与水平面夹角为30°，不计电阻，广阔的匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度B＝0.4T，垂直导轨放置两金属棒ab和cd，长度均为0.5m，电阻均为0.1Ω，质量分别为0.1kg和0.2kg，两金属棒与金属导轨接触良好且可沿导轨自由滑动．现ab棒在外力作用下，以恒定速度v＝1.5m/s沿着导轨向上滑动，cd棒则由静止释放，试求：

（g取10m/s2）

（1）金属棒ab产生的感应电动势；

（2）闭合回路中的最小电流和最大电流；

（3）金属棒cd的最终速度．

【例与练】如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距0.2m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4Ω，导轨电阻不计，导轨ab的质量为0.2g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2T，且磁场区域足够大，当ab导体自由下落0.4s时，突然接通电键K，则：

（1）试说出K接通后，ab导体的运动情况

（2）ab导体匀速下落的速度是多少？

（g取10m/s2）

【例与练】两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L,底端接阻值为R的电阻。

将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示.除电阻R外其余电阻不计。

现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则（）

A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g

B.金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→b

C.金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为

D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

【例与练】两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。

质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。

整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中．当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度v2向下匀速运动。

重力加速度为g。

以下说法正确的是（　　）

A．ab杆所受拉力F的大小为

B．cd杆所受摩擦力为零

C．回路中的电流为

D．μ与v1大小的关系为

【例与练】如右图所示，在光滑的水平面上，一质量为m，半径为r，电阻为R的均匀金属环，以初速度v0向一磁感应强度为B的有界匀强磁场滑去（磁场宽度d>2r）．圆环的一半进入磁场历时t秒，这时圆环上产生的焦耳热为Q，则t秒末圆环中感应电流的瞬时功率为（　　）

【例与练】如图所示，线圈由A位置开始下落，在磁场中受到的磁场力如果总小于它的重力，则它在A、B、C、D四个位置（B、D位置恰好线圈有一半在磁场中）时，加速度关系为（）