1、最新人教版高中物理选修3245电磁感应现象的两类情况 知识点总结及课时练习5电磁感应现象的两类情况记一记电磁感应现象的两类情况知识体系辨一辨1.如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不会产生感生电场()2处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用()3感生电场就是感生电动势()4由动生电动势的分析可知，洛伦兹力对运动电荷不做功是错误的()5导体切割磁感线运动时，克服安培力做多少功，就会有多少其他形式的能转化为电能()想一想1.感生电场的方向与感应电流的方向有什么关系？如何判断感生电场的方向？提示：感应电流的方向与正电荷定向移动的方向相同感生电场的方向与正电荷受力的方
2、向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律来判定2电路中由于磁通量变化产生感生电动势时，其中的非静电力是哪种性质力？提示：是感生电场对自由电荷的作用3若导体棒垂直磁场一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？为什么？提示：不会若导体棒一直运动下去，当导体棒内部自由电荷在电场中所受电场力与洛伦兹力相等时，自由电荷将不再运动4有人认为动生电动势和感生电动势具有相对性，你觉得对吗？提示：对，例如将条形磁铁插入线圈中，如果在相对磁铁静止的参考系内观察，线圈运动，产生的是动生电动势；如果在相对线圈静止的参考系中观察，线圈中磁场变化，产生感生电动势思考感悟：
3、练一练1.(多选)下列说法正确的是()A感生电场由变化的磁场产生B恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则来判定D感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向解析：变化的磁场在空间激发感生电场，恒定的磁场不能在周围空间产生感生电场，A项正确，B项错误；感生电场的电场线是闭合曲线，感生电场的方向可由楞次定律和安培定则判断，不一定是沿逆时针方向，C项正确，D项错误答案：AC2在按如图所示的四种变化规律的磁场中能产生恒定的感生电场的是()解析：据麦克斯韦电磁理论，恒定的感生电场由均匀变化的磁场产生，C项正确答案：C3在匀强磁场中，有一接有电容器的回路，如图
4、所示，已知电容器电容C30 F，l15 cm，l28 cm，磁场以5102 T/s的变化率增强，则()A电容器上极板带正电，带电荷量为2109 CB电容器上极板带正电，带电荷量为6109 CC电容器上极板带负电，带电荷量为4109 CD电容器上极板带负电，带电荷量为6109 C解析：根据楞次定律和安培定则可判断电容器上极板带正电；因为磁感应强度是均匀增大的，故感应电动势大小恒定，由法拉第电磁感应定律ES，可得El1l2510251028102 V2104 V，即电容器两板上所加电压U为2104 V，所以电容器带电荷量为QCU301062104 C6109 C，故B项正确答案：B4(多选)如图所
5、示，金属杆ab以恒定的速率v在光滑平行导轨上向右滑行，设整个电路中总电阻为R(恒定不变)，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列叙述正确的是()Aab杆中的电流与速率v成正比B磁场作用于ab杆的安培力与速率v成正比C电阻R上产生的热功率与速率v成正比D外力对ab杆做功的功率与速率v成正比解析：由EBlv和I得，I，所以安培力FBIl，电阻上产生的热功率PI2R，外力对ab做功的功率就等于回路产生的热功率，A、B两项正确答案：AB要点一 感生电场和感生电动势1如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将()A不变B增加C减少D以上情况都
6、可能解析：当磁感应强度均匀增大时，在纸平面方向上将产生逆时针环绕的电场，对带正电的粒子做正功，使其动能增加答案：B2某空间出现了如图所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是()A沿AB方向磁场在迅速减弱B沿AB方向磁场在迅速增强C沿BA方向磁场恒定不变D沿BA方向磁场在迅速减弱解析：感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场的情况有两种可能：原磁场方向向下且沿AB方向减弱，或原磁场方向向上且沿BA方向增强，所以A有可能答案：A要点
7、二 动生电动势3如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个感应电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是 ()A因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势B动生电动势的产生与洛伦兹力无关C动生电动势的产生与电场力有关D动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的解析：根据动生电动势的定义，A项正确；动生电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中的非静电力与感生电场有关，B、C、D三项错误答案：A4如图所示，边长为L的正方形线圈与足够大的匀强磁场垂直，磁感应强度为B.当线圈按图示方向以速度v垂直B运动时，下列判断正确的是()A线圈中无电流，abcdB线圈中无电流，abdcC线圈中
8、有电流，abcdD线圈中有电流，abdc解析：线圈在运动过程中，穿过线圈的磁通量不变，所以在线圈中不会产生感应电流，C、D两项错误；导线两端有电势差，根据右手定则可知A项错误，B项正确答案：B要点三 电磁感应中的动力学问题5.矩形导线框固定在匀强磁场中，如图甲所示，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向为垂直纸面向里，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示，则()A从0到t1时间内，导线框中电流的方向为abcdaB从0到t1时间内，导线框中电流越来越小C从0到t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcbaD从0到t2时间内，导线框ab边受到的安培力越来越大解析：由楞次定律，从0到
9、t2时间内，导线框中电流的方向始终为adcba，A项错误，C项正确；由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，从0到t2时间内，导线框中电流恒定，B项错误；由安培力公式，从0到t2时间内，导线框ab边受到的安培力先减小后增大，D项错误答案：C6如图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其中一部分处于方向垂直导轨所在平面并且有上下水平边界的匀强磁场一根金属杆MN保持水平并沿导轨滑下(导轨电阻不计)，当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度随时间变化的图线不可能的是()解析：当金属杆MN进入磁场区后，切割磁感线产生感应电流，受到向上的安培力金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力与重力相等，做匀速直线运动，
10、速度不变，所以A图象是可能的；金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力小于重力，做加速运动，随着速度的增大，感应电动势和感应电流增大，金属杆所受的安培力增大，合外力减小，加速度减小，vt图象的斜率应逐渐减小，故B图象不可能，C图象是可能的；金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力大于重力，做减速运动，随着速度的减小，金属杆所受的安培力减小，合外力减小，加速度减小，vt图象的斜率减小，D图象是可能的，故选B项答案：B要点四 电磁感应中的能量问题7(多选)把一个矩形线圈从理想边界的匀强磁场中匀速拉出来，如图所示，第一次为v1，第二次为v2，且v22v1，两种情况下拉力做的功W1与W2之比，拉力的功率P
11、1与P2之比，线圈中产生的焦耳热Q1与Q2之比()A.B.C. D.解析：由题意知线圈被匀速拉出，所以有FF安BIL，由法拉第电磁感应定律得I，两式联立得F，拉力做功为WFss，所以两种情况下拉力做的功W1与W2之比为；由公式PFv可得，两种情况下拉力的功率P1与P2之比为；由公式QPt和t可得，两种情况下线圈中产生的焦耳热Q1与Q2之比为.选项A、D两项正确答案：AD8光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为yx2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m的小金属块从抛物线yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足
12、够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()Amgb B.mv2Cmg(ba) Dmg(ba)mv2解析：金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生感应电流，进而产生焦耳热最后，金属块在高为a的曲面上做往复运动减少的机械能为mg(ba)mv2，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选D.答案：D基础达标1.(多选)关于感生电动势和动生电动势的比较，下列说法正确的是()A感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体两端出现的电动势B动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产
13、生定向移动，使导体棒两端出现的电动势C在动生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自由电荷做功D感生电动势和动生电动势产生的实质都是由于磁通量的变化引起的，只是感生电动势是由于磁场的变化产生的，而动生电动势是由于面积的变化产生的解析：感生电动势和动生电动势的产生机理不同，易知A、B两项正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力不做功，C项错误；感生电动势和动生电动势实质上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通量的变化引起的，D项正确答案：ABD2(多选)内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于圆环直径的带正电
14、的小球，以速率v0沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场设运动过程中小球带电荷量不变，那么(如图所示)()A小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B小球所受的磁场力一定不断增大C小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动D磁场力对小球一直不做功解析：变化的磁场将产生感生电场，这种感生电场由于其电场线是闭合的，也称为涡旋电场，其场强方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法，使用楞次定律判断当磁场增强时，会产生顺时针方向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为零，后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动，所以C项正确；磁场力始终
15、与小球运动方向垂直，因此始终对小球不做功，D项正确；小球在水平面内沿半径方向受两个力作用：环的压力FN和磁场的洛伦兹力F，这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中FBqv，磁场在增强，球速先减小，后增大，所以洛伦兹力不一定总在增大；向心力F向m，其大小随速度先减小后增大，因此压力FN也不一定始终增大故正确答案为C、D.答案：CD3如图所示，直角三角形金属框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a、b、c.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是()Aac，金属框中无电流Bbc，金属框中电流方向沿abc
16、aCUbcBl2，金属框中无电流DUacBl2，金属框中电流方向沿acba解析：金属框abc平面与磁场方向平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，B、D两项错误；转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断ac，bv2，v1向右，v2向左Dv1v2，v1向左，v2向右解析：当ab棒和cd棒分别向右和向左运动时，两棒均相当于电源，且串联，电路中有最大电动势，对应最大的顺时针方向电流，电阻上有最大电压，所以电容器上有最多电量，左极板带正电答案：C能力达标11如图所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为
17、B.一半径为b(ba)，电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线环截面的电荷量为()A. B.C. D.解析：开始时穿过导线环向里的磁通量设为正值，1Ba2，向外的磁通量则为负值，2B(b2a2)，总的磁通量为它们的代数和(取绝对值)B|b22a2|，末态总的磁通量为0，由法拉第电磁感应定律得平均感应电动势为，通过导线环截面的电荷量为qt，A项正确答案：A12如图所示，L10.5 m，L20.8 m，回路总电阻为R0.2 ，重物的质量M0.04 g，导轨光滑，开始时磁场B01 T现使磁感应强度以0.2 T/s的变化率均匀地
18、增大，试求：当t为多少时，重物刚好离开地面？(g取10 m/s2)解析：回路中原磁场方向向下，且磁感应强度增加，由楞次定律可以判知，感应电流的磁场方向向上，根据安培定则可以判知，ab中的感应电流的方向是ab，由左手定则可知，ab所受安培力的方向水平向左，从而向上拉起重物电路中电动势E0.08 V电流I0.4 A重物刚好离开地面时有BIL1Mg将BB0t代入解得t5 s.答案：5 s13如图甲所示，平行导轨MN、PQ水平放置，电阻不计，两导轨间距d10 cm，导体棒ab、cd放在导轨上，并与导轨垂直每根导体棒在导轨间的部分，电阻均为R1.0 .用长为L20 cm的绝缘丝线将两导体棒系住，整个装置
19、处在匀强磁场中t0时，磁场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自然状态此后，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示不计感应电流磁场的影响，整个过程丝线未被拉断求：(1)02.0 s时间内，电路中感应电流的大小与方向；(2)t1.0 s时刻丝线的拉力大小解析：(1)由题图乙可知0.1 T/s由法拉第电磁感应定律有ES2103 V则I1103 A由楞次定律和安培定则可知电流方向为acdba(2)导体棒在水平方向上受丝线拉力和安培力平衡，由题图乙可知t1.0 s时B0.1 T则FTF安BId1105 N答案：(1)1103 A方向为acdba(2)1105 N14如图甲所示，轻质细线吊着一质量m0.32 g、边长L0.8 m、匝数n10的正方形线圈，总电阻为r1 ，边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，磁场方向垂直纸面向里，大小随时间的变化如图乙所示，从t0开始经t0时间细线开始松弛，取g10 m/s2.求：(1)从t0到tt0时间内线圈中产生的电动势；(2)从t0到tt0时间内线圈的电功率；(3)t0的值解析：(1)由法拉第电磁感应定律得Enn20.4 V(2)I0.4 A，PI2r0.16 W(3)分析线圈受力可知，当细线松弛时有F安nBt0Img，I，则Bt02 T由图象知Bt010.5t0(T)，解得t02 s答案：(1)0.4 V(2)0.16 W(3)2 s
