電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用解析

1、高三物理三輪復(fù)習(xí)材料13-7電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用(兩課時(shí))【命題展望】本專題內(nèi)容綜合性較強(qiáng)，從2007年實(shí)行新課改到2013年連續(xù)七年，山東卷高考題均以一道選 擇題的形式考查了本專題的有關(guān)知識(shí)，涉及感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流方向的判斷、大小的計(jì)算，電磁 感應(yīng)與電路、圖象、力學(xué)、功能相結(jié)合等，題目難度適中。預(yù)計(jì)2014年高考除了延續(xù)這一考查方式 的可能性較大外，也不排除電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)、功能相結(jié)合出現(xiàn)計(jì)算題的可能性，這一點(diǎn)應(yīng)引 起重視。【考點(diǎn)精要】考點(diǎn)一.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1 .磁通量(1)定義式：=BS,式中B為勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為垂直于磁場的投影面的面積。(2)意義：穿過S面的磁感線的條數(shù)，

2、是標(biāo)量，但有正負(fù)，正負(fù)代表磁感線從回路平面的哪個(gè)方 向穿入。(3)磁通量變化的類型由于磁場B變化而引起閉合回路的磁通量的變化。由于閉合回路的面積S發(fā)生變化而引起磁通量的變化。磁場、閉合回路面積都發(fā)生變化時(shí)，也可引起穿過閉合電路的磁通量的變化。2 .產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。3 .產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的條件：無論回路是否閉合，只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就有感應(yīng) 電動(dòng)勢產(chǎn)生，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源?？键c(diǎn)二,感應(yīng)電流方向的判斷1 .楞次定律(1)內(nèi)容；感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 (2)適用范圍：適用于一切電

3、磁感應(yīng)現(xiàn)象。(3)應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的一般步驟：明確所研究的閉合回路中原磁場的方向；明確穿過閉合回路的磁通量是增加還是減少；楞次定律判定感應(yīng)電流的磁場方向；由安培定則根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向判斷出感應(yīng)電流的方向。(4)楞次定律的推廣含義：總的來說，感應(yīng)電流的效果總是要反抗(或阻礙)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因, 利用“結(jié)果”反抗“原因”的思想定性進(jìn)行分析，具體可分為以下三種情況： 阻礙原磁通量的變化或原磁場的變化一 “增反減同，阻礙導(dǎo)體與磁場間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)一“來拒去留”。阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)一 “增反減同”。2 .右手定則(1)判定方法：伸開右手，讓大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)

4、平面內(nèi)，讓磁感線垂直 從手心進(jìn)入，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，其余四指指的就是感應(yīng)電流的方向。(2)適用范圍：適用于由導(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判定。(3)注意事項(xiàng)：當(dāng)磁場運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體不動(dòng)時(shí)，用右手定則，拇指指向是導(dǎo)體相對(duì)磁場的運(yùn)動(dòng)方向。 “切割”的那段導(dǎo)體中，感應(yīng)電流的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，即由低電勢點(diǎn)指向高電勢點(diǎn)?？键c(diǎn)三.感應(yīng)電動(dòng)勢大小的計(jì)算1 .法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，(2)(3)均值。E =也公式： A普遍適用，多用于回路中磁通量發(fā)生變化的情況，一般用來求at這段時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的平2 . E=BLv（1）僅適用于計(jì)算一

5、段導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場中垂直平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢情況。式中B、L、 v三者必須互相垂直。（2） L為導(dǎo)體在垂直于速度和磁場方向上的投影長度；v為相對(duì)于磁場的有效切割速度，即為導(dǎo) 體相對(duì)于磁場的垂直切割速度?？键c(diǎn)四.自感現(xiàn)象1 .自感現(xiàn)象：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。E = L_2 .自感電動(dòng)勢：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫自感電動(dòng)勢。7, L是自感系數(shù)，跟線圈的形狀、長短、匝數(shù)等因素有關(guān)系，線圈越粗，越長、匝數(shù)越密，它的自感系數(shù)越大，另外有鐵芯 的線圈自感系數(shù)比沒有鐵芯時(shí)大得多。3 .自感現(xiàn)象中的通斷電問題（1）通電瞬間：含電感的電路相當(dāng)于斷路，電流為零，隨著自感電動(dòng)

6、勢逐漸減小，電路中電流逐漸 增大。（2）電路穩(wěn)定：電感線圈相當(dāng)于電路中的直流電阻。（3）斷電瞬間：電感線圈相當(dāng)于電流（自感電動(dòng)勢）逐漸減弱的電源，通過放電將儲(chǔ)存電能釋放到 回路中。巧點(diǎn)妙撥1.對(duì)楞次定律中“阻礙”要加強(qiáng)理解，注意“阻礙”不是阻止，這里是阻而未止。阻礙磁通量變化 指：磁通量增加時(shí)，阻礙增加（感應(yīng)電流的磁場和原磁場方向相反，起抵消作用）；磁通量減少時(shí)，阻礙減少（感應(yīng)電流的磁場和原磁場方向一致，起補(bǔ)償作用），簡稱“增反減同二 “阻礙”表示了能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系,正因?yàn)榇嬖谧璧K作用，才能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。2.注意區(qū)別應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則定則、定律適用的基本物理現(xiàn)象安培定

7、則判斷電流（運(yùn)動(dòng)電荷）的磁場方向左手定則判斷磁場對(duì)電流、運(yùn)動(dòng)電荷的作用力方向右手定則判斷閉合電路的一部分做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向3 .區(qū)別磁通量、磁通量的變化量夕及磁通量的變化率工之間的關(guān)系：磁通量p=BS表示穿過 這一平面的磁感線的條數(shù)，磁通量的變化量A2S，表示磁通量變化的多少，磁通量的變化率 本夕w表示磁通量變化的快慢。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 .如圖，金屬環(huán)A用輕線懸掛，與長直螺線管共軸，并位于其左側(cè)。若變阻 器滑片P向左移動(dòng)，則金屬環(huán)A將向（填“左”或“右”）運(yùn)動(dòng)，并有（填吸縮”或“擴(kuò)張”）趨勢。3 .如圖所示，一

8、導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路。虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁 場。方向垂直于回路所在的平面?；芈芬运俣葀向右勻速進(jìn)入磁場，直徑CD始絡(luò)與MN垂直。從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場為止，下列結(jié)論正確的是（）A.感應(yīng)電流方向不變B. CD段直線始終不受安培力C.感應(yīng)電動(dòng)勢最大值E=BavE = tiBuvD.感應(yīng)電動(dòng)勢平均值4! XXXXX X X X XXXX X X x X XXXX4 .如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為E,內(nèi)阻為r,電感L的電阻不計(jì), 電阻R的阻值大于燈泡D的阻值，在t=0時(shí)刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時(shí)間 后,在t=ti時(shí)刻斷開S,下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓Uab隨時(shí)間t

9、變化的 圖像中，正確的是（）5 .如圖所示，水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，兩個(gè)邊長相等的單匝閉合正方形線圈I和n,分別用相同材料，不同粗細(xì)的導(dǎo)線繞制（I為細(xì)導(dǎo)線）。兩 線圈在距磁場上界面”高處由靜止開始自由下落，再進(jìn)入磁場，最后落到地 面。運(yùn)動(dòng)過程中，線圈平面始終保持在豎直平面內(nèi)且下邊緣平行于磁場上邊 界。設(shè)線圈I、II落地時(shí)的速度大小分別為打、V2,在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 熱量分別為Q1、Qzo不計(jì)空氣阻力，則（）A. vi v2, Qi Q2B. vi =v2, Qi= Q2C. V1 Q2D. V1 =V2, Qi QithIXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

10、XXX6.如圖所示，固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d,其右端接有阻值為R 的電阻，整個(gè)裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中。一質(zhì)量為m （質(zhì)量分布均勻） 的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為u?，F(xiàn)桿在 水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離L時(shí)，B.流過電阻R的電量為&C.恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變化量D.恒力F做的功與安倍力做的功之和大于桿動(dòng)能的變化量7 .如圖所示，兩平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面上，相距為L,處于豎直向下的磁場 中，整個(gè)磁場由n個(gè)寬度皆為X。的條形強(qiáng)磁場

11、區(qū)域1、2、3n組成，從左向右依次排列，磁感應(yīng) 強(qiáng)度大小分別為B、2B、3BnB,兩導(dǎo)軌左端MP間接入電阻R,金屬棒ab垂直放在水平導(dǎo)軌 上，且與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒的電阻，若在不同的磁場區(qū)對(duì)金屬棒施加不同的拉力， 使棒ab以恒定速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，取金屬棒圖示位置（即磁場1區(qū)左側(cè)）為x=0,則通過棒ab 的電流i、對(duì)棒施加的拉力F隨位移x變化的圖象是（）8 .如圖甲所示，在水平面上固定有長為L=2m、寬為d=lm的金屬“U”型軌導(dǎo)，在“U”型導(dǎo)軌右側(cè) l=0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。在t=0時(shí) 刻，質(zhì)量為m=O.lkg的導(dǎo)體棒以v

12、o=lni/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間 的動(dòng)摩擦因數(shù)為N=OL導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的 接觸電阻及地球磁場的影響（取且=1/）。（1）通過計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況；（2）計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；（3）計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱。圖甲圖乙9 .如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5m,其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成 的平面均與水平面成30。角。完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始 終有良好接觸，已知兩棒的質(zhì)量均為0.02kg,電阻均為R=0.1Q,整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平

13、面向 上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T,棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速 運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能保持靜止。取g=10m/s2,問：(1)通過cd棒的電流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每產(chǎn)生Q=0.1J的熱量，力F做的功W是多少?專題六電磁感應(yīng)1 .解析：B由楞次定律，一開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反減同”可知電流方向是2 .解析：左收縮變阻器滑片P向左移動(dòng)，電阻變小，電流變大，據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁 場方向與原電流磁場方向相反，相互排斥，則金屬環(huán)A將向左運(yùn)動(dòng)，因磁通量增大，金屬環(huán)A有收 縮趨勢。3 .解析：ACD在閉合電路進(jìn)入磁

14、場的過程中，通過閉合電路的磁通量逐漸增大，根據(jù)楞次定律 可知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向不變，A正確。根據(jù)左手定則可以判斷，受安培力向下，B不正 確。當(dāng)半圓閉合回路進(jìn)入磁場一半時(shí)，即這時(shí)等效長度最大為a,這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大E=Bav, C“ 1 ，.B 加. . = = - nBuvA 2a 4D正確。正確。感應(yīng)電動(dòng)勢平均值4 .解析：B開關(guān)閉合時(shí)，線圈由于自感對(duì)電流的阻礙作用，可看做電阻，線圈電阻逐漸減小，并 聯(lián)電路電阻逐漸減小，電壓Uab逐漸減??；開關(guān)閉合后再斷開時(shí)，線圈的感應(yīng)電流與原電流方向相 同，形成回路，燈泡的電流與原電流方向相反，并逐漸減小到0,所以正確選項(xiàng)B。5 .解析：D由于從同

15、一高度下落，到達(dá)磁場邊界時(shí)具有相同的速度v,切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 尸=絲一%同時(shí)受到磁場的安培力，又（P為材料的電阻率，1為線圈的邊長，S為單匝導(dǎo)線橫F BS,= _截面積），所以安培力M ,此時(shí)加速度且（夕為材料的密度），所以加速度二 Bv“一、I6Q.是定值，線圈I和II同步運(yùn)動(dòng)，落地速度相等q =V2o由能量守恒可得:2, （H是磁場區(qū)域的高度），I為細(xì)導(dǎo)線m小，產(chǎn)生的熱量小，所以Q Q1O正確選項(xiàng)D。B2dx n （尸一 g）（R +，） r fimg - = 0 % =6.解析：BD當(dāng)桿達(dá)到最大速度Vm時(shí)，R +/得 8 /, A錯(cuò)；由公式A BAS BdLq =（K +）（R +

16、 r） R - r，B對(duì)；在棒從開始到達(dá)到最大速度的過程中由動(dòng)能定理有： 叼+WjWW,其中w,=r- w =-Q,恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動(dòng)能的變 化量與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，c錯(cuò)；恒力F做的功與安倍力做的功之和等于于桿動(dòng)能的變化量與 克服摩擦力做的功之和，D對(duì)。r E BLvL1 = = r = dIL = ,7 .解析，AD根據(jù)我 R知，IsB,故A項(xiàng)正確；由R知,F8B,故D項(xiàng)正確。8 .解析：（1）導(dǎo)體棒在1s前做勻減速運(yùn)動(dòng)，在1s后以后一直保持靜止。（2） 0.2A,電流方向是順時(shí)針方向。（3） 0.04J（1）導(dǎo)體棒先在無磁場區(qū)域做勻減速運(yùn)動(dòng)，有一/加g=nia 匕=

17、% + a代入數(shù)據(jù)解得：t=ls, x=0.5nb導(dǎo)體棒沒有進(jìn)入磁場區(qū)域。導(dǎo)體棒在1s末已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，以后一直保持靜止，離左端位置仍為x=0.5m(2)前2s磁通量不變，回路電動(dòng)勢和電流分別為E=0, 1=0A。 E = = Id = 0. IV后2s回路產(chǎn)生的電動(dòng)勢為 Z回路的總長度為5m,因此回路的總電阻為火=5尤= .5CI = = 0.2A電流為 我根據(jù)楞次定律，在回路中的電流方向是順時(shí)針方向(3)前2s電流為零，后2s有恒定電流，焦耳熱為。=/汰0 4J9.解析：(1)棒cd受到的安培力%棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcd =/?.? sin 30由式代入數(shù)據(jù)解得I=1A,方向由右手

18、定則可知由(I到c。(2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fab二Kd對(duì)棒ab由共點(diǎn)力平衡有F = mg sin 30 + IIB代入數(shù)據(jù)解得F=0.2N(3)設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1J熱量，由焦耳定律可知Q =，R設(shè)ab棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E=Blv由閉合電路歐姆定律知2R 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知，在時(shí)間t內(nèi)，棒ab沿導(dǎo)軌的位移x=vt(力F做的功W=Fx綜合上述各式，代入數(shù)據(jù)解得W=0.4J【例2】圖為“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)裝置.(1)將圖中所缺的導(dǎo)線補(bǔ)接完整.(2)如果在閉合電鍵時(shí)發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針向右偏了一下，那么合上電鍵后()A.將原線圈迅速插入副線圈

19、時(shí)，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)一下B.將原線圈插入副線圈后，電流計(jì)指針一直偏在零點(diǎn)右側(cè)C.原線圈插入副線圈后，將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí)，電流計(jì)指 針向右偏轉(zhuǎn)一下D.原線圈插入副線圈后，將滑動(dòng)變阻器觸頭迅速向左拉時(shí)，電流計(jì)指 針向左偏轉(zhuǎn)一下7.如圖9一222所示在虛線空間內(nèi)有一對(duì)彼此平行的金屬導(dǎo)軌，寬為L,與水平面的夾角為凡導(dǎo)軌 電阻不計(jì)，在虛線空間內(nèi)同時(shí)分布著垂直導(dǎo)軌平面向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為5的勻強(qiáng)磁場.導(dǎo)軌的下端 接一定值電阻凡 上端通過導(dǎo)線與一對(duì)豎直放置的平行金屬板相連接，兩板間距為&其間固定著 一光滑絕緣直桿，它與水平面也成。角，桿上套一帶電小球.當(dāng)一電阻也為R的光滑導(dǎo)體棒而沿 導(dǎo)軌以速度。勻

20、速下滑時(shí)，小球恰好靜止在絕緣直桿上.則由此可以判斷小球的電性并能求出其荷 質(zhì)比為（）A.正電荷，Idgian 0/BLvcos 0 B.正電荷，2Jtan 3/BLvC.負(fù)電荷，2Jtan 0/BLvcos 0 D.負(fù)電荷，2dgtan 6/BLv解析：桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為BLp ,用以U=BLp/2，對(duì)球：必兒/ = 陪匕1】。，聯(lián)立得0加 = 2Jgtan O/BLv ,故正確答案為B.答案：B（甲）（乙）圖 9-2-238.（2009鄭州調(diào)研）如圖9一223（甲）所示，面積S=0.2 m?的線圈，匝數(shù) =630匝，總電阻r=L0Q, 線圈處在變化的磁場中，設(shè)磁場垂直紙面向外為正

21、方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度5隨時(shí)間，按圖（乙）所示規(guī)律 變化，方向垂直線圈平面，圖（甲）中傳感器可看成一個(gè)純電阻心 并標(biāo)有“3V、0.9 W力，滑動(dòng)變阻 器網(wǎng)上標(biāo)有“10。，1A”，則下列說法正確的是（）A.電流表的電流方向向左B.為了保證電路的安全，電路中允許通過的最大電流為1 AC.線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間在變化D.若滑動(dòng)變阻器的滑片置于最左端，為了保證電路的安全，圖9一223（乙）中的而最小值為40 s解析：由楞次定律可知：電流表的電流方向向右；又傳感器正常工作時(shí)的電阻/?二3=焉%=10。，I 3 V工作電流/=/二瑞=（）.34，由于滑動(dòng)變阻器工作電流是1 A所以電路允許通過的最大電流為Z

22、max 八 JLV，乙= 0.3A ;由于磁場時(shí)間均勻變化，所以線圉中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是不變的.滑動(dòng)變阻器的滑片位于最左端時(shí)外電路的電阻為R外二20 Q ,故電流電動(dòng)勢的最大值E 二 A6 nSB 630 X 0.2 X 2.0aF= A/ To，解得G=40s.故只有D項(xiàng)正確.答案：DP M a圖 9一2249.如圖9一224所示，一無限長的光滑金屬平行導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場5中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面，導(dǎo) 軌平面豎直且與地面絕緣，導(dǎo)軌上、N間接一電阻凡P、。端接一對(duì)沿水平方向的平行金屬板, 導(dǎo)體棒而置于導(dǎo)軌上，其電阻為3凡 導(dǎo)軌電阻不計(jì)，棒長為L,平行金屬板間距為d.今導(dǎo)體棒通 過定滑輪在一物塊拉動(dòng)下開始運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定后棒的速度為。，不計(jì)一切摩擦阻力.此時(shí)有一帶電量為 q的液滴恰能在兩板間做半