電磁感應教材分析

電磁感應教材分析《電磁感應》高考要求內容要求說明

電磁感應現(xiàn)象，磁通量，法拉第電磁感應定律，楞次定律Ⅱ1．導體切割磁感線時感應電動勢的計算，只限于L垂直于B、v的情況。2．在電磁感應現(xiàn)象里，不要求判斷內電路中各點電勢的高低。3．根據(jù)“能量轉化和守恒定律”會處理不同形式能量之間的轉化問題。根據(jù)“能量的轉化和守恒定律”，會處理不同形式能量之間的轉化問題

導體切割磁感線時的感應電動勢，右手定則Ⅱ

反電動勢Ⅰ

自感現(xiàn)象，日光燈，渦流Ⅰ一、電磁感應現(xiàn)象楞次定律二、法拉第電磁感應定律自感三、電磁感應規(guī)律的綜合應用（單桿、雙桿）1、磁通量(1)通過某一面積S的磁通量:

—穿過該面積的磁感線條數(shù).(2)單位Wb(1Wb=1T·m2)SS┴Bθ一、電磁感應現(xiàn)象楞次定律磁通量=BS注意：1、S是有效面積2、磁通量是標量，但有正負×××××××××SS┴Bθ磁通量的變化量Δ=2

-1注意：引起變化的可能原因：B、S、變化×××××××××××××××××××××××××ACDB×××××××××××××××××××××××××ABCDACDBΔ=BS-(-BS)=2BS感應電流的產(chǎn)生條件通過三個實驗的說明電磁感應的條件:1.產(chǎn)生感應電流的條件:穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化2.如果電路不閉合,無感應電流,但有感應電動勢2、感應電流的方向判斷楞次定律感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。楞次定律：(1)判定原磁場的方向；(2)判定磁通量的變化；(3)根據(jù)“阻礙變化”，判定感應電流磁場方向；(4)用安培定則判定感應電流的方向。步驟對楞次定律的理解：(1)感應電流總是要阻礙磁通量的變化。(2)感應電流總是要阻礙物體間的相對運動。(3)感應電流總是要阻礙原電流的變化。感應電流的方向判斷——楞次定律1.（05北京）

現(xiàn)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、零刻度在中央的電流計及開關按如圖所示連接．在開關閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學發(fā)現(xiàn)當他將滑動變阻器的滑動端P向左加速滑動時，電流計指針向右偏轉．由此可以推斷(

)A．線圈A向上移動或滑動變阻器的滑動端P向右加速滑動，都能引起電流計指針向左偏轉B．線圈A中鐵芯向上拔出或斷開開關，都能引起電流計指針向右偏轉C．滑動變阻器的滑動端P勻速向左或勻速向右滑動，都能使電流計指針靜止在中央D．因為線圈A、線圈B的繞線方向未知，故無法判斷電流計指針偏轉的方向B2.如圖在光滑的水平金屬導軌上平行放置著兩根相同的鋁桿，能在導軌平面上左右滑動，導軌與鋁桿能良好接觸，當條形磁鐵向下插入時，判斷鋁桿的運動情況和鋁桿對導軌壓力的變化情況。如果條形磁鐵是自由下落，下落的加速度與g比較大??？在分析條形磁鐵穿過后的情況。鋁桿分別左右運動，使面積減小以達到阻礙磁通量增加。對軌道的壓力增加。ba3.（2011海淀二模）如圖所示，一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極之間，鋁框可以繞豎直的轉軸自由轉動。轉動手柄使磁鐵繞豎直的轉軸旋轉，觀察到鋁框會隨之轉動。對這個實驗現(xiàn)象的描述和解釋，下列說法中正確的是（）A．鋁框的轉動方向與蹄形磁鐵的轉動方向一定是相同的B．鋁框的轉動快慢與蹄形磁鐵的轉動快慢總是一致的C．鋁框轉動到其平面與磁場方向垂直的位置時，鋁框中的感應電流最大D．鋁框轉動到其平面與磁場方向平行的位置時，鋁框兩個豎直邊受到的磁場力均為零楞次定律：阻礙而非阻止電磁驅動A體會合磁通4、如圖，均勻帶正電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置。當a繞O點在其所在平面內旋轉時，b中產(chǎn)生順時針方向的感應電流，且具有收縮趨勢，由此可知，圓環(huán)aA．順時針加速旋轉B．順時針減速旋轉C．逆時針加速旋轉D．逆時針減速旋轉B1、法拉第電磁感應定律(1)電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。(2)公式：(3)如果線圈的匝數(shù)為n，則整個線圈的感應電動勢為：注意：磁通量變化有正有負，但計算時只取絕對值t時間內的平均電動勢二、法拉第電磁感應定律自感

關于的幾點說明：(1)是磁通量的變化率，是描述磁通量的變化快慢的物理量(2)Φ,

ΔΦ,

ΔΦ/Δt三者的聯(lián)系和區(qū)別(3)E是t時間內的平均電動勢感應電動勢2、導體桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢（動生電動勢）BLv三者相互垂直感應電動勢2、導體桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢（動生電動勢）BLv三者相互垂直注意:(1)L為有效切割長度××××××××××××××××××××××××××××××××××××vvv感應電動勢2、導體桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢（動生電動勢）注意:(2)v為有效切割速度E=BLvsin(Ⅰ)v⊥B,E=Blv

(Ⅱ)v∥B,E=0轉動切割取中點速度Bvv//vLvwao感應電動勢2、導體桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢（動生電動勢）BLv三者相互垂直注意:(3)v是平均速度時,得到的電動勢為平均電動勢v是瞬時速度時,得到的電動勢為瞬時電動勢3、感應電流的方向判斷—右手定則伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內，讓磁感線從手心進入，并使拇指指向導線運動的方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。右手定則：右手定則其實就是楞次定律的另一種表現(xiàn)形式1.(2014北京西城一模,18)如圖所示,幾位同學在做“搖繩發(fā)電”實驗:把一條長導線的兩端連在一個靈敏電流計的兩個接線柱上,形成閉合回路。兩個同學迅速搖動AB這段“繩”。假設圖中情景發(fā)生在赤道,地磁場方向與地面平行,由南指向北。圖中搖“繩”同學是沿東西站立的,甲同學站在西邊,手握導線的A點,乙同學站在東邊,手握導線的B點。則下列說法正確的是(

C

)A.當“繩”搖到最高點時,“繩”中電流最大

B.當“繩”搖到最低點時,“繩”受到的安培力最大C.當“繩”向下運動時,“繩”中電流從A流向BD.在搖“繩”過程中,A點電勢總是比B點電勢高2.以直升機在南半球的地磁場上空，該處地磁場的方向豎直向上，磁感應強度為B，直升機螺旋槳葉片的長度為l，螺旋槳轉動的頻率為f，順著地磁場的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時針方向轉動，螺旋槳葉片的近軸端為a，遠軸端為b，如圖所示。如果忽略a到轉軸中心線的距離，用E表示每個葉片中的感應電動勢，則（）A、E＝fl2B，且a點電勢低于b點電勢B、E＝2fl2B，且a點電勢低于b點電勢C、E＝fl2B，且a點電勢高于b點電勢D、E＝2fl2B，且a點電勢低于b點電勢BabA轉動切割磁感線3.在B=0.5T勻強磁場中,有垂直磁場兩導軌MN和PQ,相距L=0.1m,導軌電阻不計,R=0.3,金屬棒ab電阻r=0.2,以v=4.0m/s向左勻速運動,求(1)電動勢E的大小;(2)通過電阻R1上的電流大小和方向;(3)ab兩點的電勢差Uab;(4)電阻R消耗的電功率.B4.一正方形閉合單匝導線框abcd，邊長L＝0.1m，各邊的電阻均為R0=0.1Ω，bc邊位于x軸上且b點與坐標原點O重合.在x軸原點O的右側有寬度D=0.2m、方向垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域，磁場的磁感應強度B=1.0T.當線框以v=2.0m/s的速度沿x軸正方向勻速運動穿過磁場區(qū)域.以ab邊剛進入磁場時為t=0時刻，在線框通過磁場區(qū)域的過程中(1)作出電流I-t的關系圖象（以逆時針電流為正）；(2)作出安培力FA-t關系圖象（以向右為正）；(3)作出a、b兩點的電勢差Uab-t的關系圖象.5.圖中兩條平行虛線之間存在勻強磁場,虛線間的距離為l，磁場方向垂直紙面向里.abcd是位于紙面內的梯形線圈，ad與bc間的距離也為l.t=0時刻，bc邊與磁場區(qū)域邊界重合.現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域，取沿a→b→c→d→a的感應電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應電流I隨時間t變化的圖線可能是BE=BLv(注意：L為切割磁感線的有效長度)7.如圖所示,兩個相鄰的有界勻強磁場區(qū),方向相反,且垂直紙面,磁感應強度的大小均為B.以磁場區(qū)左邊界為y軸建立坐標系,磁場區(qū)在y軸方向足夠長,在x軸方向寬度均為a.矩形導線框abcd

的ab邊與y軸重合，ad邊長為a.線框從圖示位置水平向右勻速穿過兩磁場區(qū)域,且線框平面始終保持與磁場垂直.以逆時針方向為電流的正，線框中感應電流i與線框移動距離x的關系圖象正確的是C8.單匝矩形導線框abcd固定放置在勻強磁場中,線框ab邊長度為l1=0.2m，bc邊長度為l2=0.1m，線框的電阻R=0.1，如圖甲所示.磁感線方向與導線框所在平面垂直，磁感應強度B隨時間變化的圖象如圖乙所示.t=0時刻，磁感應強度的方向垂直導線框平面向里.在0~0.2s時間內(1)作出電流I-t的圖象(以逆時針電流為正)；(2)作出ab邊受到的安培力FA-t圖象(以向右為正).1.E=n

/t=kS2.F=BIL=kILtABB(T)t(s)O119.如圖所示，AB是兩個同心圓，半徑之比RA∶RB=2∶1，AB是由相同材料，粗細一樣的導體做成的，小圓B外無磁場，B內磁場的變化如圖所示，求AB中電流大小之比（不計兩圓中電流形成磁場的相互作用）．磁通量中S的理解10.物理實驗中，常用一種叫做“沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電荷量，如圖所示，探測線圈與沖擊電流計串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應強度．已知線圈匝數(shù)為n，面積為S，線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R.若將線圈放在被測勻強磁場中，開始線圈平面與磁場垂直，現(xiàn)把探測線圈翻轉180°，沖擊電流計測出通過線圈的電荷量為q，由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應強度為(

)A．qR/S

B．qR/nS

C．qR/2nS

D．qR/2S自感現(xiàn)象當一個線圈中的電流發(fā)生變化時，它產(chǎn)生的變化的磁場不僅能在鄰近的閉合電路中激發(fā)出感應電動勢，同時也能在它本身激發(fā)出感應電動勢。這種現(xiàn)象稱為自感，由于自感而產(chǎn)生的感應電動勢叫做自感電動勢。如果原電流是增大的，則感應電流與原電流反向，阻礙增大，電流只能緩慢增加。如果原電流是減小的，則感應電流與原電流同向，阻礙減小，電流只能緩慢減小。線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能緩慢變化。1、如圖所示為研究自感現(xiàn)象的實驗電路，L1、L2是兩個完全相同的燈泡，L為電感線圈，R為可變電阻.實驗時先閉合開關S，穩(wěn)定時調節(jié)電阻R，使燈泡L1和L2一樣亮，然后斷開開關S.(1)關于以后的操作觀察到的現(xiàn)象是（）A.當接通電路時,L2先亮,L1后亮,最后一樣亮B.當接通電路時,L1和L2始終一樣亮C.當斷開電路時,L2立即熄滅，L1過一會兒熄滅D.當斷開電路時,L1和L2都過一會兒熄滅AD通電斷電自感現(xiàn)象19.圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖，L1和L2為電感線圈。實驗時，斷開開關S1瞬間，燈A1突然閃亮，隨后逐漸變暗；閉合開關S2，燈A2逐漸變亮，而另一個相同的燈A3立即變亮，最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是（

）A.圖1中，A1與L1的電阻值相同B.圖1中，閉合S1，電路穩(wěn)定后，A1中電流大于L1中電流C.圖2中，變阻器R與L2的電阻值相同D.圖2中，閉合S2瞬間，L2中電流與變阻器R中電流相等【答案】C3、圖中L是一帶鐵芯的線圈,A是一燈泡,RL<RA,電鍵K處于閉合狀態(tài),A燈正常發(fā)光.現(xiàn)將電鍵S打開,則在電路切斷的瞬間.1.通過燈泡A的電流是從

端到

端.2.觀察到的現(xiàn)象是

.3.通過A燈電流跟時間的關系圖象是abA燈閃亮后逐漸熄滅DRL<RA,IL>IA,I感由IL逐漸減小，斷電后流過A中的電流與原電流方向相反斷電自感現(xiàn)象三、電磁感應規(guī)律的綜合應用（單、雙桿）1.與閉合電路的歐姆定律、安培力相結合2.與牛頓運動定律相結合3.與功能關系和能量守恒定律相結合4.與動量沖量關系相結合5.與圖像問題相結合各種類型的問題不能完全割裂開來，電磁感應規(guī)律的應用其實是一個綜合應用問題。1、一對平行光滑導軌放置在水平面上，兩導軌間距為l，一端連接阻值為R的電阻.有一導體桿靜止地放置在導軌上，與兩軌道垂直，桿的質量為m，桿及軌道的電阻皆可忽略不計，整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下.(1)現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使桿以速度v向右勻速運動時，求：①水平拉力F的大小；②電阻R消耗的電功率；③克服安培力做功的功率；④拉力F做功的功率。1、一對平行光滑導軌放置在水平面上，兩導軌間距為l，一端連接阻值為R的電阻.有一導體桿靜止地放置在導軌上，與兩軌道垂直，桿的質量為m，桿及軌道的電阻皆可忽略不計，整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下.(2)如果用一水平恒定外力F沿軌道方向拉桿，使之從靜止開始運動.①定性作出速度時間的關系圖象；②求桿的最大速度vm；③求速度為v時加速度a；④設桿從靜止開始運動到最大速度的位移為x，求電阻R產(chǎn)生的焦爾熱Q；模型：單桿與電阻形成閉合回路，受恒力作用，做加速度減小的加速運動，最終勻速運動。1、一對平行光滑導軌放置在水平面上，兩導軌間距為l，一端連接阻值為R的電阻.有一導體桿靜止地放置在導軌上，與兩軌道垂直，桿的質量為m，桿及軌道的電阻皆可忽略不計，整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下.(3)現(xiàn)用一外力沿軌道方向給桿一個瞬間沖量，使桿以速度v0向右開始運動，求：①金屬桿運動過程中的最大加速度；②金屬桿運動速度為v時的加速度；③金屬桿克服安培力做的功和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱；請敘述題中的能量轉化情況.思考：若金屬桿與軌道之間的動摩擦因數(shù)為μ，若金屬桿運動s距離后靜止,此過程中電阻上產(chǎn)生的焦耳熱是多大?v0與電阻連接的單桿，以初速度開始運動—阻尼式發(fā)電機模型。模型：單桿與電阻形成閉合回路，有初速度v0，做加速度減小的減速運動，最終靜止。練：（12朝陽二模）圖甲中的三個裝置均在水平面內且處于豎直向下的勻強磁場中，足夠長的光滑導軌固定不動，圖2中電容器不帶電?，F(xiàn)使導體棒ab以水平初速度v0向右運動，導體棒ab在運動過程中始終與導軌垂直，且接觸良好。某同學定性畫出了導體棒ab的v-t圖像，如圖乙所示。則他畫出的是A．圖1中導體棒ab的v-t圖像B．圖2中導體棒ab的v-t圖像C．圖3中導體棒ab的v-t圖像D．圖2和圖3中導體棒ab的v-t圖像2.

(2014北京海淀期末,18)如圖所示,兩根金屬平行導軌MN和PQ放在水平面上,左端向上彎曲且光滑,導軌間距為L,電阻不計。水平段導軌所處空間有兩個有界勻強磁場,相距一段距離不重疊,磁場Ⅰ左邊界在水平段導軌

的最左端,磁感應強度大小為B,方向豎直向上;磁場Ⅱ的磁感應強度大小為2B,方向豎直向下。質量均為m、電阻均為R的金屬棒a和b垂直導軌放置在其上,金屬棒b置于磁場Ⅱ的右邊界CD處。現(xiàn)將金屬棒a從彎曲導軌上某一高處由靜止釋放,使其沿導軌運動。設兩金屬棒運動過程中始終與導軌垂直且接觸良好。(1)若水平段導軌粗糙,兩金屬棒與水平段導軌間的最大靜摩擦力均為mg,將金屬棒a從距水平面高度h處由靜止釋放。求:①金屬棒a剛進入磁場Ⅰ時,通過金屬棒b的電流大小;②若金屬棒a在磁場Ⅰ內運動過程中,金屬棒b能在導軌上保持靜止,通過計算分析金屬棒a釋放時的高度h應滿足的條件;(2)若水平段導軌是光滑的,將金屬棒a仍從高度h處由靜止釋放,使其進入磁場Ⅰ。設兩磁場區(qū)域足夠大,求金屬棒a在磁場Ⅰ內運動過程中,金屬棒b中可能產(chǎn)生焦耳熱的最大值。

答案

(1)①

②h≤

(2)

mgh

解析

(1)①金屬棒在彎曲光滑導軌上運動的過程中,機械能守恒,設其剛進入磁場Ⅰ時速度為v0,產(chǎn)生的感應電動勢為E,電路中的電流為I。由機械能守恒mgh=

m

,解得v0=

感應電動勢E=BLv0,則I=

解得:I=

②對金屬棒b:所受安培力F=2BIL又因I=

金屬棒b保持靜止的條件為F≤

mg解得h≤

(2)金屬棒a在磁場Ⅰ中向右做減速運動,感應電動勢逐漸減小,金屬棒b在磁

場Ⅱ中向左做加速運動,感應電動勢逐漸增加,當兩者相等時,回路中感應

電流為0,此后金屬棒a、b都做勻速運動。設金屬棒a、b最終的速度大小

分別為v1、v2,整個過程中安培力對金屬棒a、b的沖量大小分別為Ia、Ib。由BLv1=2BLv2,解得v1=2v2設向右為正方向:對金屬棒a,由動量定理有-Ia=mv1-mv0對金屬棒b,由動量定理有-Ib=-mv2-0由于金屬棒a、b在運動過程中電流始終相等,則金屬棒b受到的安培力始

終為金屬棒a受到安培力的2倍,因此有兩金屬棒受到的沖量的大小關系為

Ib=2Ia解得v1=

v0,v2=

v0根據(jù)能量守恒,回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=

m

-[

m(

v0)2+

m(

v0)2]=

m

=

mghQb=

Q=

mgh3.（15海淀期末）如圖19所示，PQ和MN是固定于水平面內的平行光滑金屬軌道，軌道足夠長，其電阻可忽略不計。金屬棒ab、cd放在軌道上，始終與軌道垂直，且接觸良好。金屬棒ab、cd的質量均為m，長度均為L。兩金屬棒的長度恰好等于軌道的間距，它們與軌道形成閉合回路。金屬棒ab的電阻為2R，金屬棒cd的電阻為R。整個裝置處在豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中。（1）若保持金屬棒ab不動，使金屬棒cd在與其垂直的水平恒力F作用下，沿軌道以速度v做勻速運動。試推導論證：在Δt時間內，F(xiàn)對金屬棒cd所做的功W等于電路獲得的電能E電；（2）若先保持金屬棒ab不動，使金屬棒cd在與其垂直的水平力F′（大小未知）作用下，由靜止開始向右以加速度a做勻加速直線運動，水平力F′作用t0時間撤去此力，同時釋放金屬棒ab。求兩金屬棒在撤去F′后的運動過程中，①金屬棒ab中產(chǎn)生的熱量；②它們之間的距離改變量的最大值x。15.(2016北京海淀期末,17)如圖所示,PQ和MN是固定于水平面內間距L=1.0m的平行金屬軌道,軌道足夠長,其電阻可忽略不計。兩相同的金屬棒ab、cd放在軌道上,運動過程中始終與軌道垂直,且接觸良好,它們與軌道形成閉合回路。已知每根金屬棒的質量m=0.20kg,每根金屬棒位于兩軌道之間部分的電阻值R=1.0Ω;金屬棒與軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.20,且與軌道間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。整個裝置處在豎直向上、磁感應強度B=0.40T的勻強磁場中。取重力加速度g=10m/s2。(1)在t=0時刻,用垂直于金屬棒的水平力F向右拉金屬棒cd,使其從靜止開始沿軌道以a=5.0m/s2的加速度做勻加速直線運動,求金屬棒cd運動多長時間金屬棒ab開始運動;(2)若用一個適當?shù)乃酵饬'向右拉金屬棒cd,使其達到速度v1=20m/s沿軌道勻速運動時,金屬棒ab也恰好以恒定速度沿軌道運動。求:①金屬棒ab沿軌道運動的速度大小;②水平外力F'的功率。(1)1.0s

(2)①15m/s

②16W高考試題回顧（2014年24題）導體切割磁感線的運動可以從宏觀和微觀兩個角度來認識。如圖所示，固定于水平面的U形導線框處于豎直向下的勻強磁場中，金屬直導線MN在與其垂直的水平恒力F作用下，在導線框上以速度v做勻速運動，速度v與恒力F方向相同；導線MN始終與導線框形成閉合電路。已知導線MN電阻為R，其長度L恰好等于平行軌道間距，磁場的磁感應強度為B．忽略摩擦阻力和導線框的電阻。(3)經(jīng)典物理學認為，金屬的電阻源于定向運動的自由電子和金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余部分)的碰撞。展開你想象的翅膀，給出一個合理的自由電子的運動模型；在此基礎上，求出導線MN中金屬離子對一個自由電子沿導線長度方向的平均作用力f的表達式。(3)下列解法的共同假設：所有自由電子(簡稱電子，下同)以同一方式運動。方法一：動量解法設電子在第一次碰撞結束至下一次碰撞結束之間的運動都相同，經(jīng)歷的時間為Δt，電子的動量變化為零。因為導線MN的運動，電子受到沿導線方向的洛倫茲力f洛的作用f洛＝evB沿導線方向，電子只受到金屬離子的作用力和f洛作用，所以If－f洛Δt＝0其中If為金屬離子對電子的作用力的沖量，其平均作用力為f，則If＝fΔt得

f＝f洛＝evB方法二：力的平衡解法因為電流不變，所以假設電子以速度ve相對導線做勻速直