（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流學(xué)案

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1、第2講　法拉第電磁感應(yīng)定律　自感　渦流 知識排查 法拉第電磁感應(yīng)定律 1.內(nèi)容：感應(yīng)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：E＝n，其中n為線圈匝數(shù)。 3.導(dǎo)體切割磁感線的情形 (1)導(dǎo)體棒的運動速度v和磁感應(yīng)強度B的方向平行時，E＝0。 (2)導(dǎo)體棒的運動速度v和磁感應(yīng)強度B的方向垂直時，E＝Blv。 (3)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體棒以端點為軸，在勻強磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E＝B lv＝B__l2ω(平均速度等于中點位置的線速度lω)。 自感和渦流 1.自感現(xiàn)象 (1)概念：由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為

2、自感。由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。 (2)表達(dá)式：E＝L。 (3)自感系數(shù)L ①相關(guān)因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)。 ②單位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H，1 μH＝10－6 H。 2.渦流 (1)定義：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的任何導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。 (2)應(yīng)用 ①渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用，如真空冶煉爐。 ②渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用，如探雷器。 電磁阻尼和電磁驅(qū)動 1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的相對運動。 2.電磁驅(qū)動：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動

3、，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來。 3.電磁阻尼和電磁驅(qū)動的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用。 小題速練 1.思考判斷 (1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大(　　) (2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大(　　) (3)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大(　　) (4)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大(　　) (5)磁場相對于導(dǎo)體棒運動時，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(　　) (6)對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時，線圈中的自感電動勢越大(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√

4、 2.[人教版選修3－2·P17·T1改編]將閉合多匝線圈置于僅隨時間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是(　　) A.感應(yīng)電動勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān) B.穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動勢越大 C.穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動勢越大 D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同 答案　C 3.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是(　　) A.防止渦流而設(shè)計的 B.利用渦流而設(shè)計的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動的作用 解析　線圈通電后，在安培力作用下，發(fā)生轉(zhuǎn)動，鋁框隨之轉(zhuǎn)動，并切割磁感線

5、產(chǎn)生感應(yīng)電流，就是渦流。渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用，選項B、C正確。 答案　BC 　法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用 1.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量Φ的大小、磁通量變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系。 (2)磁通量的變化率對應(yīng)Φ－t圖線上某點切線的斜率。 2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時， ΔΦ＝B·ΔS，則E＝n； (2)磁通量的變化是由磁場變化引起時， ΔΦ＝ΔB·S，則E＝n； (3)磁

6、通量的變化是由面積和磁場共同變化引起時，則根據(jù)定義求，ΔΦ＝Φ末－Φ初，E＝n≠n。 【典例】　輕質(zhì)細(xì)線吊著一質(zhì)量為m＝0.42 kg、邊長為L＝1 m、匝數(shù)n＝10的正方形線圈，其總電阻為r＝1 Ω。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場，如圖1甲所示。磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示。(取g＝10 m/s2) 圖1 (1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是順時針還是逆時針； (2)求線圈的電功率； (3)求在t＝4 s時輕質(zhì)細(xì)線的拉力大小。 解析　(1)由楞次定律知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向。 (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E＝n＝n·L2＝0.

7、5 V 則P＝＝0.25 W (3)I＝＝0.5 A，F(xiàn)安＝nBIL F安＋F線＝mg 聯(lián)立解得F線＝1.2 N。 答案　(1)逆時針　(2)0.25 W　(3)1.2 N 【拓展延伸】　(1)在【典例】中磁感應(yīng)強度為多少時，細(xì)線的拉力剛好為0? (2)在【典例】中求在t＝6 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量？ 解析　(1)細(xì)線的拉力剛好為0時滿足： F安＝mg，F(xiàn)安＝nBIL 聯(lián)立解得B＝0.84 T (2)由q＝It得q＝0.5×6 C＝3 C。 答案　(1)0.84 T　(2)3 C 應(yīng)用電磁感應(yīng)定律需注意的三個問題 (1)公式E＝n求解的是一個回路中某段時間內(nèi)

8、的平均電動勢，在磁通量均勻變化時，瞬時值才等于平均值。 (2)利用公式E＝nS求感應(yīng)電動勢時，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積。 (3)通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔФ和回路電阻R有關(guān)，與時間長短無關(guān)，與Φ是否均勻變化無關(guān)。推導(dǎo)如下：q＝IΔt＝Δt＝。 1.(2016·北京理綜，16)如圖2所示，勻強磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為Ea和Eb，不考慮兩圓環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是(　　) 圖2 A.Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 B.Ea∶Eb＝4∶1

9、，感應(yīng)電流均沿順時針方向 C.Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向 D.Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動勢為E＝＝πr2·，則＝＝，由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向均沿順時針方向，選項B正確。 答案　B 2.[人教版選修3－2·P21·T4改編]如圖3所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)

10、入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則(　　) 圖3 A.Q1>Q2，q1＝q2 B.Q1>Q2，q1>q2 C.Q1＝Q2，q1＝q2 D.Q1＝Q2，q1>q2 解析　由Q＝I2Rt得，Q1＝Rt＝×＝，同理，Q2＝，又因為Lab>Lbc，故Q1>Q2。由電荷量q＝Δt＝n＝，故q1＝q2。所以選項A正確。 答案　A 3.如圖4甲所示，一個圓形線圈的匝數(shù)n＝1 000，線圈面積S＝200 cm2，線圈的電阻r＝1 Ω，線圈外接一個阻值R＝4 Ω 的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示

11、，求： 圖4 (1)前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢的大小，以及通過R的電流方向； (2)前5 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢。 解析　(1)前4 s內(nèi)磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝S(B2－B1)＝200×10－4×(0.4－0.2) Wb＝4×10－3 Wb 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E＝n＝1 000× V＝1 V。電流方向自下而上。 (2)前5 s內(nèi)磁通量的變化ΔΦ′＝Φ2′－Φ1′＝S(B2′－B1′)＝200×10－4×(0.2－0.2) Wb＝0。 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E′＝n＝0。 答案　(1)1 V　電流方向自下而上　(2)0 　導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 切割磁感線運

12、動的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電路中的電源。常見的情景有以下兩種： 1.平動切割 (1)常用公式：若運動速度v和磁感線方向垂直，則感應(yīng)電動勢E＝Blv。 其中B、l、v三者兩兩垂直。 (2)有效長度：公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度 (3)相對性：E＝Blv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運動時，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系。 2.轉(zhuǎn)動切割 當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Blv＝Bl2ω，如圖所示。 【典例】　如圖5所示，在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一由同種材料制成的粗細(xì)均勻的金屬線框ABCD，

13、其中AB邊與磁場邊界對齊，AB＝BC＝L0，線框總電阻為R，現(xiàn)將線框以速度v勻速拉出。求： 圖5 (1)AB邊兩端的電勢差UAB； (2)在整個過程中通過導(dǎo)體截面的電荷量q； (3)拉力F的大小。 解析　(1)線框在拉出過程中，CD邊切割磁感線，相當(dāng)于電源，E＝BL0v， 則UAB＝E＝BL0v。 (2)通過導(dǎo)體截面的電荷量為 q＝It＝·＝。 (3)由于線框勻速運動，所以F＝F安， 即F＝BIL0＝。 答案　(1)BL0v　(2)　(3) 1.(2018·上海閔行區(qū)模擬)如圖6所示，在外力的作用下，導(dǎo)體桿OC可繞O軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強磁場中以角

14、速度ω勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向里，A、O間接有電阻R，桿和框架電阻不計，則所施外力的功率為(　　) 圖6 A. B. C. D. 解析　因為OC是勻速轉(zhuǎn)動的，根據(jù)能量守恒可得，P外＝P電＝，又因為E＝Br·，聯(lián)立解得P外＝，選項C正確。 答案　C 2.(2017·全國卷Ⅱ，20)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖7(a)所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進(jìn)入磁場。線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線

15、如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)。下列說法正確的是(　　) 圖7 A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5 T B.導(dǎo)線框運動的速度的大小為0.5 m/s C.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外 D.在t＝0.4 s至t＝0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N 解析　由E－t圖象可知，線框經(jīng)過0.2 s全部進(jìn)入磁場，則速度v＝＝ m/s＝0.5 m/s，選項B正確；由圖象 可知，E＝0.01 V，根據(jù)E＝Blv得，B＝＝ T＝0.2 T，選項A錯誤；根據(jù)右手定則及正方向的規(guī)定可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；在t＝0.4 s至t＝0

16、.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I＝＝ A＝2 A, 所受的安培力大小為F＝BIl＝0.2×2×0.1 N＝0.04 N，選項D錯誤。 答案　BC 3.(2018·全國卷Ⅰ，17)如圖8所示，導(dǎo)體軌道OPQS固定，其中PQS是半圓弧，Q為半圓弧的中點，O為圓心。軌道的電阻忽略不計。OM是有一定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動的金屬桿，M端位于PQS上，OM與軌道接觸良好?？臻g存在與半圓所在平面垂直的勻強磁場，磁感應(yīng)強度的大小為B?，F(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ)；再使磁感應(yīng)強度的大小以一定的變化率從B增加到B′(過程Ⅱ)。在過程Ⅰ、Ⅱ中，流過OM的電荷量相等，則等于

17、(　　) 圖8 A. B. C. D.2 解析　設(shè)OM的電阻為R，OM的長度為l。過程Ⅰ，OM轉(zhuǎn)動的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢大小為E1＝＝＝＝，流過OM的電流為I1＝＝，則流過OM的電荷量為q1＝I1·Δt1＝；過程Ⅱ，磁場的磁感應(yīng)強度大小均勻增加，則該過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢大小為E2＝＝＝，電路中的電流為I2＝＝，則流過OM的電荷量為q2＝I2·Δt2＝；由題意知q1＝q2，則解得＝，選項B正確，A、C、D錯誤。 答案　B 　互感和自感 1.自感現(xiàn)象的四大特點 (1)自感電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。 (2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變，只能

18、緩慢變化。 (3)電流穩(wěn)定時，自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體。 (4)線圈的自感系數(shù)越大，自感現(xiàn)象越明顯，自感電動勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向。 2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖 通電時 電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮 電流突然增大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定 斷電時 電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2：①若I2≤I1，燈泡逐漸變暗；②若I2>I1，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變 【典例】　在如圖9所示的電路中，線圈的自感系數(shù)很大，且其直流電阻

19、可以忽略不計。D1和D2是兩個完全相同的小燈泡，在開關(guān)S閉合和斷開時(燈絲不會斷)，D1和D2的亮度的變化情況是(　　) 圖9 A.S閉合，D1很亮且亮度不變，D2逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；S斷開，D2立即滅，D1逐漸變亮 B.S閉合，D1不亮，D2很亮；S斷開，D2立即滅 C.S閉合，D1和D2同時亮，而后D1滅，D2亮度不變；S斷開，D2立即滅，D1亮一下才滅 D.S閉合，D1和D2同時亮，后D1逐漸熄滅，D2則逐漸變得更亮；S斷開，D2立即滅，D1亮一下后才逐漸熄滅 解析　當(dāng)S接通時，L的自感系數(shù)很大，瞬時L所在的電路視為斷路，相當(dāng)于D1與D2串聯(lián)，故D1和D2同時亮且亮

20、度相同。隨著通過L的電流逐漸增大，L的分流作用增大，因L的直流電阻不計，D1的電流逐漸減小為零。由于總電阻變小，總電流變大，D2變得更亮。當(dāng)S斷開時，原電源不再提供電流，D2處于斷路而立即滅。L產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流減小，且與D1構(gòu)成回路，則D1將亮一下后再逐漸熄滅。故選項D正確。 答案　D 1.如圖10所示是研究自感實驗的實物電路，L1、L2是兩個規(guī)格相同的小燈泡，L為自感線圈，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使兩個燈泡的亮度相同，然后斷開開關(guān)S，則(　　) 圖10 A.閉合開關(guān)S，L1、L2都逐漸變亮 B.閉合開關(guān)S，L2立刻變亮，L1逐漸變亮 C.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，L仍

21、有自感電動勢 D.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，斷開S，L沒有自感電動勢 解析　L1與線圈相連，閉合開關(guān)后線圈發(fā)生自感，L1逐漸變亮，L2與滑動變阻器相連，閉合開關(guān)后，L2立刻變亮，選項A錯誤，B正確；自感現(xiàn)象在開關(guān)閉合和斷開的時候發(fā)生，電路穩(wěn)定后，線圈沒有自感電動勢，選項C、D錯誤。 答案　B 2.如圖11所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，電感線圈L的直流電阻不計，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值。在t＝0時刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時間后，在t＝t1時刻斷開S。下列表示A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖象中，正確的是(　　) 圖11 解析　S閉合時，通過燈泡的電流由A至B，由于

22、電感線圈L有感抗，經(jīng)過一段時間電流穩(wěn)定時L電阻不計，可見電路的外電阻由大變小。由U外＝E可知U外也由大變小，所以A、C錯誤；t1時刻斷開S，由于自感，L、R、D構(gòu)成回路，通過燈泡的電流由B至A，所以t1時刻UAB反向，B正確，D錯誤。 答案　B 　渦流　電磁阻尼和電磁驅(qū)動 1.渦流 (1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。 (2)磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大。 2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動的比較 電磁阻尼 電磁驅(qū)動 不同點 成因 由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力 由于

23、磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力 效果 安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相反，阻礙導(dǎo)體運動 導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運動方向相同，推動導(dǎo)體運動 能量 轉(zhuǎn)化 導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能，而對外做功 相同點 兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運動。 1.(多選)如圖12所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工

24、件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少。以下說法正確的是(　　) 圖12 A.電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快 B.電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快 C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻小 D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因為焊縫處的電阻大 解析　在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的互感電動勢的大小與電流的變化率成正比，電流變化的頻率越高，感應(yīng)電動勢越大，由歐姆定律I＝知產(chǎn)生的渦流越大，故A正確，B錯誤；又P＝I2R，R越大P越大，焊縫處的溫度升高得越快，溫度升得很高，故C錯誤，D正確。 答案　AD 2.如圖13所示，蹄形磁鐵的兩極間，放置一個線圈abcd，

25、磁鐵和線圈都可以繞OO′轉(zhuǎn)動，磁鐵按如圖示方向轉(zhuǎn)動時，線圈的運動情況是(　　) 圖13 A.俯視，線圈順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 B.俯視，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速 D.線圈靜止不動 解析　本題“原因”是磁鐵有相對線圈的運動，“效果”便是線圈要阻礙兩者的相對運動，但線圈阻止不了磁鐵的運動，線圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，如果二者轉(zhuǎn)速相同，就沒有相對運動，線圈就不會轉(zhuǎn)動，故選項C正確。 答案　C 活頁作業(yè) (時間：30分鐘) A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.如圖1所示，在一個繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋

26、水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時間后，一個容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是(　　) 圖1 A.恒定直流、小鐵鍋 B.恒定直流、玻璃杯 C.變化的電流、小鐵鍋 D.變化的電流、玻璃杯 解析　通入恒定電流時，所產(chǎn)生的磁場不變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高。渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會升溫，故C正確。 答案　C 2.如圖2所示，關(guān)于渦流，下列說法中錯誤的是(　　) 圖2 A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置 B.家

27、用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場產(chǎn)生的 C.阻尼擺擺動時產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運動 D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流 答案　B 3.如圖3所示，L為一純電感線圈(即電阻為零)。A是一燈泡，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.開關(guān)S接通瞬間，無電流通過燈泡 B.開關(guān)S接通后，電路穩(wěn)定時，無電流通過燈泡 C.開關(guān)S斷開瞬間，無電流通過燈泡 D.開關(guān)S接通瞬間及接通穩(wěn)定后，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關(guān)S斷開瞬間，燈泡中有從b到a的電流 解析　開關(guān)S接通瞬間，燈泡中的電流從a到b，線圈由于自感作用，通過它的電流將逐漸增加；開關(guān)S接通后，電路穩(wěn)定時，純電感線圈

28、對電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過；開關(guān)S斷開的瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有向右的電流將逐漸減小，線圈和燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的瞬間電流。 答案　B 4.如圖4所示，在磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1；若磁感應(yīng)強度增為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變?yōu)镋2。則通過電阻R的電流方向及E1與E2之比E1∶E2分別為(　　) 圖4 A.c→a，2∶1 B.a→c，2∶1 C.a→c，1∶2 D.c→a，1∶2 解析　用右手定則判斷出兩次金屬棒

29、MN中的電流方向為N→M，所以電阻R中的電流方向a→c。由電動勢公式E＝Blv可知＝＝，故選項C正確。 答案　C 5.(2018·吉林省長春市七校聯(lián)考)一匝由粗細(xì)均勻的同種導(dǎo)線繞成的矩形導(dǎo)線框abcd固定不動，其中矩形區(qū)域efcd存在磁場(未畫出)，磁場方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強度大小B隨時間t均勻變化，且＝k(k>0)，已知ab＝fc＝4L，bc＝5L，已知L長度的電阻為r，則導(dǎo)線框abcd中的電流為(　　) 圖5 A. B. C. D. 解析　電路中的總電阻為R＝18r，電路中的感應(yīng)電動勢為E＝S＝16kL2，導(dǎo)線框abcd中的電流為I＝＝，選項A正確。

30、 答案　A 6.物理課上，老師做了一個“電磁阻尼”實驗：如圖6所示，彈簧上端固定，下端懸掛一個磁鐵，將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來；如果在磁鐵下方放一個固定的鋁質(zhì)圓環(huán)，使磁鐵上下振動時穿過它，磁鐵就會很快地停下來。某同學(xué)另找器材再探究此實驗。他安裝好器材，經(jīng)反復(fù)實驗后發(fā)現(xiàn)：磁鐵下方放置圓環(huán)，并沒有對磁鐵的振動產(chǎn)生影響，對比老師演示的實驗，其原因可能是(　　) 圖6 A.彈簧的勁度系數(shù)太小 B.磁鐵的質(zhì)量太小 C.磁鐵的磁性太強 D.圓環(huán)的材料與老師用的不同 解析　圓環(huán)沒有對磁鐵的振動產(chǎn)生影響，是由于沒有發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此只可能是圓環(huán)材料不是金屬

31、，與老師用的材料不同引起的，所以選項D正確。 答案　D 7.如圖7所示，用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外，不考慮線框的重力，若閉合線框的電流分別為Ia、Ib，則Ia∶Ib為(　　) 圖7 A.1∶4 B.1∶2 C.1∶1 D.不能確定 解析　產(chǎn)生的電動勢為E＝BLv，由閉合電路歐姆定律得I＝，又Lb＝2La，由電阻定律知Rb＝2Ra，故Ia∶Ib＝1∶1。 答案　C 8.(多選)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑。如圖8所示

32、，在ab的左側(cè)存在一個均勻變化的勻強磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面，磁感應(yīng)強度大小隨時間的變化率＝k(k<0)。則(　　) 圖8 A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流 B.圓環(huán)具有擴張的趨勢 C.圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為 D.圖中a、b兩點間的電勢差Uab＝ 解析　磁通量均勻減少，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，選項A錯誤；圓環(huán)在磁場中的部分，受到向外的安培力，所以有擴張的趨勢，選項B正確；圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為，則圓環(huán)中的電流大小為I＝，選項C錯誤；Uab＝＝，選項D正確。 答案　BD B組　能力提升 9.(2018·寧波聯(lián)考)(多選)單匝線圈在勻強磁場中

33、繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量Φ隨時間t的關(guān)系圖象如圖9所示，則(　　) 圖9 A.在t＝0時刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動勢也最大 B.在t＝1×10－2 s時刻，感應(yīng)電動勢最大 C.在t＝2×10－2 s時刻，感應(yīng)電動勢為零 D.在0～2×10－2 s時間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動勢的平均值為零 解析　由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝，故t＝0及t＝2×10－2 s時刻，E＝0，A錯誤，C正確；t＝1×10－2s，E最大，B正確；在0～2×10－2 s時間內(nèi)，ΔΦ≠0，故E≠0，D錯誤。 答案　BC 10.(2017·全國卷Ⅰ，18)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品

34、表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖10所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動后，對于紫銅薄板上下及其左右振動的衰減最有效的方案是(　　) 圖10 解析　感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。在A圖中，系統(tǒng)振動時，紫銅薄板隨之上下及左右振動，在磁場中的部分有時多有時少，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力，阻礙系統(tǒng)的振動；在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動才產(chǎn)生感應(yīng)電流，而上下振動無電流產(chǎn)生；在C圖中，無論紫銅薄板上下振動還是左右振動，都不會產(chǎn)

35、生感應(yīng)電流，故選項A正確，B、C、D錯誤。 答案　A 11.(1)如圖11甲所示，兩根足夠長的平行導(dǎo)軌，間距L＝0.3 m，在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B1＝0.5 T。一根直金屬桿MN以v＝2 m/s的速度向右勻速運動，桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r1＝1 Ω，導(dǎo)軌的電阻可忽略。求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1； (2)如圖乙所示，一個匝數(shù)n＝100的圓形線圈，面積S1＝0.4 m2，電阻r2＝1 Ω。在線圈中存在面積S2＝0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強度B2隨時間t變化的關(guān)系如圖丙所示。求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2；

36、(3)將一個R＝2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接，然后b端接地。試判斷以上兩種情況中，哪種情況a端的電勢較高？并求出較高的電勢φa。 圖11 解析　(1)桿MN做切割磁感線的運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1＝B1Lv＝0.3 V。 (2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2＝nS2＝4.5 V。 (3)題圖甲中φa>φb＝0， 題圖乙中φa<φb＝0， 所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時，a端的電勢較高。 此時通過電阻R的電流I＝ 電阻R兩端的電勢差φa－φb＝IR a端的電勢φa＝IR＝0.2 V。 答案　(1)0.3 V　(2)4.5 V　(

37、3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢高　φa＝0.2 V 12.某同學(xué)設(shè)計一個發(fā)電測速裝置，工作原理如圖12所示。一個半徑為R＝0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上，一根長為R的金屬棒OA，A端與導(dǎo)軌接觸良好，O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個半徑為r＝的圓盤，圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線，下端掛著一個質(zhì)量為m＝0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝0.5 T。a點與導(dǎo)軌相連，b點通過電刷與O端相連。測量a、b兩點間的電勢差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放，下落h＝0.3 m時，測得U＝0.15 V。(細(xì)線與圓盤

38、間沒有滑動，金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計，重力加速度g＝10 m/s2) 圖12 (1)測U時，與a點相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”？ (2)求此時鋁塊的速度大?。? (3)求此下落過程中鋁塊機械能的損失。 解析　(1)由右手定則知，金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向由O→A，故A端電勢高于O端電勢，與a點相接的是電壓表的“正極”。 (2)由電磁感應(yīng)定律得U＝E＝， ΔΦ＝BR2Δθ， U＝BωR2， v＝rω＝ωR， 所以v＝＝2 m/s。 (3)ΔE＝mgh－mv2。 代入數(shù)據(jù)得ΔE＝0.5 J。 答案　(1)正極　(2)2 m/s　(3)0.5 J 19