北京市2019版高考物理 專題十二 電磁感應課件.ppt

專題十二電磁感應 高考物理 北京市專用 1 2012北京理綜 19 6分 0 46 物理課上 老師做了一個奇妙的 跳環(huán)實驗 如圖 她把一個帶鐵芯的線圈L 開關S和電源用導線連接起來后 將一金屬套環(huán)置于線圈L上 且使鐵芯穿過套環(huán) 閉合開關S的瞬間 套環(huán)立刻跳起 某同學另找來器材再探究此實驗 他連接好電路 經重復試驗 線圈上的套環(huán)均未動 對比老師演示的實驗 下列四個選項中 導致套環(huán)未動的原因可能是 考點一電磁感應現象楞次定理A組自主命題 北京卷題組 五年高考 A 線圈接在了直流電源上B 電源電壓過高C 所選線圈的匝數過多D 所用套環(huán)的材料與老師的不同 答案D閉合開關S 金屬套環(huán)跳起 是S閉合瞬間 穿過套環(huán)的磁通量變化 環(huán)中產生感應電流的緣故 產生感應電流要具備兩個條件 回路閉合和穿過回路的磁通量變化 只要連接電路正確 閉合S瞬間 就會造成穿過套環(huán)磁通量變化 與電源的交直流性質 電壓高低 線圈匝數多少均無關 該同學實驗失敗 可能是套環(huán)選用了非導電材料的緣故 故D選項正確 2 2018課標 19 6分 多選 如圖 兩個線圈繞在同一根鐵芯上 其中一線圈通過開關與電源連接 另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內的直導線連接成回路 將一小磁針懸掛在直導線正上方 開關未閉合時小磁針處于靜止狀態(tài) 下列說法正確的是 A 開關閉合后的瞬間 小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉動B 開關閉合并保持一段時間后 小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向C 開關閉合并保持一段時間后 小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向D 開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間 小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉動 B組統一命題 課標卷題組 答案AD本題考查電流的磁效應 楞次定律等知識 當開關閉合瞬間 右側線圈中電流突然增大 鐵芯上向右的磁場增強 由楞次定律可知左側線圈中正面感應電流向上 則遠處直導線上電流向左 由安培定則可知小磁針處直導線上電流產生的磁場方向垂直紙面向里 A項正確 開關閉合并保持一段時間后 磁場不再變化 左側線圈中沒有感應電流 小磁針N S極回到原始方向 故B C兩項錯誤 開關斷開的瞬間 右側線圈中電流減小 左側線圈正面感應電流向下 遠處直導線上電流向右 由安培定則知 小磁針處直導線上電流產生的磁場方向垂直紙面向外 故D項正確 審題指導關鍵詞在審題中的作用關鍵詞 同一根鐵芯 意味著左右兩側線圈中磁通量變化率相同 遠處 說明此處小磁針不再受線圈中磁通量變化的影響 小磁針懸掛在直導線正上方 說明磁針的偏轉受直導線上電流產生的磁場影響 3 2018課標 20 6分 多選 如圖 a 在同一平面內固定有一長直導線PQ和一導線框R R在PQ的右側 導線PQ中通有正弦交流電i i的變化如圖 b 所示 規(guī)定從Q到P為電流正方向 導線框R中的感應電動勢 A 在t 時為零B 在t 時改變方向C 在t 時最大 且沿順時針方向D 在t T時最大 且沿順時針方向 答案AC本題考查楞次定律的應用及法拉第電磁感應定律 由i t圖像可知 在t 時 0 此時穿過導線框R的磁通量的變化率 0 由法拉第電磁感應定律可知 此時導線框R中的感應電動勢為0 選項A正確 同理在t 和t T時 為最大值 為最大值 導線框R中的感應電動勢為最大值 不改變方向 選項B錯誤 根據楞次定律 t 時 導線框R中的感應電動勢的方向為順時針方向 而t T時 導線框R中的感應電動勢的方向為逆時針方向 選項C正確 選項D錯誤 一題多解當導線PQ中電流變大時 穿過導線框R的磁通量變大 由楞次定律可知 為阻礙磁通量變大 R有向右的運動趨勢 根據兩直導線電流同向相吸 異向相斥 可判斷R中的電流方向 同理 可判斷當導線PQ中電流變小時導線框R中的電流方向 4 2017課標 15 6分 如圖 在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌 導軌平面與磁場垂直 金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS 一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內 線框與導軌共面 現讓金屬桿PQ突然向右運動 在運動開始的瞬間 關于感應電流的方向 下列說法正確的是 A PQRS中沿順時針方向 T中沿逆時針方向B PQRS中沿順時針方向 T中沿順時針方向C PQRS中沿逆時針方向 T中沿逆時針方向D PQRS中沿逆時針方向 T中沿順時針方向 答案D金屬桿PQ向右運動 穿過PQRS的磁通量增加 由楞次定律可知 感應電流在PQRS內的磁場方向垂直紙面向外 由安培定則可判斷PQRS中產生逆時針方向的電流 穿過T的磁通量是外加勻強磁場和PQRS產生的感應電流的磁場的磁通量代數和 穿過T的合磁通量垂直紙面向里減小 據楞次定律和安培定則可知 T中產生順時針方向的感應電流 故D正確 易錯點撥對楞次定律的深度理解線框與導軌共面且與磁場垂直 當金屬桿PQ向右運動時 PQRS中向里的磁通量增加 從而產生逆時針方向的感應電流 T中原有垂直紙面向里的磁通量不變 而增加了因PQRS中感應電流產生的向外的磁通量 導致T中垂直紙面向里的合磁通量減小 從而產生順時針方向的感應電流 5 2017課標 18 6分 掃描隧道顯微鏡 STM 可用來探測樣品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對稱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 出現擾動后 對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是 答案A本題考查電磁阻尼 若要有效衰減紫銅薄板上下及左右的微小振動 則要求施加磁場后 在紫銅薄板發(fā)生上下及左右的微小振動時 穿過紫銅薄板橫截面的磁通量都能發(fā)生變化 由選項圖可知只有A滿足要求 故選A 6 2015課標 19 6分 多選 1824年 法國科學家阿拉果完成了著名的 圓盤實驗 實驗中將一銅圓盤水平放置 在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針 如圖所示 實驗中發(fā)現 當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時 磁針也隨著一起轉動起來 但略有滯后 下列說法正確的是 A 圓盤上產生了感應電動勢B 圓盤內的渦電流產生的磁場導致磁針轉動C 在圓盤轉動的過程中 磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流 此電流產生的磁場導致磁針轉動 答案AB如圖所示 將銅圓盤等效為無數個長方形線圈的組合 則每個線圈繞OO 軸轉動時 均有感應電流產生 這些感應電流產生的磁場對小磁針有作用力 從而使小磁針轉動起來 可見A B均正確 由于圓盤面積不變 與磁針間的距離不變 故整個圓盤中的磁通量沒有變化 C錯誤 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成的電流的磁場 由安培定則可判斷在中心方向豎直向下 其他位置關于中心對稱 此磁場不會導致磁針轉動 D錯誤 7 2014課標 14 6分 0 676 在法拉第時代 下列驗證 由磁產生電 設想的實驗中 能觀察到感應電流的是 A 將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路 然后觀察電流表的變化B 在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈 然后觀察電流表的變化C 將一房間內的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接 往線圈中插入條形磁鐵后 再到相鄰房間去觀察電流表的變化D 繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈 分別接電源和電流表 在給線圈通電或斷電的瞬間 觀察電流表的變化 答案D將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路 因線圈中的磁通量沒有變化 故不能觀察到感應電流 選項A不符合題意 在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈時 如果通電線圈通以恒定電流 產生不變的磁場 則在另一線圈中不會產生感應電流 選項B不符合題意 在線圈中插入條形磁鐵后 再到相鄰房間去觀察電流表時 磁通量已不再變化 因此也不能觀察到感應電流 選項C不符合題意 繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈 在給一個線圈通電或斷電的瞬間 線圈產生的磁場變化 使穿過另一線圈的磁通量變化 因此 能觀察到感應電流 選項D符合題意 解題關鍵只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化 閉合導體回路中就有感應電流 8 2005北京理綜 21 6分 現將電池組 滑動變阻器 帶鐵芯的線圈A 線圈B 電流計及開關如圖連接 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 由此可以判斷 A 線圈A向上移動或滑動變阻器滑動端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 C組教師專用題組 答案B由題意和電路連接圖可知 當變阻器滑動端P向左加速滑動時 穿過B的磁通量變小 故可知磁通量變小時 會產生使電流計指針向右偏轉的感應電流 上移線圈A 拔出鐵芯 斷開開關等都會使穿過B的磁通量減小 電流計指針右偏 而P加速右滑會增大穿過B的磁通量 電流計指針左偏 故選項A錯B對 只要滑動端P移動 就會使穿過B的磁通量變化而產生感應電流 C項錯誤 只要弄清磁通量的變化就可判斷指針偏轉方向 D項錯誤 1 2016北京理綜 16 6分 0 79 如圖所示 勻強磁場中有兩個導體圓環(huán)a b 磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應強度B隨時間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產生的感應電動勢分別為Ea和Eb 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說法正確的是 A Ea Eb 4 1 感應電流均沿逆時針方向B Ea Eb 4 1 感應電流均沿順時針方向C Ea Eb 2 1 感應電流均沿逆時針方向D Ea Eb 2 1 感應電流均沿順時針方向 考點二法拉第電磁感應定律自感A組自主命題 北京卷題組 答案B由題意可知 k 導體圓環(huán)中產生的感應電動勢E S r2 因ra rb 2 1 故Ea Eb 4 1 由楞次定律知感應電流的方向均沿順時針方向 選項B正確 方法技巧磁感應強度均勻增大 說明磁感應強度的變化率恒定 故感應電動勢的大小與圓環(huán)的面積成正比 利用 增反減同 可以確定感應電流的方向 評析本題考查法拉第電磁感應定律和楞次定律 試題難度較小 解題關鍵是正確理解楞次定律中的阻礙作用 2 2013北京理綜 17 6分 0 85 如圖 在磁感應強度為B 方向垂直紙面向里的勻強磁場中 金屬桿MN在平行金屬導軌上以速度v向右勻速滑動 MN中產生的感應電動勢為E1 若磁感應強度增為2B 其他條件不變 MN中產生的感應電動勢變?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 A c a 2 1B a c 2 1C a c 1 2D c a 1 2 答案C桿MN向右勻速滑動 由右手定則判知 通過R的電流方向為a c 又因為E BLv 所以E1 E2 1 2 故選項C正確 考查點右手定則 感應電動勢 思路點撥左手定則和右手定則的選用 左力右電 左手定則是判斷通電導體在磁場中所受安培力的方向的 而右手定則是判斷導體切割磁感線時產生感應電流的方向的 不要弄混 3 2017北京理綜 19 6分 圖1和圖2是教材中演示自感現象的兩個電路圖 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C本題考查自感現象判斷 在圖1中斷開S1瞬間 燈A1突然閃亮 說明斷開S1前 L1中的電流大于A1中的電流 故L1的阻值小于A1的阻值 A B選項均錯誤 在圖2中 閉合S2瞬間 由于L2的自感作用 通過L2的電流很小 D錯誤 閉合S2后 最終A2與A3亮度相同 說明兩支路電流相等 故R與L2的阻值相同 C項正確 知識拓展斷電自感現象深入分析圖1實驗為斷電自感實驗 當S1斷開后 L1與A1構成一個閉合回路 L1的自感電動勢使回路中的電流保持一段時間 故A1會逐漸變暗 4 2011北京理綜 19 6分 某同學為了驗證斷電自感現象 自己找來帶鐵芯的線圈L 小燈泡A 開關S和電池組E 用導線將它們連接成如圖所示的電路 檢查電路后 閉合開關S 小燈泡發(fā)光 再斷開開關S 小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現象 雖經多次重復 仍未見老師演示時出現的小燈泡閃亮現象 他冥思苦想找不出原因 你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是 A 電源的內阻較大B 小燈泡電阻偏大C 線圈電阻偏大D 線圈的自感系數較大 答案C由自感規(guī)律可知在開關斷開的瞬間造成燈泡閃亮以及延時熄滅的原因是在線圈中產生了與原電流同向的自感電流且大于穩(wěn)定時通過燈泡的原電流 由圖可知燈泡和線圈構成閉合的自感回路 與電源無關 故A錯 造成不閃亮的原因是自感電流不大于穩(wěn)定時通過燈泡的原電流 當線圈電阻小于燈泡電阻時才會出現閃亮現象 故B錯C正確 自感系數與小燈泡是否閃亮無直接關系 故D錯 5 2015北京理綜 22 16分 0 87 如圖所示 足夠長的平行光滑金屬導軌水平放置 寬度L 0 4m 一端連接R 1 的電阻 導軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場 磁感應強度B 1T 導體棒MN放在導軌上 其長度恰好等于導軌間距 與導軌接觸良好 導軌和導體棒的電阻均可忽略不計 在平行于導軌的拉力F作用下 導體棒沿導軌向右勻速運動 速度v 5m s 求 1 感應電動勢E和感應電流I 2 在0 1s時間內 拉力的沖量IF的大小 3 若將MN換為電阻r 1 的導體棒 其他條件不變 求導體棒兩端的電壓U 解析 1 由法拉第電磁感應定律可得 感應電動勢E BLv 1 0 4 5V 2V感應電流I A 2A 2 拉力大小等于安培力大小F BIL 1 2 0 4N 0 8N沖量大小IF F t 0 8 0 1N s 0 08N s 3 由閉合電路歐姆定律可得 電路中電流I A 1A由歐姆定律可得 導體棒兩端電壓U I R 1V 考查點電磁感應中的動力學問題和電路問題 解題關鍵切割磁感線的導體棒MN相當于電源 內阻不計 勻速運動 意味著外力與安培力平衡 答案 1 2V2A 2 0 08N s 3 1V 6 2018課標 17 6分 如圖 導體軌道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轉動的金屬桿 M端位于PQS上 OM與軌道接觸良好 空間存在與半圓所在平面垂直的勻強磁場 磁感應強度的大小為B 現使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時針轉到OS位置并固定 過程 再使磁感應強度的大小以一定的變化率從B增加到B 過程 在過程 中 流過OM的電荷量相等 則等于 A B C D 2 答案B本題考查法拉第電磁感應定律及電荷量公式 由公式E I q It得q 設半圓弧半徑為r 對于過程 q1 對于過程 q2 由q1 q2得 故B項正確 B組統一命題 課標卷題組 規(guī)律總結電磁感應中電荷量的求解方法2 q 其中 的求解有三種情況 1 只有S變化 B S 2 只有B變化 B S 3 B和S都變化 2 1 7 2015課標 15 6分 0 337 如圖 直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中 磁感應強度大小為B 方向平行于ab邊向上 當金屬框繞ab邊以角速度 逆時針轉動時 a b c三點的電勢分別為Ua Ub Uc 已知bc邊的長度為l 下列判斷正確的是 A Ua Uc 金屬框中無電流B Ub Uc 金屬框中電流方向沿a b c aC Ubc Bl2 金屬框中無電流D Uac Bl2 金屬框中電流方向沿a c b a 答案C閉合金屬框在勻強磁場中以角速度 逆時針轉動時 穿過金屬框的磁通量始終為零 金屬框中無電流 由右手定則可知Ub Ua Uc A B D選項錯誤 b c兩點的電勢差Ubc Blv中 Bl2 選項C正確 8 2017課標 20 6分 多選 兩條平行虛線間存在一勻強磁場 磁感應強度方向與紙面垂直 邊長為0 1m 總電阻為0 005 的正方形導線框abcd位于紙面內 cd邊與磁場邊界平行 如圖 a 所示 已知導線框一直向右做勻速直線運動 cd邊于t 0時刻進入磁場 線框中感應電動勢隨時間變化的圖線如圖 b 所示 感應電流的方向為順時針時 感應電動勢取正 下列說法正確的是 A 磁感應強度的大小為0 5TB 導線框運動速度的大小為0 5m sC 磁感應強度的方向垂直于紙面向外D 在t 0 4s至t 0 6s這段時間內 導線框所受的安培力大小為0 1N 答案BC本題考查法拉第電磁感應定律 安培力 右手定則 考查學生的推理能力 利用圖像獲得信息的能力 導線框勻速進入磁場時速度v m s 0 5m s 選項B正確 由E BLv 得B T 0 2T 選項A錯誤 由右手定則可確定磁感應強度方向垂直于紙面向外 選項C正確 導線框所受安培力F BLI BL 0 2 0 1 N 0 04N 選項D錯誤 解題關鍵利用圖像獲取信息 線框勻速進入磁場的時間 感應電動勢的正負及大小 9 2016課標 20 6分 多選 法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示 銅圓盤安裝在豎直的銅軸上 兩銅片P Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸 圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中 圓盤旋轉時 關于流過電阻R的電流 下列說法正確的是 A 若圓盤轉動的角速度恒定 則電流大小恒定B 若從上向下看 圓盤順時針轉動 則電流沿a到b的方向流動C 若圓盤轉動方向不變 角速度大小發(fā)生變化 則電流方向可能發(fā)生變化D 若圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍 則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 答案AB設圓盤的半徑為L 可認為圓盤由無數根輻條構成 則每根輻條切割磁感線產生的感應電動勢E BL2 整個回路中的電源為無數個電動勢為E的電源并聯而成 電源總內阻為零 故回路中電流I 由此可見A正確 R上的熱功率P I2R 由此可見 變?yōu)樵瓉淼?倍時 P變?yōu)樵瓉淼?倍 故D錯 由右手定則可判知B正確 電流方向與導體切割磁感線的方向有關 而與切割的速度大小無關 故C錯 疑難突破金屬圓盤在恒定的勻強磁場中轉動時 其等效電源的模型如圖所示 每個電源的電動勢E BL2 L為圓盤的半徑 內阻為r0 則n個電源并聯后的總電動勢仍為E 總內阻r n 時 r 0 評析本題以轉動的圓盤為背景 考查了考生構建模型的能力 從知識角度 本題考查了感應電動勢 右手定則 閉合電路歐姆定律 電功率等基礎知識 綜合性較強 屬于中等難度題 10 2009北京理綜 23 18分 單位時間內流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量 以下簡稱流量 有一種利用電磁原理測量非磁性導電液體 如自來水 啤酒等 流量的裝置 稱為電磁流量計 它主要由將流量轉換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成 傳感器的結構如圖所示 圓筒形測量管內壁絕緣 其上裝有一對電極a和c a c間的距離等于測量管內徑D 測量管的軸線與a c的連接方向以及通電線圈產生的磁場方向三者相互垂直 當導電液體流過測量管時 在電極a c間出現感應電動勢E 并通過與電極連接的儀表顯示出液體的流量Q 設磁場均勻恒定 磁感應強度為B C組教師專用題組 1 已知D 0 40m B 2 5 10 3T Q 0 12m3 s 設液體在測量管內各處流速相同 試求E的大小 取3 0 2 一新建供水站安裝了電磁流量計 在向外供水時流量本應顯示為正值 但實際顯示卻為負值 經檢查 原因是誤將測量管接反了 既液體由測量管出水口流入 從入水口流出 因水已加壓充滿管道 不便再將測量管拆下重裝 請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎档暮啽惴椒?3 顯示儀表相當于傳感器的負載電阻 其阻值記為R a c間導電液體的電阻r隨液體電阻率的變化而變化 從而會影響顯示儀表的示數 試以E R r為參量 給出電極a c間輸出電壓U的表達式 并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數的影響 答案 1 1 0 10 3V 2 見解析 3 見解析 解析 1 導電液體通過測量管時 相當于導線做切割磁感線的運動 在電極a c間切割磁感線的液柱長度為D 設液體的流速為v 則產生的感應電動勢為E BDv 由流量的定義 有Q Sv v 式聯立解得E BD 代入數據得E V 1 0 10 3V 2 能使儀表顯示的流量變?yōu)檎档姆椒ê啽?合理即可 如 改變通電線圈中電流的方向 使磁場反向 或將傳感器輸出端對調接入顯示儀表 3 傳感器 顯示儀表構成閉合電路 由閉合電路歐姆定律有I U IR 輸入顯示儀表的是a c間的電壓U 流量示數和U一一對應 E與液體電阻率無關 而r隨電阻率的變化而變化 由 式可看出 r變化相應地U也隨之變化 在實際流量不變的情況下 儀表顯示的流量示數會隨a c間的電壓U的變化而變化 增大R 使R r 則U E 這樣就可以降低液體電阻率的變化對顯示儀表流量示數的影響 1 2014北京理綜 24 1 0 20 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 通過公式推導驗證 在 t時間內 F對導線MN所做的功W等于電路獲得的電能W電 也等于導線MN中產生的焦耳熱Q 考點三電磁感應中的綜合問題A組自主命題 北京卷題組 解析電動勢E BLv導線勻速運動 受力平衡F F安 BIL在 t時間內 外力F對導線做功W Fv t F安v t BILv t電路獲得的電能W電 qE IE t BILv t可見 F對導線MN所做的功等于電路獲得的電能W電 導線MN中產生的焦耳熱Q I2R t I t IR qE W電可見 電路獲得的電能W電等于導線MN中產生的焦耳熱Q 答案見解析 考查點電磁感應中的能量轉化 思路點撥導線勻速運動 受力平衡 在 t時間內 外力做功等于安培力做功等于F安v t 電路獲得的總電能等于IE t 而焦耳熱等于I2R t 只要證明三者相等即可 反思總結題目給出的是一個動態(tài)平衡過程 在這個過程中外力克服安培力做功 與做功等量的外部能量轉化為等量的電能輸送到電路 又由于電阻的存在 電能又轉化為焦耳熱 這道題體現了電磁感應中典型的能量轉化關系 2 2017北京理綜 24 20分 發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性 源于它們機理上的類似性 直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如圖1 圖2所示的情景 在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中 兩根光滑平行金屬軌道MN PQ固定在水平面內 相距為L 電阻不計 電阻為R的金屬導體棒ab垂直于MN PQ放在軌道上 與軌道接觸良好 以速度v v平行于MN 向右做勻速運動 圖1軌道端點M P間接有阻值為r的電阻 導體棒ab受到水平向右的外力作用 圖2軌道端點M P間接有直流電源 導體棒ab通過滑輪勻速提升重物 電路中的電流為I 1 求在 t時間內 圖1 發(fā)電機 產生的電能和圖2 電動機 輸出的機械能 2 從微觀角度看 導體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在上述能量轉化中起著重要作用 為 了方便 可認為導體棒中的自由電荷為正電荷 a 請在圖3 圖1的導體棒ab 圖4 圖2的導體棒ab 中 分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖 b 我們知道 洛倫茲力對運動電荷不做功 那么 導體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉化過程中起到作用的呢 請以圖2 電動機 為例 通過計算分析說明 解析本題考查發(fā)電機和電動機的機理分析 洛倫茲力的方向及其在能量轉化中的作用 1 圖1中 電路中的電流I1 棒ab受到的安培力F1 BI1L在 t時間內 發(fā)電機 產生的電能等于棒ab克服安培力做的功E電 F1 v t 圖2中 棒ab受到的安培力F2 BIL在 t時間內 電動機 輸出的機械能等于安培力對棒ab做的功E機 F2 v t BILv t 2 a 如圖甲 圖乙所示 答案見解析 b 設自由電荷的電荷量為q 沿導體棒定向移動的速率為u 如圖乙所示 沿棒方向的洛倫茲力f1 qvB 做負功W1 f1 u t qvBu t垂直棒方向的洛倫茲力f2 quB 做正功W2 f2 v t quBv t 所以W1 W2 即導體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做功為零 f1 做負功 阻礙自由電荷的定向移動 宏觀上表現為 反電動勢 消耗電源的電能 f2 做正功 宏觀上表現為安培力做正功 使機械能增加 大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現是將電能轉化為等量的機械能 在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到 傳遞 能量的作用 疑難突破洛倫茲力做功及其作用在 發(fā)電機 模型中 外力促使導體棒做切割磁感線運動時 棒中自由電荷隨棒運動 從而會受到沿棒方向的洛倫茲力 表現為 電源中的非靜電力 這一力做正功 起到了使其他形式能量向電能轉化的作用 在 電動機 模型中 外電源使導體棒中產生電場 在電場力作用下 導體棒中的自由電荷沿棒運動 從而受到垂直于棒方向的洛倫茲力 宏觀上表現為 導體棒受到的安培力 這一力做正功 起到了使電能向其他形式能量轉化的作用 3 2018課標 18 6分 如圖 在同一水平面內有兩根平行長導軌 導軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域 區(qū)域寬度均為l 磁感應強度大小相等 方向交替向上向下 一邊長為l的正方形金屬線框在導軌上向左勻速運動 線框中感應電流i隨時間t變化的正確圖線可能是 B組統一命題 課標卷題組 答案D本題考查右手定則 E BLv 由右手定則判定 線框向左移動0 過程 回路中電流方向為順時針 由E 2BLv可知 電流i為定值 線框向左移動 l過程 線框左 右兩邊產生的感應電動勢相抵消 回路中電流為零 線框向左移動l l過程 回路中感應電流方向為逆時針 由上述分析可見 選項D正確 方法技巧電磁感應中圖像問題分析技巧由方向的合理性可直接排除錯誤選項 如果需要 再定量分析電流大小的變化情況確定正確選項 4 2014課標 18 6分 0 491 如圖 a 線圈ab cd繞在同一軟鐵芯上 在ab線圈中通以變化的電流 用示波器測得線圈cd間電壓如圖 b 所示 已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比 則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中 可能正確的是 答案CA選項中只有電流方向改變的瞬間 線圈cd間才會產生電壓 其他時間cd間電壓為零 不符合題意 故A選項錯誤 通電線圈中產生的磁場B ki k為比例系數 在另一線圈中的磁通量 BS kiS 由法拉第電磁感應定律可知 在另一線圈中產生的感應電動勢E n 由圖 b 可知 Ucd 不變 則不變 故不變 故選項B D錯誤 C正確 審題點撥 線圈ab和cd繞在同一軟鐵芯上 兩線圈中磁通量的變化情況一致 ab線圈因電生磁 cd線圈因磁生電 結合法拉第電磁感應定律分析判斷 評析本題以變壓器為載體 用圖像語言描述原 副線圈中電壓 電流 磁場隨時間的變化關系 要求學生明確圖像六要素即點 線 面 軸 斜率 截距的實際物理意義 圖像語言作為描述物理情景的三種語言之一 是永恒的考查熱點 5 2016課標 24 12分 如圖 水平面 紙面 內間距為l的平行金屬導軌間接一電阻 質量為m 長度為l的金屬桿置于導軌上 t 0時 金屬桿在水平向右 大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動 t0時刻 金屬桿進入磁感應強度大小為B 方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域 且在磁場中恰好能保持勻速運動 桿與導軌的電阻均忽略不計 兩者始終保持垂直且接觸良好 兩者之間的動摩擦因數為 重力加速度大小為g 求 1 金屬桿在磁場中運動時產生的電動勢的大小 2 電阻的阻值 解析 1 設金屬桿進入磁場前的加速度大小為a 由牛頓第二定律得ma F mg 設金屬桿到達磁場左邊界時的速度為v 由運動學公式有v at0 當金屬桿以速度v在磁場中運動時 由法拉第電磁感應定律 桿中的電動勢為E Blv 聯立 式可得E Blt0 2 設金屬桿在磁場區(qū)域中勻速運動時 金屬桿中的電流為I 根據歐姆定律I 式中R為電阻的阻值 金屬桿所受的安培力為f BlI 因金屬桿做勻速運動 由牛頓運動定律得F mg f 0 答案 1 Blt0 2 聯立 式得R 解題指導金屬桿的運動分為兩個過程 進入磁場前 水平方向受拉力F與摩擦力的作用做勻加速運動 可求出加速度a和到達磁場左邊界時的速度 進入磁場后 桿做勻速直線運動 根據法拉第電磁感應定律 求出電動勢及電路中的電流 分析受力情況 由牛頓運動定律列方程求解即可 解題思路分別分析金屬桿在兩個過程中的受力情況和運動情況 第一個過程的末速度即第二個過程勻速運動的速度 結合法拉第電磁感應定律得到E 再根據第二個過程的勻速運動列方程求出R 6 2016課標 25 20分 如圖 兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導軌位于同一水平面 紙面 內 其左端接一阻值為R的電阻 一與導軌垂直的金屬棒置于兩導軌上 在電阻 導軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域 區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場 磁感應強度大小B1隨時間t的變化關系為B1 kt 式中k為常量 在金屬棒右側還有一勻強磁場區(qū)域 區(qū)域左邊界MN 虛線 與導軌垂直 磁場的磁感應強度大小為B0 方向也垂直于紙面向里 某時刻 金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運動 在t0時刻恰好以速度v0越過MN 此后向右做勻速運動 金屬棒與導軌始終相互垂直并接觸良好 它們的電阻均忽略不計 求 1 在t 0到t t0時間間隔內 流過電阻的電荷量的絕對值 2 在時刻t t t0 穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小 解析 1 在金屬棒越過MN之前 t時刻穿過回路的磁通量為 ktS 設在從t時刻到t t的時間間隔內 回路磁通量的變化量為 流過電阻R的電荷量為 q 由法拉第電磁感應定律有 由歐姆定律有i 由電流的定義有i 聯立 式得 q t 由 式得 在t 0到t t0的時間間隔內 流過電阻R的電荷量q的絕對值為 q 2 當t t0時 金屬棒已越過MN 由于金屬棒在MN右側做勻速運動 有f F 式中 f是外加水平恒力 F是勻強磁場施加的安培力 設此時回路中的電流為I F的大小為F B0lI 此時金屬棒與MN之間的距離為s v0 t t0 勻強磁場穿過回路的磁通量為 B0ls 答案 1 2 B0lv0 t t0 kSt B0lv0 kS 回路的總磁通量為 t 式中 仍如 式所示 由 式得 在時刻t t t0 穿過回路的總磁通量為 t B0lv0 t t0 kSt在t到t t的時間間隔內 總磁通量的改變 t為 t B0lv0 kS t由法拉第電磁感應定律得 回路感應電動勢的大小為 t 由歐姆定律有I 聯立 式得f B0lv0 kS 評分參考第 1 問7分 式各1分 式2分 第 2 問13分 式2分 式各1分 式各2分 式各1分 解題指導 1 金屬棒在0 t0時間內 由于圓形磁場中的磁通量變化而引起感應電動勢 從而形成感應電流 由電流的定義式可以求出流過電阻的電荷量的絕對值 2 當金屬棒越過MN后 穿過回路的磁通量由兩部分組成 再由法拉第電磁感應定律等綜合知識可以求出恒力f的大小 易錯點撥 1 在計算磁通量時 用的是左側矩形面積 而不是圓形磁場面積 從而導致出錯 2 當金屬棒越過MN后計算磁通量時 得出的金屬棒與MN的距離s v0t 從而導致出錯 7 2016課標 24 14分 如圖 兩固定的絕緣斜面傾角均為 上沿相連 兩細金屬棒ab 僅標出a端 和cd 僅標出c端 長度均為L 質量分別為2m和m 用兩根不可伸長的柔軟輕導線將它們連成閉合回路abdca 并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上 使兩金屬棒水平 右斜面上存在勻強磁場 磁感應強度大小為B 方向垂直于斜面向上 已知兩根導線剛好不在磁場中 回路電阻為R 兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數均為 重力加速度大小為g 已知金屬棒ab勻速下滑 求 1 作用在金屬棒ab上的安培力的大小 2 金屬棒運動速度的大小 C組教師專用題組 解析 1 設兩導線的張力大小之和為T 右斜面對ab棒的支持力的大小為N1 作用在ab棒上的安培力的大小為F 左斜面對cd棒的支持力大小為N2 對于ab棒 由力的平衡條件得2mgsin N1 T F N1 2mgcos 對于cd棒 同理有mgsin N2 T N2 mgcos 聯立 式得F mg sin 3 cos 2 由安培力公式得F BIL 這里I是回路abdca中的感應電流 ab棒上的感應電動勢為 BLv 式中 v是ab棒下滑速度的大小 由歐姆定律得 答案 1 mg sin 3 cos 2 sin 3 cos I 聯立 式得v sin 3 cos 解題指導解答此題的關鍵是對ab cd棒受力分析 由平衡條件求出ab棒受到的安培力 再由金屬棒切割磁感線產生的感應電動勢確定出金屬棒的速度 知識歸納此題考查電磁感應 電路和力學知識的綜合應用 難度適中 受力分析是關鍵 8 2008北京理綜 22 16分 均勻導線制成的單匝正方形閉合線框abcd 每邊長為L 總電阻為R 總質量為m 將其置于磁感應強度為B的水平勻強磁場上方h處 如圖所示 線框由靜止自由下落 線框平面保持在豎直平面內 且cd邊始終與水平的磁場邊界平行 當cd邊剛進入磁場時 1 求線框中產生的感應電動勢大小 2 求c d兩點間的電勢差大小 3 若此時線框加速度恰好為零 求線框下落的高度h所應滿足的條件 解析 1 cd邊剛進入磁場時 線框速度v 線框中產生的感應電動勢E BLv BL 2 此時線框中電流I c d兩點間的電勢差U I R BL 3 cd邊所受安培力F BIL 根據牛頓第二定律可知 mg F ma由a 0解得下落高度應滿足h 答案 1 BL 2 BL 3 h 9 2007北京理綜 24 20分 用密度為d 電阻率為 橫截面積為A的薄金屬條制成邊長為L的閉合正方形框abb a 如圖所示 金屬方框水平放在磁極的狹縫間 方框平面與磁場方向平行 設勻強磁場僅存在于相對磁極之間 其他地方的磁場忽略不計 可認為方框的aa 邊和bb 邊都處在磁極間 磁極間磁感應強度大小為B 方框從靜止開始釋放 其平面在下落過程中保持水平 不計空氣阻力 圖1裝置縱截面示意圖 圖2裝置俯視圖 1 求方框下落的最大速度vm 設磁場區(qū)域在豎直方向足夠長 2 當方框下落的加速度為時 求方框的發(fā)熱功率P 3 已知方框下落時間為t時 下落高度為h 其速度為vt vt vm 若在同一時間t內 方框內產生的熱與一恒定電流I0在該框內產生的熱相同 求恒定電流I0的表達式 答案 1 vm 2 P 3 I0 A 解析 1 方框質量m 4LAd方框電阻R 方框下落速度為v時 產生的感應電動勢E B 2L v感應電流I 方框下落過程 受到重力G及安培力FG mg 4LAdg 方向豎直向下F BI 2L v 方向豎直向上當F G時 方框達到最大速度 即v vm則vm 4LAdg方框下落的最大速度vm g 2 方框下落加速度為時 有mg IB 2L m則I 方框的發(fā)熱功率P I2R 3 根據能量守恒定律 有mgh m Rt 則I0 解得恒定電流I0的表達式I0 A 1 2018北京房山一模 19 電磁感應現象在生產生活中有著廣泛的應用 圖甲為工業(yè)上探測物件表面層內部是否存在缺陷的渦流探傷技術原理圖 其原理是將線圈中通入電流 使被測物件內產生渦流 借助探測線圈內電流變化測定渦流的改變 從而獲得被測物件內部是否斷裂及位置的信息 圖乙為一個帶鐵芯的線圈L 開關S和電源用導線連接起來的跳環(huán)實驗裝置 將一個套環(huán)置于線圈L上且使鐵芯穿過其中 閉合開關S的瞬間 套環(huán)將立刻跳起 關于對以上兩個應用實例理解正確的是 考點一電磁感應現象楞次定律 A組2016 2018年高考模擬 基礎題組 三年模擬 A 能被探測的物件和實驗所用的套環(huán)必須是導電材料B 渦流探傷技術運用了互感原理 跳環(huán)實驗演示了自感現象C 以上兩個應用實例中的線圈所連接電源都必須是變化的交流電源D 以上兩個應用實例中的線圈所連接電源也可以都是穩(wěn)恒電源 答案A兩應用實例均運用了互感原理 甲中必須是變化的交流電源 乙中可以是穩(wěn)恒電源 也可以是交流電源 2 2018北京海淀二模 19 如圖所示 將一個鋁框放在蹄形磁鐵的兩個磁極間 鋁框可以繞豎直軸線OO 自由轉動 轉動磁鐵 會發(fā)現靜止的鋁框也會發(fā)生轉動 下列說法正確的是 A 鋁框與磁極轉動方向相反B 鋁框始終與磁極轉動得一樣快C 鋁框是因為磁鐵吸引鋁質材料而轉動的D 鋁框是因為受到安培力而轉動的 答案D根據楞次定律可知 為阻礙穿過鋁框的磁通量的變化 鋁框與磁鐵轉動方向相同 但快慢不一致 磁鐵轉動總比鋁框轉動快一點兒 以維持磁通量的變化 故選項A B均錯誤 鋁框轉動是因為框中產生了感應電流 在磁場中受到安培力的作用 而不是磁鐵的吸引 故選項C錯誤 選項D正確 3 2016北京海淀一模 19 如圖所示 銅線圈水平固定在鐵架臺上 銅線圈的兩端連接在電流傳感器上 傳感器與數據采集器相連 采集的數據可通過計算機處理 從而得到銅線圈中的電流隨時間變化的圖線 利用該裝置探究條形磁鐵從距銅線圈上端某一高度處由靜止釋放后 沿銅線圈軸線豎直向下穿過銅線圈的過程中產生的電磁感應現象 兩次實驗中分別得到了如圖甲 乙所示的電流 時間圖線 條形磁鐵在豎直下落過程中始終保持直立姿態(tài) 且所受空氣阻力可忽略不計 則下列說法中正確的是 A 若兩次實驗條形磁鐵距銅線圈上端的高度不同 其他實驗條件均相同 則甲圖對應實驗條形磁鐵距銅線圈上端的高度大于乙圖對應實驗條形磁鐵距銅線圈上端的高度B 若兩次實驗條形磁鐵的磁性強弱不同 其他實驗條件均相同 則甲圖對應實驗條形磁鐵的磁性比乙圖對應實驗條形磁鐵的磁性強C 甲圖對應實驗條形磁鐵穿過銅線圈的過程中損失的機械能小于乙圖對應實驗條形磁鐵穿過銅線圈的過程中損失的機械能D 兩次實驗條形磁鐵穿過銅線圈的過程中所受的磁場力都是先向上后向下 答案C銅線圈中產生的感應電流的最大值取決于 條形磁鐵通過銅線圈時的速度 即條形磁鐵距銅線圈上端的高度 條形磁鐵的磁性強弱 條形磁鐵通過銅線圈時的速度越大 條形磁鐵距銅線圈上端的高度越高 磁性越強 感應電流的最大值越大 A B錯誤 條形磁鐵穿過銅線圈時損失的機械能全部克服磁場力做功 轉化為銅線圈產生的焦耳熱 實驗中電流越大 磁場力越大 條形磁鐵克服磁場力做功越多 損失的機械能就越多 C正確 根據楞次定律 兩次實驗條形磁鐵穿過銅線圈的過程中所受的磁場力都始終向上 D項錯 4 2016北京海淀零模 20 利用所學物理知識 可以初步了解安檢中常用的一種手持金屬探測器的工作原理及相關問題 這種手持金屬探測器工作時 因其內部的探測器線圈內通有一定頻率 該頻率可在固定的頻率范圍內調節(jié) 的正弦交變電流 產生迅速變化的磁場 如果該種探測器附近有金屬物品 在金屬物品中會感應出渦流 渦流的磁場反過來影響探測器線圈中的電流 引發(fā)探測器蜂鳴報警 金屬物品中感應出的渦流越大對探測器線圈中的電流的影響越大 金屬物品中感應出渦流的大小與正弦交變電流的頻率以及被檢測金屬物品的尺寸和導電的性能有關 關于該種金屬探測器 下列說法中正確的是 A 金屬物品中產生的渦流的變化頻率與探測器線圈中的交變電流的頻率可能不同B 當探測器中通有的交變電流頻率不在工作頻率范圍內時 被檢測金屬物品中就不產生感應電流C 探測器線圈中通低頻率的正弦交變電流更容易檢測出尺寸小 電阻率大的金屬物品D 該種金屬探測器能檢測有無金屬物品 但不能準確區(qū)分金屬的種類 答案D由電磁感應規(guī)律知感應電流的頻率跟原電流的頻率相同 故A項錯誤 只要被檢測金屬物品置于變化的磁場中 金屬物品中就會產生感應電流 故B項錯誤 原電流的頻率越大 則金屬物品中的感應電動勢越大 金屬物品的電阻率越小時 其中的感應電流越大 故C項錯誤 無論是何種金屬在變化的磁場中均能產生渦流 故D項正確 5 2016北京朝陽一模 16 如圖所示 通電直導線MN與矩形金屬線框abcd位于同一平面內 導線中的電流方向如圖所示 若導線中的電流增大 下列說法正確的是 A 穿過線框的磁通量始終為零B 穿過線框的磁通量變小C ab邊感應電流的方向為b aD ab邊受到的安培力方向向右 答案D根據右手螺旋定則可判斷出 通電直導線MN在其右側產生的磁場方向垂直于紙面向里 導線中的電流增大 原磁場的磁感應強度增強 穿過線框的磁通量增大 故A B均錯誤 線框中磁通量增大 感應電流產生的磁場阻礙原磁場磁通量的變化 感應磁場方向為垂直紙面向外 根據右手螺旋定則知 線框中感應電流方向為逆時針 即a b c d a 故C錯誤 根據感應電流方向及左手定則可判斷出 線框ab邊受到的安培力方向向右 故D正確 6 2017北京順義二模 19 與一般吉他以箱體的振動發(fā)聲不同 電吉他靠拾音器發(fā)聲 如圖所示 拾音器由磁體及繞在其上的線圈組成 磁體產生的磁場使鋼質琴弦磁化而產生磁性 即琴弦也產生自己的磁場 當某根琴弦被撥動而相對線圈振動時 線圈中就會產生相應的電流 并最終還原為聲音信號 下列說法中正確的是 A 若磁體失去磁性 電吉他仍能正常工作B 換用尼龍材質的琴弦 電吉他仍能正常工作C 琴弦振動的過程中 線圈中電流的方向不會發(fā)生變化D 拾音器的作用是利用電磁感應把琴弦的振動轉化成電信號 答案D根據題意知 D項正確 A B項中 琴弦沒有磁性 沒有電磁感應 線圈中不產生感應電流 故錯誤 琴弦振動 相當于磁體振動 引起線圈中電流方向變化 C錯誤 7 2018北京朝陽期末 7 如圖1所示 閉合線圈放在勻強磁場中 t 0時磁場方向垂直線圈平面向里 磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖2所示 在0 2s內 線圈中感應電流 A 逐漸增大 方向為逆時針B 逐漸減小 方向為順時針C 大小不變 方向為順時針D 大小不變 方向為先順時針后逆時針 答案C0 1s時間內 穿過線圈的磁通量為垂直線圈平面向里在減小 可見 感應電流的磁場與原磁場方向相同 由右手螺旋定則可知 感應電流為順時針方向 1s 2s時間內 穿過線圈的磁通量為垂直線圈平面向外在增加 感應電流的磁場與原磁場方向相反 也是垂直線圈平面向里 由右手螺旋定則可判斷 感應電流為順時針方向 故A D錯誤 E S 其中S恒定 為定值 故E不變 I 也是定值 故C選項正確 B選項錯誤 解題關鍵能根據原磁場通過線圈的磁通量的變化 判斷感應電流的磁場方向 再由圖2中的圖線結合E n 判斷感應電e動勢的變化情況 8 2018北京東城一模 19 如圖所示 將兩端刮掉絕緣漆的導線繞在一把銼刀上 一端接上電池 電池另一極與銼刀接觸 手執(zhí)導線的另一端 在銼刀上來回劃動 由于銼刀表面凹凸不平 就會產生電火花 下列說法正確的是 A 產生電火花的回路只由導線與電池組成B 如導線端只向一個方向劃動也能產生電火花C 銼刀采用什么材料制成對實驗沒有影響D 導線端劃動的方向決定了自感電動勢的方向 考點二法拉第電磁感應定律自感 答案B回路由導線 銼刀 電池組成 故A錯誤 銼刀是回路的一部分 必須是導體 故材料對實驗有影響 C錯 銼刀表面凹凸不平 導線端在劃動過程中 電路在通路和斷路狀態(tài)間不斷變化 線圈產生自感電動勢 自感電動勢的方向與導線端劃動方向無關 所以D錯 解題關鍵由實驗現象結合到自感知識 9 2018北京豐臺期末 12 如圖所示 由相同導線制成的兩個金屬圓環(huán)a b置于勻強磁場中 磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直 磁感應強度B隨時間均勻增大 兩圓環(huán)半徑之比為2 1 圓環(huán)中產生的感應電流分別為Ia和Ib 不考慮兩圓環(huán)間的相互影響 下列說法正確的是 A Ia Ib 4 1 感應電流均沿逆時針方向B Ia Ib 4 1 感應電流均沿順時針方向C Ia Ib 2 1 感應電流均沿逆時針方向D Ia Ib 2 1 感應電流均沿順時針方向 答案C由楞次定律可知感應電流均沿逆時針方向 E S r2 又R 則I C正確 易錯警示分析本題時 易因忽略導線長度不同引起電阻差異而錯選 10 2018北京朝陽期末 9 如圖所示的電路中 a b是兩個完全相同的燈泡 L為自感線圈 直流電阻不計 E為電源 S為開關 下列說法中正確的是 A 閉合開關 a b同時亮B 閉合開關 a先亮 b后亮C 斷開開關 a b過一會兒同時熄滅D 斷開開關 b先熄滅 a閃亮后熄滅 答案C閉合開關 含有電感線圈支路的電流將從0開始逐漸增加 故b燈先亮 而a燈后亮 選項A B均錯誤 電路穩(wěn)定后 a b兩燈支路電流相同 當S斷開時 電感線圈中的電流將通過a b燈回路 通過兩燈的電流時刻等大 故過一會兒a b會同時熄滅 不會出現閃亮的現象 因此C選項正確 D選項錯誤 解題關鍵知道電感線圈在電路中的作用 產生自感電動勢的效果是阻礙電感線圈中的電流變化 清楚燈泡閃亮的原因是流過燈泡的電流比原來大 11 2018北京東城一模 22 如圖甲所示 一個面積為S 阻值為r的圓形金屬線圈與阻值為2r的電阻R組成閉合回路 在線圈中存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場 磁感應強度B隨時間t變化的關系如圖乙所示 圖中B0和t0已知 導線電阻不計 在t 0至t t0時間內 求 1 電阻R中電流的方向 2 感應電動勢的大小E 3 a b兩點間的電勢差Uab 答案 1 由a到b 2 3 解析 1 由題圖可知t 0至t t0時間內線圈中垂直于線圈平面向里的磁通量增加 由楞次定律和安培定則知 電阻R中的電流方向由a到b 2 根據法拉第電磁感應定律 E n 其中n 1 B0S t t0 代入得到 E 3 根據閉合電路歐姆定律有 I Uab I 2r可得 Uab 解題關鍵熟知楞次定律和法拉第電磁感應定律 12 2018北京海淀期末 13 如圖所示 兩根平行光滑金屬導軌MN和PQ放置在水平面內 其間距L 0 2m 磁感應強度B 0 5T的勻強磁場垂直導軌平面向下 兩導軌之間連接的電阻R 4 8 在導軌上有一金屬棒ab 其電阻r 0 2 金屬棒與導軌垂直且接觸良好 如圖所示 在ab棒上施加水平拉力使其以速度v 0 5m s向右勻速運動 設金屬導軌足夠長 求 1 金屬棒ab產生的感應電動勢 2 通過電阻R的電流大小和方向 3 金屬棒a b兩點間的電勢差 答案 1 0 05V 2 見解析 3 0 048V 解析 1 設金屬棒中感應電動勢為E則E BLv 2分 代入數值得E 0 05V 1分 2 設通過電阻R的電流大小為I則I 1分 代入數值得I 0 01A 1分 方向 從M通過R流向P 1分 3 設a b兩點間的電勢差為UabUab IR 2分 代入數值得Uab 0 048V 1分 易錯警示學生易將a b兩點間的電勢差誤認為是電源的內電壓 而實際上ab相當于電源 電源在接入外電路時 電源兩端電勢差即路端電壓 Uab IR 13 2016北京海淀一模 24 在如圖甲所示的底面半徑為r的豎直圓柱形區(qū)域內 存在豎直向上的勻強磁場 磁感應強度大小隨時間的變化關系為B kt k 0且為常量 1 將一由細導線構成的半徑為r 電阻為R0的導體圓環(huán)水平固定在上述磁場中 并使圓環(huán)中心與磁場區(qū)域的中心重合 求在T時間內導體圓環(huán)產生的焦耳熱 2 上述導體圓環(huán)之所以會產生電流是因為變化的磁場會在空間激發(fā)渦旋電場 該渦旋電場驅使導體內的自由電荷定向移動 形成電流 如圖乙所示 變化的磁場產生的渦旋電場存在于磁場內外的廣闊空間中 其電場線是在水平面內的一系列沿順時針方向的同心圓 從上向下看 圓心與磁場區(qū)域的中心重合 在半徑為r的圓周上 渦旋電場的電場強度大小處處相等 并且可以用E渦 計算 其中E為由于磁場變化在半徑為r的導體圓環(huán)中產生的感生電動勢 如圖丙所示 在磁場區(qū)域的水平面內固定一個內壁光滑的絕緣環(huán)形真空細管道 其內環(huán)半徑為r 管 道中心與磁場區(qū)域的中心重合 由于細管道半徑遠遠小于r 因此細管道內各處電場強度大小可視為相等 某時刻 將管道內電荷量為q的帶正電小球由靜止釋放 小球的直徑略小于真空細管道的直徑 小球受到切向的渦旋電場力的作用而運動 該力將改變小球速度的大小 該渦旋電場力與電場強度的關系和靜電力與電場強度的關系相同 假設小球在運動過程中其電荷量保持不變 忽略小球受到的重力 小球運動時激