2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng)考點(diǎn)通關(guān).doc
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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng)考點(diǎn)通關(guān) 考 綱 下 載 考 情 上 線 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象(Ⅰ) 2.磁通量(Ⅰ) 3.法拉第電磁感應(yīng)定律(Ⅱ) 4.楞次定律(Ⅱ) 5.自感、渦流(Ⅰ) 高考地位 本章是高考的必考內(nèi)容,在歷年高考中所占分值較高,考查的題型一般多為選擇,考查的難度中等,試題的綜合程度較高 考點(diǎn)布設(shè) 1.感應(yīng)電流的產(chǎn)生及方向的判定,圖象的考查 2.法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 3.電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場(chǎng)、電路、力學(xué)等知識(shí)的綜合 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 [想一想] 磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量。如圖10-1-1所示,通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面,第一次將線框由位置1平移到位置2,第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2,設(shè)先后兩次通過(guò)線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2,則ΔΦ1和ΔΦ2大小關(guān)系是什么? 圖10-1-1 提示:設(shè)線框在位置1時(shí)的磁通量為Φ1,在位置2時(shí)的磁通量為Φ2,直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在1處比在2處要強(qiáng)。若平移線框,則ΔΦ1=Φ1-Φ2,若轉(zhuǎn)動(dòng)線框,磁感線是從線框的正反兩面穿過(guò)的,一正一負(fù),因此ΔΦ2=Φ1+Φ2。根據(jù)分析知:ΔΦ1<ΔΦ2。 [記一記](méi) 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí),電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的現(xiàn)象。 2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 表述1 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。 表述2 穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 [試一試] 1.試分析圖10-1-2中各種情形,金屬線框或線圈里不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是( ) 圖10-1-2 解析:選A B、C、D均能產(chǎn)生感應(yīng)電流。 楞次定律 右手定則 [想一想] 用如圖10-1-3所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證楞次定律,當(dāng)條形磁鐵自上而下穿過(guò)固定的線圈時(shí),通過(guò)電流計(jì)的感應(yīng)電流方向是怎樣的。 圖10-1-3 提示:磁鐵磁感線的方向是從上到下,磁鐵穿過(guò)的過(guò)程中,磁通量向下先增加后減少,由楞次定律判斷知,磁通量向下增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙增加,方向向上,根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→G→b;磁通量向下減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)該向下,感應(yīng)電流方向?yàn)閎→G→a。 [記一記](méi) 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(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 (2)適用范圍:一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 2.右手定則 (1)內(nèi)容:伸開(kāi)右手,讓拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線垂直從手心進(jìn)入,并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向,這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。 (2)適用情況:導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流。 [試一試] 2.[多選]利用如圖10-1-4所示兩個(gè)裝置研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象。圖(甲)中,將電鍵S閉合以后,電流表指針由中央位置向左偏轉(zhuǎn);圖(乙)中,將線圈A和電流表串聯(lián)起來(lái),移動(dòng)條形磁鐵B或線圈A,仔細(xì)觀察電流表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。若發(fā)現(xiàn)電流表指針從中央向右側(cè)偏轉(zhuǎn),則以下判斷正確的是( ) 圖10-1-4 A.若靠近線圈一端的是N極,磁鐵正在遠(yuǎn)離線圈 B.若靠近線圈一端的是N極,線圈正在移近磁鐵 C.若靠近線圈一端的是S極,磁鐵正在移近線圈 D.若靠近線圈一端的是S極,線圈正在遠(yuǎn)離磁鐵 解析:選AC 由圖甲所示可知,將電鍵S閉合以后,電流從正接線柱流入電流表,電流表指針由中央位置向左偏轉(zhuǎn);若電流表指針從中央向右側(cè)偏轉(zhuǎn),則電流從負(fù)接線柱流入電流表;A項(xiàng),若靠近線圈一端的是N極,則穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)向下,磁鐵正在遠(yuǎn)離線圈,穿過(guò)線圈的磁通量減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表負(fù)接線柱流入電流表,指針向左偏轉(zhuǎn),故A正確;B項(xiàng),若靠近線圈一端的是N極,則穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)向下,磁鐵正移近線圈,穿過(guò)線圈的磁通量增加,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表正接線柱流入電流表,指針將向左偏轉(zhuǎn),故B錯(cuò)誤;C項(xiàng),若靠近線圈一端的是S,則穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)向上,磁鐵正在移近線圈,穿過(guò)線圈的磁通量增加,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表負(fù)接線柱流入電流表,指針向右偏轉(zhuǎn),故C正確;D項(xiàng),若靠近線圈一端的是S極,則穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)向上,磁鐵正在遠(yuǎn)離線圈,穿過(guò)線圈的磁通量減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流從電流表正接線柱流入電流表,指針向左偏轉(zhuǎn),故D錯(cuò)誤。 楞次定律的應(yīng)用 1.楞次定律中“阻礙”的含義 2.感應(yīng)電流方向判斷的兩種方法 方法一 用楞次定律判斷 方法二 用右手定則判斷 該方法適用于部分導(dǎo)體切割磁感線。判斷時(shí)注意掌心、四指、拇指的方向: (1)掌心——磁感線垂直穿入; (2)拇指——指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向; (3)四指——指向感應(yīng)電流的方向。 [例1] [多選]如圖10-1-5所示,磁場(chǎng)垂直于紙面,磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向均勻分布,水平方向非均勻分布。一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于O點(diǎn),將圓環(huán)拉至位置a后無(wú)初速釋放,在圓環(huán)從a擺向b的過(guò)程中( ) 圖10-1-5 A.感應(yīng)電流方向先逆時(shí)針后順時(shí)針再逆時(shí)針 B.感應(yīng)電流的方向一直是逆時(shí)針 C.安培力方向始終與速度方向相反 D.安培力方向始終沿水平方向 [解析] 圓環(huán)從位置a無(wú)初速釋放,在到達(dá)磁場(chǎng)分界線之前,穿過(guò)圓環(huán)向里的磁感線條數(shù)增加,根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針,圓環(huán)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)分界線之時(shí),穿過(guò)圓環(huán)向里的磁感線條數(shù)減少,根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針;圓環(huán)通過(guò)磁場(chǎng)分界線之后,穿過(guò)圓環(huán)向外的磁感線條數(shù)減少,根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針;因磁場(chǎng)在豎直方向分布均勻,圓環(huán)所受豎直方向的安培力平衡,故總的安培力沿水平方向。綜上所述,正確選項(xiàng)為A、D。 [答案] AD 對(duì)右手定則的理解和應(yīng)用 (1)利用右手定則判斷閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向。 常見(jiàn)的幾種切割情況: ①導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線; ②導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線; ③導(dǎo)體不動(dòng),磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),等效為磁場(chǎng)不動(dòng),導(dǎo)體反方向切割磁感線; ④應(yīng)用安培定則,確立感應(yīng)電流的方向。 (2)切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源,如果不能構(gòu)成閉合回路,其兩端的電壓就是電源電動(dòng)勢(shì);若構(gòu)成了閉合回路,有感應(yīng)電流產(chǎn)生,其兩端電壓是路端電壓。感應(yīng)電流在導(dǎo)體內(nèi)部從低電勢(shì)流向高電勢(shì)。 (3)楞次定律和右手定則的關(guān)系: ①?gòu)难芯繉?duì)象上說(shuō),楞次定律研究的是整個(gè)閉合回路,右手定則研究的是閉合電路的一部分導(dǎo)體,即一段導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。 ②從適用范圍上說(shuō),楞次定律可應(yīng)用于磁通量變化引起感應(yīng)電流的各種情況(包括一部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況),右手定則只適用于一段導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況。因此,右手定則是楞次定律的一種特殊情況。 [例2] 如圖10-1-6所示,水平地面上方有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)豎直向下,磁場(chǎng)垂直紙面向外。半圓形鋁框從直徑處于水平位置時(shí),沿豎直平面由靜止開(kāi)始下落。不計(jì)阻力,a、b兩端落到地面的次序是( ) 圖10-1-6 A.a(chǎn)先于b B.b先于a C.a(chǎn)、b同時(shí)落地 D.無(wú)法判定 [解析] 下落時(shí)雖然只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有安培力,但正電荷向a端運(yùn)動(dòng)、負(fù)電荷向右運(yùn)動(dòng),a端受電場(chǎng)力方向向下,加速度大,先落地。 [答案] A 閉合導(dǎo)體框在磁場(chǎng)中平動(dòng)切割磁感線,穿過(guò)導(dǎo)體框的磁通量沒(méi)有發(fā)生變化,不能產(chǎn)生感應(yīng)電流但仍能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 楞次定律、右手定則、左手定則、安培定則的綜合應(yīng)用 1.規(guī)律比較 基本現(xiàn)象 應(yīng)用的定則或定律 運(yùn)動(dòng)電荷、電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 安培定則 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流的作用力 左手定則 電磁 部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng) 右手定則 感應(yīng) 閉合回路磁通量的變化 楞次定律 2.應(yīng)用區(qū)別 關(guān)鍵是抓住因果關(guān)系: (1)因電而生磁(I→B)→安培定則; (2)因動(dòng)而生電(v、B→I)→右手定則; (3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則。 3.相互聯(lián)系 (1)應(yīng)用楞次定律,一般要用到安培定則; (2)研究感應(yīng)電流受到的安培力,一般先用右手定則確定電流方向,再用左手定則確定安培力的方向,有時(shí)也可以直接應(yīng)用楞次定律的推論確定。 [例3] [多選]如圖10-1-7所示,兩個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵芯上,線圈的繞向在圖中已經(jīng)標(biāo)出。左線圈連著平行導(dǎo)軌M和N,導(dǎo)軌電阻不計(jì),在導(dǎo)軌垂直方向上放著金屬棒ab,金屬棒處在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖10-1-7 A.當(dāng)金屬棒ab向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn),c點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn) B.當(dāng)金屬棒ab向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),c點(diǎn)與d點(diǎn)等電勢(shì) C.當(dāng)金屬棒ab向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),c點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn) D.當(dāng)金屬棒ab向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn),d點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn) [審題指導(dǎo)] 解答本題首先要明確磁場(chǎng)的方向,再假設(shè)能形成閉合電路,然后用右手定則判斷感應(yīng)電流的電流方向,從而判斷電勢(shì)的高低端。 [解析] 當(dāng)金屬棒向右勻速運(yùn)動(dòng)而切割磁感線時(shí),金屬棒產(chǎn)生恒定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由右手定則判斷電流方向由a→b。根據(jù)電流從電源(ab相當(dāng)于電源)正極流出沿外電路回到電源負(fù)極的特點(diǎn),可以判斷b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)。又左線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,則感應(yīng)電流也恒定,所以穿過(guò)右線圈的磁通量保持不變,不產(chǎn)生感應(yīng)電流。 當(dāng)ab向右做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),由右手定則可推斷φb>φa,電流沿逆時(shí)針?lè)较?。又由E=BLv可知ab導(dǎo)體兩端的E不斷增大,那么左邊電路中的感應(yīng)電流也不斷增大,由安培定則可判斷它在鐵芯中的磁感線方向是沿逆時(shí)針?lè)较虻模⑶覉?chǎng)強(qiáng)不斷增強(qiáng),所以右邊電路的線圈中的向上的磁通量不斷增加。由楞次定律可判斷右邊電路的感應(yīng)電流方向應(yīng)沿逆時(shí)針,而在右線圈組成的電路中,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)僅產(chǎn)生在繞在鐵芯上的那部分線圈上。把這個(gè)線圈看作電源,由于電流是從c沿內(nèi)電路(即右線圈)流向d,所以d點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)。 [答案] BD 楞次定律描述的是感應(yīng)電流與磁通量變化之間的關(guān)系,常用于判斷感應(yīng)電流的方向或其所受安培力的方向,一般有以下四種呈現(xiàn)方式: (1)阻礙原磁通量的變化,即“增反減同”。 (2)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng),即“來(lái)拒去留”。 (3)使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì),即“增縮減擴(kuò)”。 (4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象),即“增反減同”。 [典例] [多選]如圖10-1-8所示,光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合回路,一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)( ) 圖10-1-8 A.P、Q將相互靠攏 B.P、Q將相互遠(yuǎn)離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g [審題指導(dǎo)] 可以應(yīng)用楞次定律確定P、Q中的感應(yīng)電流的方向,再根據(jù)左手定則確定感應(yīng)電流受到的安培力來(lái)確定P、Q的運(yùn)動(dòng)方向,根據(jù)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的“阻礙”作用確定磁鐵的加速度。還可以根據(jù)楞次定律的一些結(jié)論直接解答。 [解析] 法一:設(shè)磁鐵下端為N極,如圖10-1-9所示,根據(jù)楞次定律可判斷出P、Q中的感應(yīng)電流方向,根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向??梢?jiàn),P、Q將互相靠攏。由于回路所受安培力的合力向下,由牛頓第三定律,磁鐵將受到向上的反作用力,從而加速度小于g。當(dāng)磁鐵下端為S極時(shí),根據(jù)類似的分析可得到相同的結(jié)果,所以,本題應(yīng)選A、D。 圖10-1-9 法二:根據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果,總要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因。本題中“原因”是回路中磁通 量的增加,歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路,“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近。所以,P、Q將互相靠近且磁鐵的加速度小于g,應(yīng)選A、D。 [答案] AD [題后悟道] 應(yīng)用楞次定律及其推論時(shí),要注意“阻礙”的具體含義 (1)從阻礙磁通量的變化理解為:當(dāng)磁通量增大時(shí),會(huì)阻礙磁通量增大,當(dāng)磁通量減小時(shí),會(huì)阻礙磁通量減小。 (2)從阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)理解為:阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)是“阻礙”的又一種體現(xiàn),表現(xiàn)在“近斥遠(yuǎn)吸,來(lái)拒去留”。 (3)從阻礙電流的變化(自感現(xiàn)象)理解為:阻礙電流的變化,增則反,減則同。 如圖10-1-10所示,導(dǎo)軌間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,當(dāng)導(dǎo)線MN在導(dǎo)軌上向右加速滑動(dòng)時(shí),正對(duì)電磁鐵A的圓形金屬環(huán)B中( ) 圖10-1-10 A.有感應(yīng)電流,且B被A吸引 B.無(wú)感應(yīng)電流 C.可能有,也可能沒(méi)有感應(yīng)電流 D.有感應(yīng)電流,且B被A排斥 解析:選D MN向右加速滑動(dòng),根據(jù)右手定則,MN中的電流方向從N→M,且大小在逐漸變大,根據(jù)安培定則知,電磁鐵A的左端為N極,且磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),根據(jù)楞次定律知,B環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的內(nèi)部磁場(chǎng)方向向右,B被A排斥。故D正確。 [隨堂鞏固落實(shí)] 1.(xx江西師大附中8月聯(lián)考)如圖10-1-11所示,豎直放置的條形磁鐵中央,有一閉合金屬?gòu)椥詧A環(huán),條形磁鐵中心線與彈性環(huán)軸線重合,現(xiàn)將彈性圓環(huán)均勻向外擴(kuò)大,下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖10-1-11 A.穿過(guò)彈性圓環(huán)的磁通量增大 B.從上往下看,彈性圓環(huán)中有順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 C.彈性圓環(huán)中無(wú)感應(yīng)電流 D.彈性圓環(huán)受到的安培力方向沿半徑向外 解析:選B 豎直向下穿過(guò)條形磁鐵的磁感線與磁鐵外部的磁感線形成閉合曲線,因此條形磁鐵內(nèi)外部磁感線的條數(shù)相等。當(dāng)圓環(huán)擴(kuò)大時(shí),向下的磁感線條數(shù)不變,向上的磁感線條數(shù)增加,故總的磁感線條數(shù)向下減少,由楞次定律知B對(duì)。 2.(xx蘇北聯(lián)考)如圖10-1-12所示,一條形磁鐵從左向右勻速穿過(guò)線圈,當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)A、B兩位置時(shí),線圈中( ) 圖10-1-12 A.感應(yīng)電流方向相同,感應(yīng)電流所受作用力的方向相同 B.感應(yīng)電流方向相反,感應(yīng)電流所受作用力的方向相反 C.感應(yīng)電流方向相反,感應(yīng)電流所受作用力的方向相同 D.感應(yīng)電流方向相同,感應(yīng)電流所受作用力的方向相反 解析:選C 當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)A位置時(shí),線圈中磁通量增大,由楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流從左向右看為順時(shí)針?lè)较?;?dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)B位置時(shí),線圈中磁通量減小,由楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流從左向右看為逆時(shí)針?lè)较颍袘?yīng)電流所受作用力的方向相同,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,C正確。 3.(xx寶安區(qū)模擬)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁沖擊鉆,其原理示意圖如圖10-1-13所示,若發(fā)現(xiàn)鉆頭M突然向右運(yùn)動(dòng),則可能是( ) 圖10-1-13 A.開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)到閉合的瞬間 B.開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的瞬間 C.保持開(kāi)關(guān)S閉合,變阻器滑片P加速向右滑動(dòng) D.保持開(kāi)關(guān)S閉合,變阻器滑片P勻速向右滑動(dòng) 解析:選A A項(xiàng),開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)到閉合的瞬間,穿過(guò)M的磁通量變大,為阻礙磁通量變大,鉆頭向右運(yùn)動(dòng),故A正確;B項(xiàng),開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的瞬間,穿過(guò)M的磁通量減小,為阻礙磁通量的減小,鉆頭向左運(yùn)動(dòng),不符合題意,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng),保持開(kāi)關(guān)S閉合,變阻器滑片P加速向右滑動(dòng),穿過(guò)M的磁通量減小,為阻礙磁通量減小,鉆頭向左運(yùn)動(dòng),不符合題意,故C錯(cuò)誤;D項(xiàng),保持開(kāi)關(guān)S閉合,變阻器滑片P勻速向右滑動(dòng),穿過(guò)M的磁通量減小,為阻礙磁通量減小,鉆頭向左運(yùn)動(dòng),不符合題意,故D錯(cuò)誤。 4.[多選](xx廣東七校聯(lián)考)如圖10-1-14所示,Ⅰ和Ⅱ是一對(duì)異名磁極,ab為放在其間的金屬棒。ab和cd用導(dǎo)線連成一個(gè)閉合回路。當(dāng)ab棒向左運(yùn)動(dòng)時(shí),cd導(dǎo)線受到向下的磁場(chǎng)力。則有( ) 圖10-1-14 A.由此可知d電勢(shì)高于c電勢(shì) B.由此可知Ⅰ是S極 C.由此可知Ⅰ是N極 D.當(dāng)cd棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),ab導(dǎo)線受到向左的磁場(chǎng)力 解析:選BD A項(xiàng),由左手定則可知,cd棒受到的安培力向下,所以cd棒中電流方向是:由c指向d,所以c點(diǎn)的電勢(shì)高于d點(diǎn)的電勢(shì),故A錯(cuò)誤;B、C項(xiàng),結(jié)合A的分析可知,ab中的電流由b流向a,ab棒向左運(yùn)動(dòng)時(shí),由右手定則可知,ab棒所處位置磁場(chǎng)方向:豎直向上,則Ⅰ是S極,Ⅱ是N極;故B正確,C錯(cuò)誤;D項(xiàng),當(dāng)cd棒向下運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)右手定則可知,在cd中產(chǎn)生的電流由d流向c,ab中由a流向b,所以根據(jù)左手定則可知ab導(dǎo)線受到向左的磁場(chǎng)力,故D正確。 5.(xx上海高考)為判斷線圈繞向,可將靈敏電流計(jì)G與線圈L連接,如圖10-1-15所示。已知線圈由a端開(kāi)始繞至b端,當(dāng)電流從電流計(jì)G左端流入時(shí),指針向左偏轉(zhuǎn)。 圖10-1-15 (1)將磁鐵N極向下從線圈上方豎直插入L時(shí),發(fā)現(xiàn)指針向左偏轉(zhuǎn)。俯視線圈,其繞向?yàn)開(kāi)_______(填:“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)。 (2)當(dāng)條形磁鐵從圖中的虛線位置向右遠(yuǎn)離L時(shí),指針向右偏轉(zhuǎn)。俯視線圈,其繞向?yàn)開(kāi)_______(填:“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)。 解析:(1)將磁鐵N極向下從線圈上方豎直插入L時(shí),發(fā)現(xiàn)指針向左偏轉(zhuǎn),說(shuō)明L中電流從b到a。根據(jù)楞次定律,L中應(yīng)該產(chǎn)生豎直向上的磁場(chǎng)。由安培定則可知,俯視線圈,電流為順時(shí)針?lè)较?,線圈其繞向?yàn)轫槙r(shí)針。 (2)當(dāng)條形磁鐵從圖中的虛線位置向右遠(yuǎn)離L時(shí),指針向右偏轉(zhuǎn),說(shuō)明L中電流從a到b。根據(jù)楞次定律,L中應(yīng)該產(chǎn)生豎直向上的磁場(chǎng)。由安培定則可知,俯視線圈,電流為逆時(shí)針?lè)较颍┮暰€圈,其繞向?yàn)槟鏁r(shí)針。 答案:(1)順時(shí)針 (2)逆時(shí)針 [課時(shí)跟蹤檢測(cè)] 高考??碱}型:選擇題+實(shí)驗(yàn)題+計(jì)算題 一、單項(xiàng)選擇題 1.(xx全國(guó)卷新課標(biāo)Ⅰ)在法拉第時(shí)代,下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中,能觀察到感應(yīng)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(nèi)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(gè)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 解析:選D 只形成閉合回路,回路中的磁通量不變化,不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,A、B、C錯(cuò)誤;給線圈通電或斷電瞬間,通過(guò)閉合回路的磁通量變化,會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,能觀察到電流表的變化,D正確。 2.(xx北京高考)物理課上,老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”。如圖1,她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開(kāi)關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來(lái)后,將一金屬套環(huán)置于線圈L上,且使鐵芯穿過(guò)套環(huán)。閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間,套環(huán)立刻跳起。某同學(xué)另找來(lái)器材再探究此實(shí)驗(yàn)。 他連接好電路,經(jīng)重復(fù)試驗(yàn),線圈上的套環(huán)均未動(dòng)。對(duì)比老師演示的實(shí)驗(yàn),下列四個(gè)選項(xiàng)中,導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是( ) 圖1 A.線圈接在了直流電源上 B.電源電壓過(guò)高 C.所選線圈的匝數(shù)過(guò)多 D.所用套環(huán)的材料與老師的不同 解析:選D 金屬套環(huán)跳起的原因是開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),套環(huán)上產(chǎn)生的感應(yīng)電流與通電線圈上的電流相互作用而引起的。無(wú)論實(shí)驗(yàn)用交流電還是直流電,閉合開(kāi)關(guān)S瞬間,金屬套環(huán)都會(huì)跳起。如果套環(huán)是塑料材料做的,則不能產(chǎn)生感應(yīng)電流,也就不會(huì)受安培力作用而跳起。所以答案是D。 3.如圖2,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(dāng)a繞O點(diǎn)在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí),b中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,且具有收縮趨勢(shì),由此可知,圓環(huán)a( ) 圖2 A.順時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) B.順時(shí)針減速旋轉(zhuǎn) C.逆時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) D.逆時(shí)針減速旋轉(zhuǎn) 解析:選B b中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,這是因?yàn)閎圓環(huán)中的向外的磁通量增大或向里的磁通量減小所致。討論時(shí)要注意a圓環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)有環(huán)內(nèi)與環(huán)外之分,但環(huán)內(nèi)磁感線的條數(shù)與環(huán)外磁感線條數(shù)相等。①要使b圓環(huán)中產(chǎn)生向外的磁通量增大,即a環(huán)內(nèi)產(chǎn)生向外的磁場(chǎng),且增大,故a圓環(huán)應(yīng)逆時(shí)針加速旋轉(zhuǎn),此時(shí)a、b兩環(huán)中為異向電流相互排斥,b圓環(huán)應(yīng)具有擴(kuò)張趨勢(shì),故C錯(cuò)。②要使b圓環(huán)中產(chǎn)生向里的磁通量減小,即a環(huán)內(nèi)產(chǎn)生向里的磁場(chǎng),且減小,故a圓環(huán)應(yīng)順時(shí)針減速旋轉(zhuǎn),此時(shí)a、b兩環(huán)中為同向電流相互吸引,b圓環(huán)應(yīng)具有收縮趨勢(shì),故B對(duì)。 4.(xx廣東高考)如圖3所示,上下開(kāi)口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置。小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放,并落至底部。則小磁塊( ) 圖3 A.在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng) B.在兩個(gè)下落過(guò)程中的機(jī)械能都守恒 C.在P中的下落時(shí)間比在Q中的長(zhǎng) D.落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大 解析:選C 小磁塊從銅管P中下落時(shí),P中的磁通量發(fā)生變化,P中產(chǎn)生感應(yīng)電流,給小磁塊一個(gè)向上的磁場(chǎng)力,阻礙小磁塊向下運(yùn)動(dòng),因此小磁塊在P中不是做自由落體運(yùn)動(dòng),而塑料管Q中不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,因此Q中小磁塊做自由落體運(yùn)動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;P中的小磁塊受到的磁場(chǎng)力對(duì)小磁塊做負(fù)功,機(jī)械能不守恒,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于在P中小磁塊下落的加速度小于g,而Q中小磁塊做自由落體運(yùn)動(dòng),因此從靜止開(kāi)始下落相同高度,在P中下落的時(shí)間比在Q中下落的時(shí)間長(zhǎng),C項(xiàng)正確;根據(jù)動(dòng)能定理可知,落到底部時(shí)在P中的速度比在Q中的速度小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 5.(xx江蘇徐州摸底)如圖4所示,長(zhǎng)直導(dǎo)線與矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi),直導(dǎo)線中通有圖示方向電流。當(dāng)電流逐漸減弱時(shí),下列說(shuō)法正確的是( ) 圖4 A.穿過(guò)線框的磁通量不變 B.線框中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 C.線框中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流 D.線框所受安培力的合力向右 解析:選B 根據(jù)右手螺旋定則,穿過(guò)線框的磁感線垂直于紙面向里,當(dāng)電流逐漸減弱時(shí),電流周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,穿過(guò)線框的磁通量減小,再根據(jù)楞次定律,為了阻礙磁通量的“減小”,線框中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,同時(shí),線框具有水平向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),即線框所受安培力的合力向左,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤,B正確。 二、多項(xiàng)選擇題 6.(xx 淮安模擬)如圖5所示,“U”形金屬框架固定在水平面上,金屬桿ab與框架間無(wú)摩擦,整個(gè)裝置處于豎直方向的磁場(chǎng)中。若因磁場(chǎng)的變化,使桿ab向右運(yùn)動(dòng),則磁感應(yīng)強(qiáng)度( ) 圖5 A.方向向下并減小 B.方向向下并增大 C.方向向上并增大 D.方向向上并減小 解析:選AD 因磁場(chǎng)變化,發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,桿ab中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,而使桿ab受到磁場(chǎng)力的作用,并發(fā)生向右運(yùn)動(dòng)。ab向右運(yùn)動(dòng),使得閉合回路中磁通量有增加的趨勢(shì),說(shuō)明原磁場(chǎng)的磁通量必定減弱,即磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小,與方向向上、向下無(wú)關(guān)。故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。 7.如圖6(a),圓形線圈P靜止在水平桌面上,其正上方懸掛一相同的線圈Q、P和Q共軸,Q中通有變化電流,電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖(b)所示。P所受的重力為G,桌面對(duì)P的支持力為N,則( ) 圖6 A.t1時(shí)刻N(yùn)>G B.t2時(shí)刻N(yùn)>G C.t3時(shí)刻N(yùn)<G D.t4時(shí)刻N(yùn)=G 解析:選AD t1時(shí)刻Q中電流正在增大,穿過(guò)P環(huán)中的磁通量正在增大,為了阻礙該磁通量的增大,P中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)必與之相反,因而兩者有排斥作用,使得P對(duì)桌面的壓力大于重力;t2、t4時(shí)刻Q中的電流不變,則穿過(guò)P環(huán)的磁通量不變化,因而沒(méi)有感應(yīng)電流,那么P環(huán)對(duì)桌面的壓力等于重力;t3時(shí)刻P環(huán)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,但此時(shí)Q環(huán)中的電流為零,因而兩者之間無(wú)作用力,故P對(duì)桌面的壓力等于重力。 8.如圖7所示,AOC是光滑的金屬軌道,AO沿豎直方向,OC沿水平方向,PQ是一根金屬直桿,如圖所示立在導(dǎo)軌上,直桿從圖示位置由靜止開(kāi)始在重力作用下運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中Q端始終在OC上,空間存在著垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則在PQ桿滑動(dòng)的過(guò)程中,下列判斷正確的是( ) 圖7 A.感應(yīng)電流的方向始終是由P→Q B.感應(yīng)電流的方向先是由P→Q,后是由Q→P C.PQ受磁場(chǎng)力的方向垂直桿向左 D.PQ受磁場(chǎng)力的方向先垂直于桿向左,后垂直于桿向右 解析:選BD 在PQ桿滑動(dòng)的過(guò)程中,桿與導(dǎo)軌所圍成的三角形面積先增大后減小,三角形POQ內(nèi)的磁通量先增大后減小,由楞次定律可判斷B項(xiàng)對(duì);再由PQ中電流方向及左手定則可判斷D項(xiàng)對(duì)。 三、實(shí)驗(yàn)題 9.如圖8是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置圖,結(jié)合圖片,請(qǐng)說(shuō)出能產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種做法(至少三種)。 圖8 (1)________________________________________________________________________; (2)________________________________________________________________________; (3)________________________________________________________________________。 解析:只要讓穿過(guò)B線圈中的磁通量發(fā)生變化,B環(huán)中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,可以使用的方法如:斷開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)瞬間;保持開(kāi)關(guān)接通,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值;保持開(kāi)關(guān)接通,讓A線圈遠(yuǎn)離或者接近B線圈;以上做法均可以觀察到感應(yīng)電流。 答案:見(jiàn)解析 四、計(jì)算題 10.如圖9所示,固定于水平面上的金屬架CDEF處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)。t=0時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0,此時(shí)MN到達(dá)的位置使MDEN構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形。為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,從t=0開(kāi)始,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系式。 圖9 解析:要使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,應(yīng)使穿過(guò)線圈平面的磁通量不發(fā)生變化 在t=0時(shí)刻,穿過(guò)線圈平面的磁通量 Φ1=B0S=B0l2 設(shè)t時(shí)刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,此時(shí)磁通量為 Φ2=Bl(l+vt) 由Φ1=Φ2得B= 答案:B= 11.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅存在于邊長(zhǎng)為2l的正方形范圍內(nèi),有一個(gè)電阻為R、邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框abcd,沿垂直于磁感線方向,以速度v勻速通過(guò)磁場(chǎng),如圖10所示,從ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),到線框離開(kāi)磁場(chǎng)為止。 圖10 (1)畫出穿過(guò)線框的磁通量隨時(shí)間變化的圖象。 (2)判斷線框中有無(wú)感應(yīng)電流。若有,答出感應(yīng)電流的方向。 解析:(1)進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中磁通量均勻地增加,完全進(jìn)入以后磁通量不變,之后磁通量均勻減小,如圖所示。 (2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,磁通量增加,由楞次定律得電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍痪€框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段,磁通量不變,無(wú)感應(yīng)電流;線框離開(kāi)磁場(chǎng)階段,磁通量減小,由楞次定律得電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉? 答案:見(jiàn)解析 第2單元法拉第電磁感應(yīng)定律__自感和渦流 法拉第電磁感應(yīng)定律 [想一想] 如圖10-2-1所示,A、B兩個(gè)閉合線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)都為10匝,半徑RA=2RB,圖示區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則A、B線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比和線圈中的感應(yīng)電流之比分別為多少? 圖10-2-1 提示:A、B兩環(huán)中磁通量變化率相同,線圈匝數(shù)相同,由E=n可得EA∶EB=1∶1,又因?yàn)镽=ρ,故RA∶RB=2∶1,所以IA∶IB=1∶2。 [記一記](méi) 1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)定義:在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。 (2)產(chǎn)生條件:穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生改變,與電路是否閉合無(wú)關(guān)。 (3)方向判斷:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用楞次定律或右手定則判斷。 2.法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,跟穿過(guò)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)。 [試一試] 1.(xx江蘇高考)如圖10-2-2所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且一半處在磁場(chǎng)中。在Δt時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B。在此過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為( ) 圖10-2-2 A. B. C. D. 解析:選B 磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率==,法拉第電磁感應(yīng)定律公式可寫成E=n=nS,其中磁場(chǎng)中的有效面積S=a2,代入得E=n,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算 [想一想] 如圖10-2-3所示,當(dāng)導(dǎo)體棒在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi),其一端為軸, 以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少? 圖10-2-3 提示:棒在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ=ωt, 掃過(guò)的面積S=llθ=l2ωt, 對(duì)應(yīng)的磁通量Φ=BS=Bl2ωt, 則棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E==Bl2ω。 另外:由E=Bl,又=ωl, 可得E=Bl2ω。 [記一記](méi) 切割方式 電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式 說(shuō)明 垂直切割 E=Blv ①導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)方向垂直 ②磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng) 傾斜切割 E=Blvsin_θ 其中θ為v與 B的夾角 旋轉(zhuǎn)切割 (以一端為軸) E=Bl2ω [試一試] 2.如圖10-2-4所示,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v0拋出。設(shè)在整個(gè)過(guò)程中,棒的取向不變且不計(jì)空氣阻力,則在金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小變化情況是( ) 圖10-2-4 A.越來(lái)越大 B.越來(lái)越小 C.保持不變 D.無(wú)法判斷 解析:選C 金屬棒水平拋出后,在垂直于磁場(chǎng)方向上的速度不變,由E=BLv可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不變。C項(xiàng)正確。 自感 渦流 [想一想] 如圖10-2-5所示,開(kāi)關(guān)S閉合且回路中電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí),小燈泡A能正常發(fā)光,L為自感線圈,則當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合或斷開(kāi)時(shí),小燈泡的亮暗變化情況是怎樣的? 圖10-2-5 提示:開(kāi)關(guān)閉合時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大,所以燈慢慢變亮;開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),自感線圈的電流從有變?yōu)榱?,線圈將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),但由于線圈L與燈A不能構(gòu)成閉合回路,所以燈立即熄滅。 [記一記](méi) 1.互感現(xiàn)象 兩個(gè)互相靠近的線圈,當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí),它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。 2.自感現(xiàn)象 (1)定義:由于通過(guò)導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 (2)自感電動(dòng)勢(shì): ①定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 ②表達(dá)式:E=L。 ③自感系數(shù)L: 相關(guān)因素:與線圈的大小、形狀、圈數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)。 單位:亨利(H),1 mH=10-3 H,1 μH=10-6 H。 3.渦流 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),在它附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流像水的旋渦,所以叫渦流。 (1)電磁阻尼:當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。 (2)電磁驅(qū)動(dòng):如果磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)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(yùn)動(dòng)起來(lái)。 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。 [試一試] 3.在圖10-2-6所示的電路中,兩個(gè)靈敏電流表G1和G2的零點(diǎn)都在刻度盤中央,當(dāng)電流從“+”接線柱流入時(shí),指針向右擺;電流從“-”接線柱流入時(shí),指針向左擺。在電路接通后再斷開(kāi)的瞬間,下列說(shuō)法中符合實(shí)際情況的是( ) 圖10-2-6 A.G1表指針向左擺,G2表指針向右擺 B.G1表指針向右擺,G2表指針向左擺 C.G1、G2表的指針都向左擺 D.G1、G2表的指針都向右擺 解析:選B 電路接通后線圈中電流方向向右,當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí),線圈中電流減小,產(chǎn)生與原方向相同的自感電動(dòng)勢(shì),與G2和電阻組成閉合回路,所以G1中電流方向向右,G2中電流方向向左,即G1指針向右擺,G2指針向左擺。B項(xiàng)正確。 法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 1.磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ、磁通量的變化率的比較 項(xiàng)目 磁通量Φ 磁通量的 變化量ΔΦ 磁通量的 變化率 意義 某時(shí)刻穿過(guò)某個(gè)面的磁感線的條數(shù) 某段時(shí)間內(nèi)穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化多少 穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化的快慢 大小 Φ=BScos θ ΔΦ=Φ2-Φ1 ΔΦ=BΔS ΔΦ=SΔB =B或 =S 注意 若有相反方向磁場(chǎng),磁通量可能抵消 轉(zhuǎn)過(guò)180前后穿過(guò)平面的磁通量是一正一負(fù),ΔΦ=2BS,而不是零 既不表示磁通量的大小,也不表示變化的多少。實(shí)際上,它就是單匝線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即E= 2.感應(yīng)電荷量的求解 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,既然有電流通過(guò)電路,那么就會(huì)有電荷通過(guò),由電流的定義可得I=,故q=IΔt,式中I為感應(yīng)電流的平均值。由閉合電路的歐姆定律和法拉第電磁感應(yīng)定律得I==n。式中R為電磁感應(yīng)閉合電路的總電阻。聯(lián)立解得q=n,可見(jiàn),感應(yīng)電荷量q僅由磁通量的變化量ΔΦ和電路的總電阻R決定。 [例1] 如圖10-2-7甲所示,一個(gè)電阻值為R,匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路。線圈的半徑為r1。在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0,導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求0至t1時(shí)間內(nèi): 圖10-2-7 (1)通過(guò)電阻R1上的電流大小和方向; (2)通過(guò)電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。 [審題指導(dǎo)] [解析] (1)根據(jù)楞次定律可知,通過(guò)R1的電流方向?yàn)橛蒪到a。 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得線圈中的電動(dòng)勢(shì)為 E=n= 根據(jù)閉合電路歐姆定律得通過(guò)R1的電流為 I==。 (2)通過(guò)R1的電荷量q=It1=, R1上產(chǎn)生的熱量Q=I2R1t1=。 [答案] (1) 方向由b到a (2) 法拉第電磁感應(yīng)定律的規(guī)范應(yīng)用 (1)一般解題步驟: ①分析穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)方向及磁通量的變化情況; ②利用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向; ③靈活選擇法拉第電磁感應(yīng)定律的不同表達(dá)形式列方程求解。 (2)應(yīng)注意的問(wèn)題: ①用公式E=nS求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),S為線圈在磁場(chǎng)范圍內(nèi)的有效面積,在B-t圖象中為圖線的斜率。 ②通過(guò)回路的電荷量q僅與n、ΔΦ和回路電阻R有關(guān),與變化過(guò)程所用的時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān),推導(dǎo)過(guò)程:q=Δt=Δt=。 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1.導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線 對(duì)于導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式E=Blv,應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解和掌握。 (1)正交性 本公式是在一定條件下得出的,除了磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng),還需B、l、v三者相互垂直。實(shí)際問(wèn)題中當(dāng)它們不相互垂直時(shí),應(yīng)取垂直的分量進(jìn)行計(jì)算,公式可為E=Blvsin θ,θ為B與v方向間的夾角。 (2)平均性 導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線時(shí),若v為平均速度,則E為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即=Bl。 (3)瞬時(shí)性 若v為瞬時(shí)速度,則E為相應(yīng)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 (4)有效性 公式中的l為有效切割長(zhǎng)度,即導(dǎo)體與v垂直的方向上的投影長(zhǎng)度。圖10-2-8中有效長(zhǎng)度分別為: 圖10-2-8 甲圖:l=cdsin β(容易錯(cuò)算成l=absin β)。 乙圖:沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí),l=MN; 沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí),l=0。 丙圖:沿v1方向運(yùn)動(dòng)時(shí),l=R; 沿v2方向運(yùn)動(dòng)時(shí),l=0; 沿v3方向運(yùn)動(dòng)時(shí),l=R。 (5)相對(duì)性 E=Blv中的速度v是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度,若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。 2.導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線 當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi),繞一端以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Bl=Bl2ω,如圖10-2-9所示。 圖10-2-9 [例2] 在范圍足夠大,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,寬度為L(zhǎng)=0.4 m,如圖10-2-10所示,框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1 Ω的金屬桿cd,框架電阻不計(jì)。若桿cd以恒定加速度a=2 m/s2,由靜止開(kāi)始做勻變速運(yùn)動(dòng),求: 圖10-2-10 (1)在5 s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì); (2)第5 s末回路中的電流; (3)第5 s末作用在桿cd上的水平外力。 [審題指導(dǎo)] 5 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用公式E=BL計(jì)算,第5 s末的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)用公式E=BLv計(jì)算。 [解析] (1)5 s內(nèi)的位移s=at2=25 m 5 s內(nèi)的平均速度==5 m/s (也可用=求解) 故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)=BL=0.4 V。 (2)第5 s末:v=at=10 m/s 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=BLv 則回路中的電流為:I=== A=0.8 A。 (3)桿cd勻加速運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律得:F-F安=ma 即F=BIL+ma=0.164 N。 [答案] (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N 通電自感與斷電自感的比較 比較項(xiàng)目 通電自感 斷電自感 電路圖 器材要求 A1、A2同規(guī)格, R=RL,L較大 L很大(有鐵芯) 現(xiàn)象 在S閉合瞬間,燈A2立即亮起來(lái),燈A1逐漸變亮,最終和A2一樣亮 在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),燈A漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅 原因 由于開(kāi)關(guān)閉合時(shí),流過(guò)電感線圈的電流迅速增大,線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙了電流的增大,使流過(guò)燈A1的電流比流過(guò)燈A2的電流增加得慢 S斷開(kāi)時(shí),線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙了電流的減小,使電流繼續(xù)存在一段時(shí)間;燈A中電流反向不會(huì)立即熄滅。若RL- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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