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1、專題11 電磁感應(yīng)
【高考命題熱點】主要考查有關(guān)右手定則、楞次定律和感應(yīng)電動勢計算(法拉第電磁感應(yīng)定律、)的應(yīng)用型圖像問題和綜合型大題。
【知識清單】
1. 磁通量
(1)定義:穿過磁場中某一平面的磁感線條數(shù)即為該面積的磁通量,簡稱磁通,單位韋伯(Wb);
(2)計算:
其中為與的夾角,為垂直于方向上的投影面積(有效面積或正對面積)。
當(dāng)時, (勻強(qiáng)磁場且)
高中階段掌握垂直情況即可,即(勻強(qiáng)磁場且)
2、
(3)方向性
磁通量正向穿過某平面和反向穿過該平面,磁通量正負(fù)關(guān)系不同,求合磁通時注意相互
抵消后剩余的磁通量。
(4)磁通量的變化
2. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生條件
(1)感應(yīng)電流:閉合電路的磁通量發(fā)生改變,即電路閉合且存在;
(2)感應(yīng)電動勢:只要電路磁通量發(fā)生變化即可,即部分電路或?qū)w充當(dāng)電源。
3. 判斷感應(yīng)電流方向的方法
(1)右手定則:讓磁感線垂直穿過手掌心,大拇指方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向相同,則四指所
由右手定則可判定導(dǎo)體棒中電流方向為,導(dǎo)體棒充當(dāng)電源,電源內(nèi)部電流方向:負(fù)極→正極;電源外部電流
3、方向:正極→負(fù)極,形成閉合回路。即端為正極,端為負(fù)極;由左手定則可知導(dǎo)體棒所受安培力方向水平向左(假設(shè)水平導(dǎo)軌光滑)。
指方向即為感應(yīng)電流的方向。
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(2)
4、楞次定律
①表述一:感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化;
注:a、“增反減同”(磁通量增大時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相反;磁通
量減小時,感應(yīng)電流磁場方向與原磁場方向相同);
b、阻礙并非阻止,電路中磁通量還是在變化,阻礙只是延緩其變化;
c、楞次定律的實質(zhì):能量轉(zhuǎn)化與守恒機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能(上圖中導(dǎo)體棒通
過切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,即動能減少轉(zhuǎn)化為電能);
d、用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向:明確原磁場方向回路“增反減同”
感應(yīng)電流磁場方向感
5、應(yīng)電流方向
②表述二:感應(yīng)電流的效果就是反抗引起感應(yīng)電流的原因(相對運(yùn)動或回路形變)。
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6、
即從以上兩圖中分析易知:導(dǎo)體棒運(yùn)動時均受到與運(yùn)動方向相反的安培力來阻礙
磁通量的變化,即阻礙相對運(yùn)動,具體表現(xiàn)為“來時拒,去時留”。
4. 法拉第電磁感應(yīng)定律:電磁感應(yīng)中線圈里的感應(yīng)電動勢與線圈磁通量變化率成正比。
即,其中:線圈匝數(shù);:磁通量變化率。
5. 感應(yīng)電動勢的計算:
(1)(法拉第電磁感應(yīng)定律)
(2) (導(dǎo)體棒切割磁感線,且B、L、互相兩兩垂直,電流方向用右手定則或
楞次定律判定)
(3) (導(dǎo)體棒一端為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動)
(導(dǎo)體棒中點為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動)
7、(導(dǎo)體棒上某點為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動,且)
磁場對電流作用:安培力(方向用左手定則判斷)
即
求一段時間內(nèi)流過某負(fù)載的電荷量: (其中)
答案
P40
熱點突破提升練十一
1.在法拉第時代,下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中,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)上的兩個線圈,分別接電源和電流表,在
8、給線圈通電或斷電的瞬間,觀察電流表的變化
2.如圖所示,勻強(qiáng)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(qiáng)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( )
A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時針方向
B.Ea∶Eb=4∶1,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
3.如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直,且一半處在磁場中.在Δt時間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均
9、勻地增大到2B.在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為( )
A. B. C. D.
4.如圖,直角三角形金屬框abc放置的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)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abca
C.Ubc=-Bl2ω,金屬框中無電流
D.Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿acba
5.如圖所示,螺線管與電阻R相連,磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放,向下穿過螺線管,下
10、列說法正確的是( )
A.磁鐵剛離開螺線管時的加速度小于重力加速度
B.通過電阻的電流先由a到b,后由b到a
C.磁鐵減少的重力勢能等于回路產(chǎn)生的熱量
D.a(chǎn)的電勢始終高于b的電勢
6.空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場,將一個不會變形的單匝金屬圓線圈放入該磁場中,規(guī)定圖甲所示的線圈中的電流方向為正。當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t按圖乙所示的規(guī)律變化時,能正確表示線圈中感應(yīng)電流隨時間變化的圖線是( )
7.如圖甲所示,矩形線圈abcd固定于方向相反的兩個磁場中,兩磁場的分界線OO′恰好把線圈分成對稱的左右兩部分,兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示,規(guī)定磁場垂直紙面向內(nèi)為
11、正,線圈中感應(yīng)電流逆時針方向為正。則線圈感應(yīng)電流隨時間的變化圖象為( )
8.如圖甲所示,左側(cè)接有定值電阻R=2 Ω的水平粗糙導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,導(dǎo)軌間距L=1 m。一質(zhì)量m=2 kg,阻值r=2 Ω的金屬棒在水平拉力F作用下由靜止開始從CD處沿導(dǎo)軌向右加速運(yùn)動,金屬棒的v-x圖象如圖乙所示,若金屬棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)μ=0.25,則從起點發(fā)生x=1 m位移的過程中(g=10 m/s2)( )
A.金屬棒克服安培力做的功W1=0.5 J
B.金屬棒克服摩擦力做的功W2=4 J
C.整個系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量Q=4.25 J
D.拉力做的功
12、W=9.25 J
9. 如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與磁場垂直。
金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)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(nèi),線框與導(dǎo)軌共面?,F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動,在運(yùn)動開始的瞬間,關(guān)于感應(yīng)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
10. 兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻
為
13、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(a)所示。已知
導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)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( )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T
B.導(dǎo)線框運(yùn)動速度的大小為0.5m/s
C.磁感應(yīng)強(qiáng)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
11. 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
14、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左右振動的衰減最有效的方案是( )
12.(多選)在如圖甲所示的電路中,電阻R1=R2=2R,圓形金屬線圈半徑為r1,線圈導(dǎo)線的電阻為R,半徑為r2(r2
15、容器下極板帶正電
C.線圈兩端的電壓為 D.線圈兩端的電壓為
13.(多選)如圖所示,固定在絕緣水平面上的光滑平行金屬導(dǎo)軌,間距為L,右端接有阻值為R的電阻,空間存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量為m、電阻為2R的導(dǎo)體棒ab與固定絕緣彈簧相連,放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌接觸良好。初始時刻,彈簧處于自然長度。給導(dǎo)體棒水平向右的初速度v0,導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動一段時間后靜止,不計導(dǎo)軌電阻,下列說法中正確的是( )
A.導(dǎo)體棒每次向右運(yùn)動的過程中受到的安培力均逐漸減小
B.導(dǎo)體棒速度為v0時其兩端的電壓為BLv0
C.導(dǎo)體棒開始運(yùn)動后速度第一次為零時,彈簧的彈性勢能
16、為mv
D.在金屬棒整個運(yùn)動過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為mv
14.(多選)如圖兩根足夠長光滑平行金屬導(dǎo)軌PP′、QQ′傾斜放置,勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向上,導(dǎo)軌的上端與水平放置的兩金屬板M、N相連,板間距離足夠大,板間有一帶電微粒,金屬棒ab水平跨放在導(dǎo)軌上,下滑過程中與導(dǎo)軌接觸良好。現(xiàn)在同時由靜止釋放帶電微粒和金屬棒ab,則( )
A.金屬棒ab一直加速下滑
B.金屬棒ab最終可能勻速下滑
C.金屬棒ab下滑過程中M板電勢高于N板電勢
D.帶電微??赡芟认騈板運(yùn)動后向M板運(yùn)動
15.(多選)如圖所示,兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,底端接電阻R,輕彈簧上端固定,下端懸掛質(zhì)量為m的金屬棒,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好。除電阻R外,其余電阻不計。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直導(dǎo)軌所在平面。靜止時金屬棒位于A處,此時彈簧的伸長量為Δl,彈性勢能為Ep。重力加速度大小為g。將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放,金屬棒在運(yùn)動過程中始終保持水平,則( )
A.當(dāng)金屬棒的速度最大時,彈簧的伸長量為Δl
B.電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于mgΔl-Ep
C.金屬棒第一次到達(dá)A處時,其加速度方向向下
D.金屬棒第一次下降過程通過電阻R的電荷量比第一次上升過程的多