考點(diǎn)11 電磁感應(yīng)

1、考點(diǎn)11 電磁感應(yīng)一、選擇題1. （2012·新課標(biāo)全國(guó)卷·T19）如圖，均勻磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合；磁場(chǎng)方向垂直于半圓面（紙面）向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.使該線框從靜止開(kāi)始繞過(guò)圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過(guò)程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為 ( ) A. B. C. D. 【解題指南】分別求出導(dǎo)線框以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電流大小的表達(dá)式和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化時(shí)電流大小的表達(dá)式，建立等式求

2、解的大小. 【解析】選C. 設(shè)導(dǎo)線框半徑為,導(dǎo)線框以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電流大小為：；導(dǎo)線框中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化時(shí)產(chǎn)生的電流大小為：，因?yàn)镮1=I2，所以，故選項(xiàng)C正確.2. （2012·新課標(biāo)全國(guó)卷·T20）如圖，一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線和一矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長(zhǎng)直導(dǎo)線右側(cè)，且其長(zhǎng)邊與長(zhǎng)直導(dǎo)線平行.已知在t=0到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi)，直導(dǎo)線中電流i發(fā)生某種變化，而線框中感應(yīng)電流總是沿順時(shí)針?lè)较?；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.設(shè)電流i正方向與圖中箭頭方向相同，則i隨時(shí)間t變化的圖線可能是 ( ) 【解題指南】解答本題可按以下思路分析：判斷線框處

3、磁場(chǎng)方向利用楞次定律分析線框電流判斷符合線框中的電流方向的選項(xiàng)【解析】選A.分析A圖,如圖甲所示,在0t2時(shí)間內(nèi),直導(dǎo)線中的電流在線框處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,由楞次定律可知此過(guò)程中線框中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?由左手定則可判斷出線框的左邊所受安培力較大,方向向左,線框的右邊所受安培力較小,方向向右,線框所受合力方向向左,如圖乙所示.在t2t1時(shí)間內(nèi),直導(dǎo)線中的電流在線框處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,由楞次定律可知此過(guò)程中線框中的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?由左手定則可判斷出線框的左邊所受安培力較大,方向向右,線框的右邊所受安培力較小,方向向左,線框所受合力方向向右,如圖丙所示.故選

4、項(xiàng)A正確,B、C、D錯(cuò)誤.3.(2012·北京理綜·T19)物理課上,老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”.如圖,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() 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【解題指南】解答本題可按以下思路分析：閉合開(kāi)關(guān)穿過(guò)環(huán)的磁通量增加環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力環(huán)向上

5、跳起【解析】選D.無(wú)論是接到直流電源還是交流電源,在開(kāi)關(guān)閉合的瞬間,穿過(guò)線圈的磁通量都是增加的,因此,環(huán)跳起與否跟線圈接在了交流電源還是直流電源上無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤;電源電壓越高,線圈匝數(shù)越多,開(kāi)關(guān)閉合的瞬間磁場(chǎng)越強(qiáng),越有利于環(huán)的跳起,B、C錯(cuò)誤;如果環(huán)的質(zhì)量過(guò)大或者導(dǎo)電性能太差都會(huì)使得環(huán)受到的安培力小于環(huán)的重力,環(huán)就不會(huì)跳起,D正確.4.（2012.山東理綜T14）以下敘述正確的是()A.法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.慣性是物體的固有屬性,速度大的物體慣性一定大C.牛頓最早通過(guò)理想斜面實(shí)驗(yàn)得出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因D.感應(yīng)電流遵從楞次定律所描述的方向,這是能量守恒定律的必然結(jié)果【解題指南】解答本題

6、應(yīng)把握以下三點(diǎn):(1)熟悉有關(guān)電磁感應(yīng)和理想斜面實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)史內(nèi)容.(2)知道慣性的大小與什么因素有關(guān).(3)深刻理解能量守恒定律的內(nèi)涵.【解析】選A、D.1831年,法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,得出了磁生電的基本原理,A正確;質(zhì)量是衡量物體慣性大小的惟一因素,速度大的物體慣性不一定大,B錯(cuò)誤;伽利略最早通過(guò)理想斜面實(shí)驗(yàn)得出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,C錯(cuò)誤;利用楞次定律能判斷感應(yīng)電流的方向,電磁感應(yīng)現(xiàn)象是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程,遵守能量守恒定律,D正確.5.（2012.山東理綜T20）如圖所示,相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為,上端接有定值電阻R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直

7、于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放,當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力,并保持拉力的功率恒為P,導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻,重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是()A.P=2mgvsinB.P=3mgvsinC.當(dāng)導(dǎo)體棒速度達(dá)到時(shí)加速度大小為D.在速度達(dá)到2v以后勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力所做的功【解題指南】根據(jù)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況,對(duì)導(dǎo)體棒正確受力分析,結(jié)合安培力的知識(shí),利用能量守恒定律求功率,分析焦耳熱;利用牛頓第二定律求加速度a.【解析】選A、C.當(dāng)導(dǎo)體棒以速度v勻速

8、運(yùn)動(dòng)時(shí)：，當(dāng)導(dǎo)體棒以速度2v勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)：，聯(lián)立解得：P=2mgvsin，A對(duì)，B錯(cuò)；當(dāng)導(dǎo)體棒速度達(dá)到時(shí)，由牛頓第二定律得：mgsin- ，聯(lián)立 解得：,C對(duì)；當(dāng)速度達(dá)到2v以后勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力和重力所做的功之和，D錯(cuò).6.（2012·福建理綜·T18）如圖甲,一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開(kāi)始下落,穿過(guò)一根豎直懸掛的條形磁鐵,銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸線始終保持重合.若取磁鐵中心O為坐標(biāo)原點(diǎn),建立豎直向下為正方向的x軸,則圖乙中最能正確反映環(huán)中感應(yīng)電流i隨環(huán)心位置坐標(biāo)x變化的關(guān)系圖象是()【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)明確以下三點(diǎn)：（1）條形磁鐵周圍磁感

9、線分布特點(diǎn)（2）公式中B與v相互垂直（3）感應(yīng)電流方向可用右手定則或楞次定律判斷【解析】選B.閉合銅環(huán)下落過(guò)程的側(cè)視圖如圖所示, 據(jù)右手定則或楞次定律可知閉合銅環(huán)在原點(diǎn)O上方和下方時(shí)電流方向相反,D錯(cuò).閉合銅環(huán)從位置到位置過(guò)程電動(dòng)勢(shì)E變大,位置速度與磁感線平行,E=0,閉合銅環(huán)下落過(guò)程加速運(yùn)動(dòng),且在原點(diǎn)O下方速度較大,電動(dòng)勢(shì)E的最大值比上方E的最大值大,A、C錯(cuò),B對(duì). 7.（2012·海南單科·T5）如圖，一質(zhì)量為m的條形磁鐵用細(xì)線懸掛在天花板上，細(xì)線從一水平金屬圓環(huán)中穿過(guò)?，F(xiàn)將環(huán)從位置釋放，環(huán)經(jīng)過(guò)磁鐵到達(dá)位置。設(shè)環(huán)經(jīng)過(guò)磁鐵上端和下端附近時(shí)細(xì)線的張力分別為T1和T2，重力

10、加速度大小為g，則 ( )AT1T2，T2mg BT1<T2，T2<mgC. T1mg，T2<mg D. T1<mg，T2mg【解題指南】感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化；阻礙的結(jié)果實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化。【解析】選A.無(wú)論環(huán)經(jīng)過(guò)磁鐵上端還是下端，通過(guò)環(huán)的磁通量變化，環(huán)里感應(yīng)出電流，環(huán)受到向上的阻力，對(duì)環(huán)做負(fù)功，使環(huán)的機(jī)械能減小，電能增加，根據(jù)牛頓第三定律，環(huán)對(duì)磁鐵有向下的作用力，細(xì)線的拉力大于磁鐵重力，選項(xiàng)A正確，其它選項(xiàng)錯(cuò)誤.二、計(jì)算題1. （2012·天津理綜·T11）如圖所示,一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距

11、=0.5m,左端接有阻值R=0.3的電阻.一質(zhì)量m=0.1kg,電阻r=0.1的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上,整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T.棒在水平向右的外力作用下,由靜止開(kāi)始以的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)棒的位移x=9m時(shí)撤去外力,棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái),已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q2=21.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì),棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,通過(guò)電阻R的電荷量q; (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2;(3)外力做的功WF.【解題指南】解答本題時(shí)要注意以下三點(diǎn)：（1） 求通過(guò)電阻的電荷量時(shí)要

12、用到電流的平均值（2） 求焦耳熱Q時(shí)，要利用功能關(guān)系，本題不適合用焦耳定律求焦耳熱（3） 外力F做的功等于回路產(chǎn)生的焦耳熱【解析】（1）棒勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，回路的磁通量變化量為： 由法拉第電磁感應(yīng)定律得，回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 由閉合電路歐姆定律得，回路中的平均電流為： 則通過(guò)電阻R的電荷量為： 由以上各式聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)解得：q=4.5C （2）設(shè)撤去外力時(shí)棒的速度為：則由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得： 由動(dòng)能定理得，棒在撤去外力后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中安培力做功為： 由功能關(guān)系知，撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱為： Q2=-W 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得：Q2=1.8J （3）因?yàn)槌啡ネ饬η昂蠡芈分挟a(chǎn)生的焦耳熱之比為：Q1

13、:Q2=2:1，所以： Q1=3.6J 由功能關(guān)系可知，在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中：WF=Q1+Q2 聯(lián)立式得：WF=5.4J 【答案】（1）4.5C （2）1.8J （3）5.4J2.（2012·浙江理綜·T25）為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“閃爍”裝置.如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0×10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬外圈和絕緣輻條構(gòu)成.后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡.在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強(qiáng)磁場(chǎng),其內(nèi)半徑為r1

14、、外半徑為r2、張角=.后輪以角速度=2rad/s相對(duì)于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng).若不計(jì)其他電阻,忽略磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng).(1)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí),求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E,并指出ab上的電流方向.(2)當(dāng)金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí),畫(huà)出“閃爍”裝置的電路圖.(3)從金屬條ab進(jìn)入“扇形”磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始,經(jīng)計(jì)算畫(huà)出輪子轉(zhuǎn)一圈過(guò)程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢(shì)差Uab隨時(shí)間t變化的Uab-t圖象.(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過(guò)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B、后輪外圈半徑r2、角速度和張角等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計(jì)方案,請(qǐng)給出你的評(píng)價(jià).【解題指南】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)

15、算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用右手定則判斷電流方向；畫(huà)電路圖時(shí)，切割磁感應(yīng)線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，其它導(dǎo)體是外電路；確定金屬條離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)刻和下一金屬條進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)刻，畫(huà)出Uab-t圖象.【解析】（1）金屬條ab進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感應(yīng)線，所構(gòu)成的回路的磁通量也會(huì)變化，設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t磁通量的變化量為，則由法拉第電磁感應(yīng)定律得， 根據(jù)右手定則，可知電流方向?yàn)閎a（2）金屬條ab進(jìn)入磁場(chǎng)，金屬條ab相當(dāng)于一個(gè)電源，電路如圖所示.（3）由電路圖可得電路總電阻ab兩端的電勢(shì)差以ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)閠=0時(shí)刻，設(shè)ab離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域的時(shí)刻為t1，下一根金屬條進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的時(shí)刻為t2，則輪子轉(zhuǎn)一周的時(shí)間在T=1s內(nèi)，金屬條有四次進(jìn)出，后三

16、次與第一次相同，畫(huà)出Uab-t圖象如圖所示.（4）“閃爍”裝置不能正常工作.因?yàn)榻饘贄l的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只有4.9×10-2V，遠(yuǎn)小于小燈泡的額定電壓，小燈泡不能發(fā)光.由可知，增大B，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大B是有限度的；增大r2，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大r2也是有限度的；增大，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大也是有限度的；增大，E不變，不能提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E.【答案】（1）4.9×10-2V ba（2）電路如圖所示.（3）畫(huà)出Uab-t圖象如圖所示.（4）“閃爍”裝置不能正常工作.增大B，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大B是有限度的；增大r2，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大r2也是有限度的；

17、增大，可提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，但增大也是有限度的；增大，E不變，不能提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E.3.（2012·江蘇物理·T13）某興趣小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置,如圖所示.在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角均為,磁場(chǎng)均沿半徑方向.匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab=cd=、bc=ad=2.線圈以角速度繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng).在磁場(chǎng)中,兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直.線圈的總電阻為r,外接電阻為R.求:(1)線圈切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小Em.(2)線圈切割磁感線時(shí),bc邊所受安培力的大小F.(3)外接電阻上電流的有效

18、值I.【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析：（1） 根據(jù)導(dǎo)體棒切割磁感線計(jì)算電動(dòng)勢(shì)；（2） 根據(jù) 計(jì)算安培力的大?。唬?） 根據(jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算電流的有效值. 【解析】(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)=4NBlv解得=2NBl2(2)電流安培力F=2NBI解得(3)一個(gè)周期內(nèi),通電時(shí)間t=TR上消耗的電能W=Rt且W=I2RT,解得【答案】(1) (2) (3) 4.（2012·廣東理綜·T35）如圖所示,質(zhì)量為M的導(dǎo)體棒ab,垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為,并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板.R和Rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值,不計(jì)其他電阻.(1)調(diào)節(jié)Rx=R,釋放導(dǎo)體棒,當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下