考點11 電磁感應(yīng)

1、考點11 電磁感應(yīng)一、選擇題1. （2012·新課標全國卷·T19）如圖，均勻磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面（紙面）向里，磁感應(yīng)強度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動半周，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)強度大小隨時間線性變化.為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強度隨時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)動產(chǎn)生的電流大小的表達式和磁感應(yīng)強度大小隨時間線性變化時電流大小的表達式，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)動產(chǎn)生的電流大小為：；導(dǎo)線框中磁感應(yīng)強度大小隨時間線性變化時產(chǎn)生的電流大小為：，因為I1=I2，所以，故選項C正確.2. （2012·新課標全國卷·T20）如圖，一載流長直導(dǎo)線和一矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導(dǎo)線右側(cè)，且其長邊與長直導(dǎo)線平行.已知在t=0到t=t1的時間間隔內(nèi)，直導(dǎo)線中電流i發(fā)生某種變化，而線框中感應(yīng)電流總是沿順時針方向；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【解析】選A.分析A圖,如圖甲所示,在0t2時間內(nèi),直導(dǎo)線中的電流在線框處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向里,由楞次定律可知此過程中線框中的感應(yīng)電流方向為順時針方向,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時間內(nèi),直導(dǎo)線中的電流在線框處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外,由楞次定律可知此過程中線框中的感應(yīng)電流方向為順時針方向,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A正確,B、C、D錯誤.3.(2012·北京理綜·T19)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(guān)S和電源用導(dǎo)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(guān)S的瞬間,套環(huán)立刻跳起.某同學(xué)另找來器材再探究此實驗.他連接好電路,經(jīng)重復(fù)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(dǎo)致套環(huán)未動的原因可能是() 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(shù)過多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：閉合開關(guān)穿過環(huán)的磁通量增加環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流感應(yīng)電流在磁場中受安培力環(huán)向上

5、跳起【解析】選D.無論是接到直流電源還是交流電源,在開關(guān)閉合的瞬間,穿過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關(guān),A錯誤;電源電壓越高,線圈匝數(shù)越多,開關(guān)閉合的瞬間磁場越強,越有利于環(huán)的跳起,B、C錯誤;如果環(huán)的質(zhì)量過大或者導(dǎo)電性能太差都會使得環(huán)受到的安培力小于環(huán)的重力,環(huán)就不會跳起,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.牛頓最早通過理想斜面實驗得出力不是維持物體運動的原因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:(1)熟悉有關(guān)電磁感應(yīng)和理想斜面實驗的物理學(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,法拉第通過實驗發(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錯誤;伽利略最早通過理想斜面實驗得出力不是維持物體運動的原因,C錯誤;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的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為,上端接有定值電阻R,勻強磁場垂直

7、于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放,當速度達到v時開始勻速運動,此時對導(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的速度勻速運動.導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻,重力加速度為g.下列選項正確的是()A.P=2mgvsinB.P=3mgvsinC.當導(dǎo)體棒速度達到時加速度大小為D.在速度達到2v以后勻速運動的過程中,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)體棒的運動情況,對導(dǎo)體棒正確受力分析,結(jié)合安培力的知識,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.當導(dǎo)體棒以速度v勻速

8、運動時：，當導(dǎo)體棒以速度2v勻速運動時：，聯(lián)立解得：P=2mgvsin，A對，B錯；當導(dǎo)體棒速度達到時，由牛頓第二定律得：mgsin- ，聯(lián)立 解得：,C對；當速度達到2v以后勻速運動的過程中，R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力和重力所做的功之和，D錯.6.（2012·福建理綜·T18）如圖甲,一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落,穿過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為坐標原點,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x變化的關(guān)系圖象是()【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下三點：（1）條形磁鐵周圍磁感

9、線分布特點（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O上方和下方時電流方向相反,D錯.閉合銅環(huán)從位置到位置過程電動勢E變大,位置速度與磁感線平行,E=0,閉合銅環(huán)下落過程加速運動,且在原點O下方速度較大,電動勢E的最大值比上方E的最大值大,A、C錯,B對. 7.（2012·海南單科·T5）如圖，一質(zhì)量為m的條形磁鐵用細線懸掛在天花板上，細線從一水平金屬圓環(huán)中穿過?，F(xiàn)將環(huán)從位置釋放，環(huán)經(jīng)過磁鐵到達位置。設(shè)環(huán)經(jīng)過磁鐵上端和下端附近時細線的張力分別為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)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化；阻礙的結(jié)果實現(xiàn)了機械能向電能的轉(zhuǎn)化。【解析】選A.無論環(huán)經(jīng)過磁鐵上端還是下端，通過環(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，對環(huán)做負功，使環(huán)的機械能減小，電能增加，根據(jù)牛頓第三定律，環(huán)對磁鐵有向下的作用力，細線的拉力大于磁鐵重力，選項A正確，其它選項錯誤.二、計算題1. （2012·天津理綜·T11）如圖所示,一對光滑的平行金屬導(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,整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度B=0.4T.棒在水平向右的外力作用下,由靜止開始以的加速度做勻加速運動,當棒的位移x=9m時撤去外力,棒繼續(xù)運動一段距離后停下來,已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q2=21.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計,棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求(1)棒在勻加速運動過程中,通過電阻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】解答本題時要注意以下三點：（1） 求通過電阻的電荷量時要

12、用到電流的平均值（2） 求焦耳熱Q時，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）棒勻加速運動過程中，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)電動勢為： 由閉合電路歐姆定律得，回路中的平均電流為： 則通過電阻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)撤去外力時棒的速度為：則由運動學(xué)公式得： 由動能定理得，棒在撤去外力后的運動過程中安培力做功為： 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）因為撤去外力前后回路中產(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，在棒運動的整個過程中：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)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1

14、、外半徑為r2、張角=.后輪以角速度=2rad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動.若不計其他電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng).(1)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向.(2)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖.(3)從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始,經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab隨時間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,通過改變磁感應(yīng)強度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)計方案,請給出你的評價.【解題指南】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計

15、算感應(yīng)電動勢，用右手定則判斷電流方向；畫電路圖時，切割磁感應(yīng)線的導(dǎo)體相當于電源，其它導(dǎo)體是外電路；確定金屬條離開磁場時刻和下一金屬條進入磁場時刻，畫出Uab-t圖象.【解析】（1）金屬條ab進入磁場切割磁感應(yīng)線，所構(gòu)成的回路的磁通量也會變化，設(shè)經(jīng)過時間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，可知電流方向為ba（2）金屬條ab進入磁場，金屬條ab相當于一個電源，電路如圖所示.（3）由電路圖可得電路總電阻ab兩端的電勢差以ab剛進入磁場區(qū)域為t=0時刻，設(shè)ab離開磁場區(qū)域的時刻為t1，下一根金屬條進入磁場區(qū)域的時刻為t2，則輪子轉(zhuǎn)一周的時間在T=1s內(nèi)，金屬條有四次進出，后三

16、次與第一次相同，畫出Uab-t圖象如圖所示.（4）“閃爍”裝置不能正常工作.因為金屬條的感應(yīng)電動勢只有4.9×10-2V，遠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)電動勢E，但增大B是有限度的；增大r2，可提高感應(yīng)電動勢E，但增大r2也是有限度的；增大，可提高感應(yīng)電動勢E，但增大也是有限度的；增大，E不變，不能提高感應(yīng)電動勢E.【答案】（1）4.9×10-2V ba（2）電路如圖所示.（3）畫出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)電動勢E，但增大B是有限度的；增大r2，可提高感應(yīng)電動勢E，但增大r2也是有限度的；

17、增大，可提高感應(yīng)電動勢E，但增大也是有限度的；增大，E不變，不能提高感應(yīng)電動勢E.3.（2012·江蘇物理·T13）某興趣小組設(shè)計了一種發(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區(qū)域的圓心角均為,磁場均沿半徑方向.匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab=cd=、bc=ad=2.線圈以角速度繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動,bc和ad邊同時進入磁場.在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強度大小均為B、方向始終與兩邊的運動方向垂直.線圈的總電阻為r,外接電阻為R.求:(1)線圈切割磁感線時,感應(yīng)電動勢的大小Em.(2)線圈切割磁感線時,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】解答本題時可按以下思路分析：（1） 根據(jù)導(dǎo)體棒切割磁感線計算電動勢；（2） 根據(jù) 計算安培力的大小；（3） 根據(jù)電流的熱效應(yīng)計算電流的有效值. 【解析】(1)bc、ad邊的運動速度感應(yīng)電動勢=4NBlv解得=2NBl2(2)電流安培力F=2NBI解得(3)一個周期內(nèi),通電時間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)強度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中,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變阻器的阻值,不計其他電阻.(1)調(diào)節(jié)Rx=R,釋放導(dǎo)體棒,當棒沿導(dǎo)軌勻速下