(浙江選考)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流學(xué)案

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(浙江選考)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流學(xué)案_第1頁
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1、第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流 知識(shí)排查 法拉第電磁感應(yīng)定律 1.內(nèi)容:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過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)。 3.導(dǎo)體切割磁感線的情形 (1)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí),E=0。 (2)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直時(shí),E=Blv。 (3)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=B lv=B__l2ω(平均速度等于中點(diǎn)位置的線速度lω)。 自感和渦流 1.自感現(xiàn)象 (1)概念:由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為

2、自感。由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。 (2)表達(dá)式:E=L。 (3)自感系數(shù)L ①相關(guān)因素:與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)。 ②單位:亨利(H),1 mH=10-3 H,1 μH=10-6 H。 2.渦流 (1)定義: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,這種電流像水的漩渦所以叫渦流。 (2)應(yīng)用 ①渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用,如真空冶煉爐。 ②渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用,如探雷器。 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 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)體的相對(duì)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)

3、,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。 3.電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用。 小題速練 1.思考判斷 (1)線圈中磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大(  ) (2)線圈中磁通量變化越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大(  ) (3)線圈匝數(shù)n越多,磁通量越大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大(  ) (4)線圈中的電流越大,自感系數(shù)也越大(  ) (5)磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(  ) (6)對(duì)于同一線圈,當(dāng)電流變化越快時(shí),線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)越大(  ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√

4、 2.[人教版選修3-2·P17·T1改編]將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中,關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,下列表述正確的是(  ) A.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān) B.穿過線圈的磁通量越大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 C.穿過線圈的磁通量變化越快,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向始終相同 答案 C 3.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架,把線圈繞在鋁框上,這樣做的目的是(  ) A.防止渦流而設(shè)計(jì)的 B.利用渦流而設(shè)計(jì)的 C.起電磁阻尼的作用 D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用 解析 線圈通電后,在安培力作用下,發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng),并切割磁感線

5、產(chǎn)生感應(yīng)電流,就是渦流。渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來,所以,這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用,選項(xiàng)B、C正確。 答案 BC  法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用 1.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定,而與磁通量Φ的大小、磁通量變化量ΔΦ的大小沒有必然聯(lián)系。 (2)磁通量的變化率對(duì)應(yīng)Φ-t圖線上某點(diǎn)切線的斜率。 2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況 (1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí), ΔΦ=B·ΔS,則E=n; (2)磁通量的變化是由磁場(chǎng)變化引起時(shí), ΔΦ=ΔB·S,則E=n; (3)磁

6、通量的變化是由面積和磁場(chǎng)共同變化引起時(shí),則根據(jù)定義求,ΔΦ=Φ末-Φ初,E=n≠n。 【典例】 輕質(zhì)細(xì)線吊著一質(zhì)量為m=0.42 kg、邊長為L=1 m、匝數(shù)n=10的正方形線圈,其總電阻為r=1 Ω。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場(chǎng),如圖1甲所示。磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。(取g=10 m/s2) 圖1 (1)判斷線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針; (2)求線圈的電功率; (3)求在t=4 s時(shí)輕質(zhì)細(xì)線的拉力大小。 解析 (1)由楞次定律知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。 (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E=n=n·L2=0.

7、5 V 則P==0.25 W (3)I==0.5 A,F(xiàn)安=nBIL F安+F線=mg 聯(lián)立解得F線=1.2 N。 答案 (1)逆時(shí)針 (2)0.25 W (3)1.2 N 【拓展延伸】 (1)在【典例】中磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少時(shí),細(xì)線的拉力剛好為0? (2)在【典例】中求在t=6 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量? 解析 (1)細(xì)線的拉力剛好為0時(shí)滿足: F安=mg,F(xiàn)安=nBIL 聯(lián)立解得B=0.84 T (2)由q=It得q=0.5×6 C=3 C。 答案 (1)0.84 T (2)3 C 應(yīng)用電磁感應(yīng)定律需注意的三個(gè)問題 (1)公式E=n求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)

8、的平均電動(dòng)勢(shì),在磁通量均勻變化時(shí),瞬時(shí)值才等于平均值。 (2)利用公式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。 (3)通過回路截面的電荷量q僅與n、ΔФ和回路電阻R有關(guān),與時(shí)間長短無關(guān),與Φ是否均勻變化無關(guān)。推導(dǎo)如下:q=IΔt=Δt=。 1.(2016·北京理綜,16)如圖2所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)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(dòng)勢(shì)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(  ) 圖2 A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向 B.Ea∶Eb=4∶1

9、,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向 C.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向 D.Ea∶Eb=2∶1,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向 解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E==πr2·,則==,由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向均沿順時(shí)針方向,選項(xiàng)B正確。 答案 B 2.[人教版選修3-2·P21·T4改編]如圖3所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,ab邊長大于bc邊長,置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外,線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng),兩次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng),線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1;第二次bc邊平行MN進(jìn)

10、入磁場(chǎng),線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則(  ) 圖3 A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2 C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2 解析 由Q=I2Rt得,Q1=Rt=×=,同理,Q2=,又因?yàn)長ab>Lbc,故Q1>Q2。由電荷量q=Δt=n=,故q1=q2。所以選項(xiàng)A正確。 答案 A 3.如圖4甲所示,一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n=1 000,線圈面積S=200 cm2,線圈的電阻r=1 Ω,線圈外接一個(gè)阻值R=4 Ω 的電阻,把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示

11、,求: 圖4 (1)前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,以及通過R的電流方向; (2)前5 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 解析 (1)前4 s內(nèi)磁通量的變化ΔΦ=Φ2-Φ1=S(B2-B1)=200×10-4×(0.4-0.2) Wb=4×10-3 Wb 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E=n=1 000× V=1 V。電流方向自下而上。 (2)前5 s內(nèi)磁通量的變化ΔΦ′=Φ2′-Φ1′=S(B2′-B1′)=200×10-4×(0.2-0.2) Wb=0。 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E′=n=0。 答案 (1)1 V 電流方向自下而上 (2)0  導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 切割磁感線運(yùn)

12、動(dòng)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電路中的電源。常見的情景有以下兩種: 1.平動(dòng)切割 (1)常用公式:若運(yùn)動(dòng)速度v和磁感線方向垂直,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv。 其中B、l、v三者兩兩垂直。 (2)有效長度:公式中的l為有效切割長度,即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度 (3)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.轉(zhuǎn)動(dòng)切割 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=Blv=Bl2ω,如圖所示。 【典例】 如圖5所示,在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一由同種材料制成的粗細(xì)均勻的金屬線框ABCD,

13、其中AB邊與磁場(chǎng)邊界對(duì)齊,AB=BC=L0,線框總電阻為R,現(xiàn)將線框以速度v勻速拉出。求: 圖5 (1)AB邊兩端的電勢(shì)差UAB; (2)在整個(gè)過程中通過導(dǎo)體截面的電荷量q; (3)拉力F的大小。 解析 (1)線框在拉出過程中,CD邊切割磁感線,相當(dāng)于電源,E=BL0v, 則UAB=E=BL0v。 (2)通過導(dǎo)體截面的電荷量為 q=It=·=。 (3)由于線框勻速運(yùn)動(dòng),所以F=F安, 即F=BIL0=。 答案 (1)BL0v (2) (3) 1.(2018·上海閔行區(qū)模擬)如圖6所示,在外力的作用下,導(dǎo)體桿OC可繞O軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角

14、速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里,A、O間接有電阻R,桿和框架電阻不計(jì),則所施外力的功率為(  ) 圖6 A. B. C. D. 解析 因?yàn)镺C是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的,根據(jù)能量守恒可得,P外=P電=,又因?yàn)镋=Br·,聯(lián)立解得P外=,選項(xiàng)C正確。 答案 C 2.(2017·全國卷Ⅱ,20)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi),cd邊與磁場(chǎng)邊界平行,如圖7(a)所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),cd邊于t=0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線

15、如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正)。下列說法正確的是(  ) 圖7 A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T B.導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)的速度的大小為0.5 m/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(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N 解析 由E-t圖象可知,線框經(jīng)過0.2 s全部進(jìn)入磁場(chǎng),則速度v== m/s=0.5 m/s,選項(xiàng)B正確;由圖象 可知,E=0.01 V,根據(jù)E=Blv得,B== T=0.2 T,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)右手定則及正方向的規(guī)定可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外,選項(xiàng)C正確;在t=0.4 s至t=0

16、.6 s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I== A=2 A, 所受的安培力大小為F=BIl=0.2×2×0.1 N=0.04 N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 BC 3.(2018·全國卷Ⅰ,17)如圖8所示,導(dǎo)體軌道OPQS固定,其中PQS是半圓弧,Q為半圓弧的中點(diǎn),O為圓心。軌道的電阻忽略不計(jì)。OM是有一定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿,M端位于PQS上,OM與軌道接觸良好??臻g存在與半圓所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B?,F(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ);再使磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小以一定的變化率從B增加到B′(過程Ⅱ)。在過程Ⅰ、Ⅱ中,流過OM的電荷量相等,則等于

17、(  ) 圖8 A. B. C. D.2 解析 設(shè)OM的電阻為R,OM的長度為l。過程Ⅰ,OM轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E1====,流過OM的電流為I1==,則流過OM的電荷量為q1=I1·Δt1=;過程Ⅱ,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均勻增加,則該過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E2===,電路中的電流為I2==,則流過OM的電荷量為q2=I2·Δt2=;由題意知q1=q2,則解得=,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 答案 B  互感和自感 1.自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn) (1)自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化。 (2)通過線圈中的電流不能發(fā)生突變,只能

18、緩慢變化。 (3)電流穩(wěn)定時(shí),自感線圈就相當(dāng)于普通導(dǎo)體。 (4)線圈的自感系數(shù)越大,自感現(xiàn)象越明顯,自感電動(dòng)勢(shì)只是延緩了過程的進(jìn)行,但它不能使過程停止,更不能使過程反向。 2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題 與線圈串聯(lián)的燈泡 與線圈并聯(lián)的燈泡 電路圖 通電時(shí) 電流逐漸增大,燈泡逐漸變亮 電流突然增大,然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定 斷電時(shí) 電流逐漸減小,燈泡逐漸變暗,電流方向不變 電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2:①若I2≤I1,燈泡逐漸變暗;②若I2>I1,燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變 【典例】 在如圖9所示的電路中,線圈的自感系數(shù)很大,且其直流電阻

19、可以忽略不計(jì)。D1和D2是兩個(gè)完全相同的小燈泡,在開關(guān)S閉合和斷開時(shí)(燈絲不會(huì)斷),D1和D2的亮度的變化情況是(  ) 圖9 A.S閉合,D1很亮且亮度不變,D2逐漸變亮,最后兩燈一樣亮;S斷開,D2立即滅,D1逐漸變亮 B.S閉合,D1不亮,D2很亮;S斷開,D2立即滅 C.S閉合,D1和D2同時(shí)亮,而后D1滅,D2亮度不變;S斷開,D2立即滅,D1亮一下才滅 D.S閉合,D1和D2同時(shí)亮,后D1逐漸熄滅,D2則逐漸變得更亮;S斷開,D2立即滅,D1亮一下后才逐漸熄滅 解析 當(dāng)S接通時(shí),L的自感系數(shù)很大,瞬時(shí)L所在的電路視為斷路,相當(dāng)于D1與D2串聯(lián),故D1和D2同時(shí)亮且亮

20、度相同。隨著通過L的電流逐漸增大,L的分流作用增大,因L的直流電阻不計(jì),D1的電流逐漸減小為零。由于總電阻變小,總電流變大,D2變得更亮。當(dāng)S斷開時(shí),原電源不再提供電流,D2處于斷路而立即滅。L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減小,且與D1構(gòu)成回路,則D1將亮一下后再逐漸熄滅。故選項(xiàng)D正確。 答案 D 1.如圖10所示是研究自感實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路,L1、L2是兩個(gè)規(guī)格相同的小燈泡,L為自感線圈,閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,使兩個(gè)燈泡的亮度相同,然后斷開開關(guān)S,則(  ) 圖10 A.閉合開關(guān)S,L1、L2都逐漸變亮 B.閉合開關(guān)S,L2立刻變亮,L1逐漸變亮 C.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后,L仍

21、有自感電動(dòng)勢(shì) D.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后,斷開S,L沒有自感電動(dòng)勢(shì) 解析 L1與線圈相連,閉合開關(guān)后線圈發(fā)生自感,L1逐漸變亮,L2與滑動(dòng)變阻器相連,閉合開關(guān)后,L2立刻變亮,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;自感現(xiàn)象在開關(guān)閉合和斷開的時(shí)候發(fā)生,電路穩(wěn)定后,線圈沒有自感電動(dòng)勢(shì),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案 B 2.如圖11所示的電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,電感線圈L的直流電阻不計(jì),電阻R的阻值大于燈泡D的阻值。在t=0時(shí)刻閉合開關(guān)S,經(jīng)過一段時(shí)間后,在t=t1時(shí)刻斷開S。下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖象中,正確的是(  ) 圖11 解析 S閉合時(shí),通過燈泡的電流由A至B,由于

22、電感線圈L有感抗,經(jīng)過一段時(shí)間電流穩(wěn)定時(shí)L電阻不計(jì),可見電路的外電阻由大變小。由U外=E可知U外也由大變小,所以A、C錯(cuò)誤;t1時(shí)刻斷開S,由于自感,L、R、D構(gòu)成回路,通過燈泡的電流由B至A,所以t1時(shí)刻UAB反向,B正確,D錯(cuò)誤。 答案 B  渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) 1.渦流 (1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。 (2)磁場(chǎng)變化越快(越大),導(dǎo)體的橫截面積S越大,導(dǎo)體材料的電阻率越小,形成的渦流就越大。 2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較 電磁阻尼 電磁驅(qū)動(dòng) 不同點(diǎn) 成因 由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使導(dǎo)體受到安培力 由于

23、磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使導(dǎo)體受到安培力 效果 安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反,阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同,推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) 能量 轉(zhuǎn)化 導(dǎo)體克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 由于電磁感應(yīng),磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,通過安培力做功,電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能,而對(duì)外做功 相同點(diǎn) 兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,都遵循楞次定律,都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 1.(多選)如圖12所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變化的電流時(shí),待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量,將金屬熔化,把工

24、件焊接在一起,而工件其他部分發(fā)熱很少。以下說法正確的是(  ) 圖12 A.電流變化的頻率越高,焊縫處的溫度升高得越快 B.電流變化的頻率越低,焊縫處的溫度升高得越快 C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小 D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大 解析 在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)的大小與電流的變化率成正比,電流變化的頻率越高,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大,由歐姆定律I=知產(chǎn)生的渦流越大,故A正確,B錯(cuò)誤;又P=I2R,R越大P越大,焊縫處的溫度升高得越快,溫度升得很高,故C錯(cuò)誤,D正確。 答案 AD 2.如圖13所示,蹄形磁鐵的兩極間,放置一個(gè)線圈abcd,

25、磁鐵和線圈都可以繞OO′轉(zhuǎn)動(dòng),磁鐵按如圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈的運(yùn)動(dòng)情況是(  ) 圖13 A.俯視,線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 B.俯視,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速 D.線圈靜止不動(dòng) 解析 本題“原因”是磁鐵有相對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng),“效果”便是線圈要阻礙兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng),但線圈阻止不了磁鐵的運(yùn)動(dòng),線圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng),但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速,如果二者轉(zhuǎn)速相同,就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),線圈就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故選項(xiàng)C正確。 答案 C 活頁作業(yè) (時(shí)間:30分鐘) A組 基礎(chǔ)過關(guān) 1.如圖1所示,在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋

26、水和一玻璃杯水。給線圈通入電流,一段時(shí)間后,一個(gè)容器中水溫升高,則通入的電流與水溫升高的是(  ) 圖1 A.恒定直流、小鐵鍋 B.恒定直流、玻璃杯 C.變化的電流、小鐵鍋 D.變化的電流、玻璃杯 解析 通入恒定電流時(shí),所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變,不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,通入變化的電流,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化,在空間產(chǎn)生感生電場(chǎng),鐵鍋是導(dǎo)體,感生電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使水溫升高。渦流是由變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的,所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫,故C正確。 答案 C 2.如圖2所示,關(guān)于渦流,下列說法中錯(cuò)誤的是(  ) 圖2 A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置 B.家

27、用電磁爐鍋體中的渦流是由恒定磁場(chǎng)產(chǎn)生的 C.阻尼擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流總是阻礙其運(yùn)動(dòng) D.變壓器的鐵芯用相互絕緣的硅鋼片疊成能減小渦流 答案 B 3.如圖3所示,L為一純電感線圈(即電阻為零)。A是一燈泡,下列說法正確的是(  ) 圖3 A.開關(guān)S接通瞬間,無電流通過燈泡 B.開關(guān)S接通后,電路穩(wěn)定時(shí),無電流通過燈泡 C.開關(guān)S斷開瞬間,無電流通過燈泡 D.開關(guān)S接通瞬間及接通穩(wěn)定后,燈泡中均有從a到b的電流,而在開關(guān)S斷開瞬間,燈泡中有從b到a的電流 解析 開關(guān)S接通瞬間,燈泡中的電流從a到b,線圈由于自感作用,通過它的電流將逐漸增加;開關(guān)S接通后,電路穩(wěn)定時(shí),純電感線圈

28、對(duì)電流無阻礙作用,將燈泡短路,燈泡中無電流通過;開關(guān)S斷開的瞬間,由于線圈的自感作用,線圈中原有向右的電流將逐漸減小,線圈和燈泡形成回路,故燈泡中有從b到a的瞬間電流。 答案 B 4.如圖4所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng),MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1;若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(  ) 圖4 A.c→a,2∶1 B.a→c,2∶1 C.a→c,1∶2 D.c→a,1∶2 解析 用右手定則判斷出兩次金屬棒

29、MN中的電流方向?yàn)镹→M,所以電阻R中的電流方向a→c。由電動(dòng)勢(shì)公式E=Blv可知==,故選項(xiàng)C正確。 答案 C 5.(2018·吉林省長春市七校聯(lián)考)一匝由粗細(xì)均勻的同種導(dǎo)線繞成的矩形導(dǎo)線框abcd固定不動(dòng),其中矩形區(qū)域efcd存在磁場(chǎng)(未畫出),磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t均勻變化,且=k(k>0),已知ab=fc=4L,bc=5L,已知L長度的電阻為r,則導(dǎo)線框abcd中的電流為(  ) 圖5 A. B. C. D. 解析 電路中的總電阻為R=18r,電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=S=16kL2,導(dǎo)線框abcd中的電流為I==,選項(xiàng)A正確。

30、 答案 A 6.物理課上,老師做了一個(gè)“電磁阻尼”實(shí)驗(yàn):如圖6所示,彈簧上端固定,下端懸掛一個(gè)磁鐵,將磁鐵托起到某一高度后放開,磁鐵能上下振動(dòng)較長時(shí)間才停下來;如果在磁鐵下方放一個(gè)固定的鋁質(zhì)圓環(huán),使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過它,磁鐵就會(huì)很快地停下來。某同學(xué)另找器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他安裝好器材,經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn):磁鐵下方放置圓環(huán),并沒有對(duì)磁鐵的振動(dòng)產(chǎn)生影響,對(duì)比老師演示的實(shí)驗(yàn),其原因可能是(  ) 圖6 A.彈簧的勁度系數(shù)太小 B.磁鐵的質(zhì)量太小 C.磁鐵的磁性太強(qiáng) D.圓環(huán)的材料與老師用的不同 解析 圓環(huán)沒有對(duì)磁鐵的振動(dòng)產(chǎn)生影響,是由于沒有發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,因此只可能是圓環(huán)材料不是金屬

31、,與老師用的材料不同引起的,所以選項(xiàng)D正確。 答案 D 7.如圖7所示,用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框a和b,以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中勻速地拉到磁場(chǎng)外,不考慮線框的重力,若閉合線框的電流分別為Ia、Ib,則Ia∶Ib為(  ) 圖7 A.1∶4 B.1∶2 C.1∶1 D.不能確定 解析 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E=BLv,由閉合電路歐姆定律得I=,又Lb=2La,由電阻定律知Rb=2Ra,故Ia∶Ib=1∶1。 答案 C 8.(多選)用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán),ab為圓環(huán)的一條直徑。如圖8所示

32、,在ab的左側(cè)存在一個(gè)均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)垂直圓環(huán)所在平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率=k(k<0)。則(  ) 圖8 A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流 B.圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢(shì) C.圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為 D.圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab= 解析 磁通量均勻減少,根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圓環(huán)在磁場(chǎng)中的部分,受到向外的安培力,所以有擴(kuò)張的趨勢(shì),選項(xiàng)B正確;圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為,則圓環(huán)中的電流大小為I=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;Uab==,選項(xiàng)D正確。 答案 BD B組 能力提升 9.(2018·寧波聯(lián)考)(多選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

33、繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖9所示,則(  ) 圖9 A.在t=0時(shí)刻,線圈中磁通量最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大 B.在t=1×10-2 s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 C.在t=2×10-2 s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 D.在0~2×10-2 s時(shí)間內(nèi),線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為零 解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律知E∝,故t=0及t=2×10-2 s時(shí)刻,E=0,A錯(cuò)誤,C正確;t=1×10-2s,E最大,B正確;在0~2×10-2 s時(shí)間內(nèi),ΔΦ≠0,故E≠0,D錯(cuò)誤。 答案 BC 10.(2017·全國卷Ⅰ,18)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測(cè)樣品

34、表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng),在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板,并施加磁場(chǎng)來快速衰減其微小振動(dòng),如圖10所示。無擾動(dòng)時(shí),按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng);出現(xiàn)擾動(dòng)后,對(duì)于紫銅薄板上下及其左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是(  ) 圖10 解析 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。在A圖中,系統(tǒng)振動(dòng)時(shí),紫銅薄板隨之上下及左右振動(dòng),在磁場(chǎng)中的部分有時(shí)多有時(shí)少,磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,受到安培力,阻礙系統(tǒng)的振動(dòng);在B、D圖中,只有紫銅薄板左右振動(dòng)才產(chǎn)生感應(yīng)電流,而上下振動(dòng)無電流產(chǎn)生;在C圖中,無論紫銅薄板上下振動(dòng)還是左右振動(dòng),都不會(huì)產(chǎn)

35、生感應(yīng)電流,故選項(xiàng)A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 答案 A 11.(1)如圖11甲所示,兩根足夠長的平行導(dǎo)軌,間距L=0.3 m,在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.5 T。一根直金屬桿MN以v=2 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng),桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r1=1 Ω,導(dǎo)軌的電阻可忽略。求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1; (2)如圖乙所示,一個(gè)匝數(shù)n=100的圓形線圈,面積S1=0.4 m2,電阻r2=1 Ω。在線圈中存在面積S2=0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示。求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2;

36、(3)將一個(gè)R=2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接,然后b端接地。試判斷以上兩種情況中,哪種情況a端的電勢(shì)較高?并求出較高的電勢(shì)φa。 圖11 解析 (1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=B1Lv=0.3 V。 (2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=nS2=4.5 V。 (3)題圖甲中φa>φb=0, 題圖乙中φa<φb=0, 所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時(shí),a端的電勢(shì)較高。 此時(shí)通過電阻R的電流I= 電阻R兩端的電勢(shì)差φa-φb=IR a端的電勢(shì)φa=IR=0.2 V。 答案 (1)0.3 V (2)4.5 V (

37、3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢(shì)高 φa=0.2 V 12.某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電測(cè)速裝置,工作原理如圖12所示。一個(gè)半徑為R=0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上,一根長為R的金屬棒OA,A端與導(dǎo)軌接觸良好,O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個(gè)半徑為r=的圓盤,圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線,下端掛著一個(gè)質(zhì)量為m=0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T。a點(diǎn)與導(dǎo)軌相連,b點(diǎn)通過電刷與O端相連。測(cè)量a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放,下落h=0.3 m時(shí),測(cè)得U=0.15 V。(細(xì)線與圓盤

38、間沒有滑動(dòng),金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì),重力加速度g=10 m/s2) 圖12 (1)測(cè)U時(shí),與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”? (2)求此時(shí)鋁塊的速度大??; (3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失。 解析 (1)由右手定則知,金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由O→A,故A端電勢(shì)高于O端電勢(shì),與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”。 (2)由電磁感應(yīng)定律得U=E=, ΔΦ=BR2Δθ, U=BωR2, v=rω=ωR, 所以v==2 m/s。 (3)ΔE=mgh-mv2。 代入數(shù)據(jù)得ΔE=0.5 J。 答案 (1)正極 (2)2 m/s (3)0.5 J 19

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