高二下学期物理选修31第一章电磁感应第一讲.docx

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高二下学期物理选修31第一章电磁感应第一讲

2012年度高二下学期物理同步班第一讲

一，楞次定律及磁场的常识概念

何为磁通量？

磁通量的变化会引起什么？

（断开-闭合瞬间电流增大瞬间加速-减速的含义）

磁场公式安培力及其安培力的变形？

二，电磁感应定律

三，习题（必做题）

一．电路中产生感应电流的条件

1、磁通量φ

磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，定义式为φ=BS。

如果面积S与磁感应强度B不垂直，可将磁感应强度B向着垂直于面积S和平行于面积S和方向进行正交分解，也可以将面积向着垂直于磁感应强度B的方向投影

[这两种方法的基本物理原理是：

B∥S时，φ=0；B⊥S时，φ为最大（BS）]。

2、磁通量的变化Δφ

由公式：

φ=BS可得BΔS（实际面积的变化、与磁感应强度间夹角的变化，就是有效面积的变化）Δφ=SΔB（B是矢量，它的变化有三种情况）ΔSΔB（B是矢量，它的变化有三种情况）

可见磁通量φ是由B、S及角度θ共同决定的，磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑

题目中常常出现的几种情况：

1，电路中的电流或者电动势的增大或者减小

2，开关的断开或者闭合

3，切割磁感应线的速度增加或者减小

4，线圈靠近远离磁源

二．楞次定律及其应用

楞次定律的内容：

感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

楞次定律不仅给出了感应电流的方向，而且指明了电磁感应现象是完全符合能的转化和守恒定律的。

1．理解楞次定律时要注意

（1）“阻碍”的含义是：

Φ增大时：

B原与B感反向；Φ减小时：

B原与B感同向

2．应用楞次定律判断感生电流方向的步骤是

（1）确定原磁场的方向

（2）确定原磁场磁通量的变化情况

（3）电流磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化

（4）右手螺旋定则确定感应电流的方向

3．要判断导体切割磁感线而产生的感生电流方向，用右手定则比较简便。

右手定则是楞次定律的特殊情况。

1．

如图所示，闭合铁芯的左边线圈L，连接一电阻R，右边线圈L2连接两根平行导电导轨，导轨平面与匀强磁场的磁感线垂直。

当导体棒MN向右匀速运动时，L2中磁通量方向是，电阻R中的感应电流方向是。

当导体棒MN向右加速运动时，L1中磁通量方向是，电阻R中的感应电流方向是。

4．楞次定律推广形式：

“结果”总是阻碍“原因”

三．法拉第电磁感应定律及其应用

1．感应电动势的大小

公式

ε＝N

ε＝NBlv

对象

闭合电路

一段在磁场中运动的导体

内容

ε是Δt时间内闭合电路的平均感应电动势。

ε是一段导体在某一时刻的瞬时感应电动势。

感应电动势为这段导体所有。

适用

范围

普遍适用

只适用于导体切割磁力线运动。

导线、磁场B、速度v都垂直。

2．关于磁通量的变化率

在匀强磁场中，Φ＝BSsinα（α是B与S的夹角），磁通量的变化率主要有以下几种情况。

（1）S，α不变，B改变，

＝

Ssinα

（2）B，α不变，S改变，

＝

Bsinα

（3）S，B不变，α改变，

＝BS

3．通过导线横截面的感应电量

q＝IΔt＝N

Δt＝N

（一）楞次定律的理解和运用

1．试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的电流方向。

2．如图所示，有铜线圈自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是（）

A.始终顺时针

B.始终逆时针

C.先顺时针再逆时针

D.先逆时针再顺时针

3．一水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，这三个位置都靠得很近，在这个过程中，线圈中感应电流（）

A.沿abcd流动

B.沿dcba流动

C.由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，由Ⅱ到Ⅲ沿dcba流动

D.由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动

4．如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流的方向怎样（从左向右看）？

铜环运动情况怎样？

5．判断自由下落的条形磁铁在靠近正下方水平桌面上的金属圆环过程中（如图所示），环中的感应电流方向怎样（俯视）？

磁铁是否做自由落体运动？

环对桌面的压力还等于重力吗？

磁铁的机械能守恒吗？

若不守恒，阐述系统的能量转化关系？

二，电磁感应定律

　经典　1．如图所示，导线框abcd固定在竖直平面内，bc段的电阻为R，其他电阻均可忽略，ef是一电阻可忽略的水平放置的导体杆，杆长为l，质量为m，杆的两端分别与ab和cd保持良好接触，又能沿它们无摩擦地滑动，整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中，磁场方向与框面垂直，现用一恒力F竖直向上拉ef，当ef匀速上升时，其速度的大小为多少？

经典　2．电阻为R的矩形导线框abcd，边长ab＝l，ad=h，质量为m，自某一高度自由落下，通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示，若线框恰好以恒定速度通过磁场，线框内产生的焦耳热是多少？

经典3．两根相距0.2m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感强度B=0.2T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为r=0.25Ω，回路中其余部分的电阻可不计，已知金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下，沿导轨朝相反方向匀速平移，速率大小都是v=0.5m／s，如图33所示，不计导轨上的摩擦，求：

（1）作用于每条金属细杆的拉力；

（2）求两金属细杆在间距增加0.10m的滑动过程中共产生的热量

经典4．如图所示，金属框架与水平面成30°角，匀强磁场的磁感强度B=0.4T，方向垂直框架平面向上，金属棒长l＝0.5m，重量为0.1N，可以在框架上无摩擦地滑动，棒与框架的总电阻为2Ω，运动时可认为不变，问：

（1）要棒以2m／s的速度沿斜面向上滑行，应在棒上加多大沿框架平面方向的外力？

（2）当棒运动到某位置时，外力突然消失，棒将如何运动？

　　（3）棒匀速运动时的速度多大？

　　（4）达最大速度时，电路的电功率多大？

重力的功率多大？

习题

1，基础概念题

1、下列关于磁通量的说法中，正确的是

A．穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积

B．在匀强磁场中，穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积

C．穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数

D．穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数

2、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量φa、φb的大小关系为

A．φa＞φbB．φa＜φbC．φa＝φbD．无法比较

3、一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角。

将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为

A．0B．2BSC．2BScosθD．2BSSinθ

4、如图所示，矩形线框abcd的长和宽分别为2L和L，匀强磁场的磁感应强度为B，虚线为磁场的边界。

若线框以ab边为轴转过60°的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是

A．变大B．变小

C．不变D．无法判断

5、如图所示，两直导线中通以相同的电流I，矩形线圈位于导线之间。

将线圈由实线位置移到虚线位置的过程中，穿过线圈的磁通量的变化情况是

A．向里，逐渐增大

B．向外，逐渐减小

C．先向里增大，再向外减小

D．先向外减小，再向里增大

6、如图所示条形磁铁竖直放置，闭合的金属线框水平地紧挨着磁铁从A端移至B端的过程中，穿过线框的磁通

量的变化情况是

A．变大B．变小C．先变大后变小D．先变小后变大

7、如图所示，匀强磁场中放有平行的铜导轨，它与大线圈M相连，小线圈N放在大线圈M内，裸金属棒ab在导轨上做某种运动。

则下列说法中正确的是

A．若ab向右匀速运动，穿过小线圈N的磁通量向里且增大

B．若ab向左加速运动，穿过小线圈N的磁通量向外且增大

C．若ab向右减速运动，穿过小线圈N的磁通量向里且减小

D．若ab向左减速运动，穿过小线圈N的磁通量向里且减小

1

8、如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另有一个较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从1的正上方下落到1的正下方的过程中，穿过线圈2的磁通量φ

A．为零且保持不变B．不为零且保持不变

C．先向上增大，再向上减小D．先向上增大，再向下减小

9、如图所示，螺线管CD的绕法不明，当磁铁AB分别以不同的速度V1（A端向下）和V2（B端向下）（V1＜V2）插入螺线管时，电路中有如图所示的感应电流。

则下列说法中正确的是

A．两种情况下，穿过螺线管CD的磁通量都是增大的

B．两种情况下，穿过螺线管CD的磁通量的变化是相等的

C．以速度V1插入时穿过螺线管CD的磁通量的变化率比以速度V2插入时小

D．以速度V1插入时穿过螺线管CD的磁通量的变化率比以速度V2插入时大

10、一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动。

已知线圈始终与纸面垂直，当线圈由水平位置第一次到达位置Ⅰ的过程中，穿过线圈的磁通量

A．向右逐渐增大B．向左逐渐减小

C．向右先增大后减小D．向左先减小后增大

11、如图所示，蹄形磁铁和矩形线框均可绕竖直轴转动。

现将蹄形磁铁逆时针转动（从上往下看），则矩形线框的运动情况及穿过它的磁通量应是

A．线框逆时针转动，转速与磁铁相同

B．线框逆时针转动，转速比磁铁小

C．线框在转动的过程中，穿过它的磁通量先变大，随后就保持不变

D．线框在转动的过程中，穿过它的磁通量一直在变大

12、如图所示面积为S矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以轴OO’匀速转动，角速度为ω，则穿过线圈的磁通量随时间变化的关系是（从图示位置开始计时）

A．φ=BSsinωtB．φ=BScosωt

C．φ=BSD．φ=0

13、如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定的速度向右进入以MN为边界的匀强磁场中，磁场方向垂直线框平面，MN与线框的边成45°角，E、F分别是PS和PQ的中点。

则下列说法中正确的是

A．当E点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大

B．当P点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大

C．当F点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大

D．当Q点以过边界MN时，穿过导线框的磁通量的变化率最大

14、已知穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的关系如图所示，则在下面所述的几段时间内，磁通量变化率最大的是

A．0s~2s

B．2s~4s

C．4s~5s

D．5s~7s

15、关于闭合电路中的感应电动势E、磁通量φ、磁通量的变化量Δφ及磁通量的变化率

Δφ/Δt之间的关系，下列说法中正确的是

A．φ＝0时，E有可能最大

B．Δφ/Δt＝0时，E可能不等于零

C．Δφ很大时，E可能很小

D．Δφ/Δt很大时，Δφ一定很大

16、如图所示，条形磁铁原来与导线框在同一平面内，当条形磁铁绕OO’轴转过360°的过程中，穿过导线框和磁通量φ随时间t变化的图线应是（磁感线向纸里穿时为正）

B．

A．

D．

C．

17、如图所示，两个完全相同的闭合金属环穿在一根水平光滑的绝缘杆上，当条形磁铁自右向左插向金属环时，下列说法中正确的是

A．穿过两环的磁通量都在增加，且两环相互远离

B．穿过两环的磁通量都在增加，且两环相互靠拢

C．穿过两环的磁通量都在增加，且两环在相互靠拢的同时绕杆顺时针转动（从左向右看）

D．穿过两环的磁通量都在增加，且右环的加速度大于左环的加速度

18、如图所示，一个闭合线圈穿入蹄形磁铁由1位置经2位置到3位置，最后从下方的S极拉出，则在这一过程中，穿过线圈的磁通量

A．先减小后增大B．先增大后减小

C．一直增大D．一直减小

19、如图所示，闭合小金属环从高h的光滑曲面上端无初速滚下，又沿曲面的另一端上升，

A．若是匀强磁场，则穿过环的磁通量不变，且在左侧滚上的高度小于h

B．若是匀强磁场，则穿过环的磁通量不变，且在左侧滚上的高度等于h

C．若是非匀强磁场，则穿过环的磁通量改变，且在左侧滚上的高度大于h

D．若是非匀强磁场，则穿过环的磁通量改变，且在左侧滚上的高度小于h

20、如图所示A、B两闭合线圈为同种导线制成，匝数比nA：

nB＝1：

3，

半径RA＝2RB。

在图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场，则穿过两线圈的磁通量的变化率之比为

A．1：

12B．1：

6C．1：

4D．1：

1

21、如图所示，一条形磁铁由静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈。

条形磁铁在穿过线圈的过程中

A．磁铁作自由落体运动，穿过线圈的磁通量先增大后减小，

线圈中无感应电流

B．磁铁作减速运动，穿过线圈的磁通量增大，线圈中无感

应电流

C．磁铁作减速运动，穿过线圈的磁通量不变，线圈中无感应电流

D．磁铁作非匀变速运动，穿过线圈的磁通量为零，线圈中无感应电流

22、在闭合的铁芯上绕一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池构成闭合电路，

如图所示，假设线圈产生磁感线全部集中在铁芯内。

a、b、c为三个闭合的金属圆环，位置如图。

当滑动变阻器的滑动触头左右滑动时，磁通量发生变化的圆环是

A．a、b、c三环

B．a、b两环

C．b、c两环

D．a、c两环

答案：

1、D2、A3、C4、C5、D6、D7、BC8、C9、ABC10、C

11、BD12、A13、B14、C15、AC16、A17、BD18、C19、BD

20、D21、A22、B

2，概念提高题

　一、选择题

　　1．位于载流长直导线近旁的两根平行铁轨A和B，与长直导线平行且在同一水平面上，在铁轨A、B上套有两段可以自由滑动的导体CD和EF，如图1所示，若用力使导体EF向右运动，则导体CD将[]

　　A．保持不动

　　B．向右运动

　　C．向左运动

　　D．先向右运动，后向左运动

　　2．M和N是绕在一个环形铁心上的两个线圈，绕法和线路如图2，现将开关S从a处断开，然后合向b处，在此过程中，通过电阻R2的电流方向是[]

　　A．先由c流向d，后又由c流向d

　　B．先由c流向d，后由d流向c

　　C．先由d流向c，后又由d流向c

　　D．先由d流向c，后由c流向d

　　3．如图3所示，闭合矩形线圈abcd从静止开始竖直下落，穿过一个匀强磁场区域，此磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈bc边的长度，不计空气阻力，则[]

　　A．从线圈dc边进入磁场到ab边穿过出磁场的整个过程，线圈中始终有感应电流

　　B．从线圈dc边进入磁场到ab边穿出磁场的整个过程中，有一个阶段线圈的加速度等于重力加速度

　　C．dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的方向，与dc边刚穿出磁场时感应电流的方向相反

　　D．dc边刚进入磁场时线圈内感应电流的大小，与dc边刚穿出磁场时感应电流的大小一定相等

　　4．在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图4所示．导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面．欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动可能是[]

　　A．匀速向右运动

　　B．加速向右运动

　　C．匀速向左运动

　　D．加速向左运动

　　5．如图5所示，导线框abcd与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是[]

　　A．先abcd，后dcba，再abcd

　　B．先abcd，后dcba

　　C．始终dcba

　　D．先dcba，后abcd，再dcba

　　E．先dcba，后abcd

　　6．如图6所示，光滑导轨MN水平放置，两根导体棒平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从上方下落（未达导轨平面）的过程中，导体P、Q的运动情况是：

[]

　　A．P、Q互相靠扰

　　B．P、Q互相远离

　　C．P、Q均静止

　　D．因磁铁下落的极性未知，无法判断

　　7如图7所示，一个水平放置的矩形线圈abcd，在细长水平磁铁的S极附近竖直下落，由位置Ⅰ经位置Ⅱ到位置Ⅲ。

位置Ⅱ与磁铁同一平面，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ，则在下落过程中，线圈中的感应电流的方向为[]

　　A．abcda

　　B．adcba

　　C．从abcda到adcba

　　D．从adcba到abcda

　　8．如图8所示，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有[]

　　A．闭合电键K

　　B．闭合电键K后，把R的滑动方向右移

　　C．闭合电键K后，把P中的铁心从左边抽出

　　D．闭合电键K后，把Q靠近P

　　9．如图9所示，光滑杆ab上套有一闭合金属环，环中有一个通电螺线管。

现让滑动变阻器的滑片P迅速滑动，则[]

　　A．当P向左滑时，环会向左运动，且有扩张的趋势

　　B．当P向右滑时，环会向右运动，且有扩张的趋势

　　C．当P向左滑时，环会向左运动，且有收缩的趋势

　　D．当P向右滑时，环会向右运动，且有收缩的趋势

　　10．如图10所示,在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd。

磁铁和线框都可以绕竖直轴OO′自由转动。

若使蹄形磁铁以某角速度转动时，线框的情况将是[]

　　A．静止

　　B．随磁铁同方向转动

　　C．沿与磁铁相反方向转动

　　D．要由磁铁具体转动方向来决定

　　11．如图11所示，在光滑水平桌面上有两个金属圆环，在它们圆心连线中点正上方有一个条形磁铁，当条形磁铁自由下落时，将会出现的情况是[]

　　A．两金属环将相互靠拢

　　B．两金属环将相互排斥

　　C．磁铁的加速度会大于g

　　D．磁铁的加速度会小于g

　　12．纸面内有U形金属导轨，AB部分是直导线（图12）。

虚线范围内有向纸里的均匀磁场。

AB右侧有圆线圈C。

为了使C中产生顺时针方向的感应电流，贴着导轨的金属棒MN在磁场里的运动情况是[]

　　A．向右匀速运动

　　B．向左匀速运动

　　C．向右加速运动

　　D．向右减速运动

　　13．图13中小圆圈表示处于匀强磁场中闭合电路一部分导线的截面，速度v在纸面内关于感应电流有无及方向的判断正确的是[]

　　A．甲图中有感应电流，方向向里

　　B．乙图中有感应电流，方向向外

　　C．丙图中无感应电流

　　D．丁图中a、b、c、d四位置上均无感应电流

　　14．如图14所示，均匀金属棒ab位于桌面上方的正交电磁场中，且距桌面的高度小于ab棒长。

当棒从水平状态由静止开始下落时，棒两端落到桌面的时间先后是[]

　　A．a先于b

　　B．b先于a

　　C．a、b同时

　　D．无法确定

　　15．甲、乙两个同心的闭合金属圆环位于同一平面内，甲环中通以顺时针方向电流I，如图15所示，当甲环中电流逐渐增大时，乙环中每段导线所受磁场力的方向是[]

　　A．指向圆心

　　B．背离圆心

　　C．垂直纸面向内

　　D．垂直纸面向外

　　16．如图16所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合线圈，则流过表

的感应电流方向是[]

　　A．始终由a流向b

　　B．始终由b流向a

　　C．先由a流向b，再由b流向a

　　D．先由b流向a，再由a流向b

　　17．如图17所示为一个圆环形导体，有一个带负电的粒子沿直径方向在圆环表面匀速掠过的过程，环中感应电流的情况是[]

　　A．无感应电流

　　B．有逆时针方向的感应电流

　　C．有顺时针方向的感应电流

　　D．先逆时针方向后顺时针方向的感应电流

　　18．如图18所示，两个线圈A、B上下平行放置，分别通以图示电流I1、I2，为使线圈B中的电流瞬时有所增大，可采用的办法是[]

　　A．线圈位置不变，增大线圈A中的电流

　　B．线圈位置不变，减小线圈A中的电流

　　C．线圈A中电流不变，线圈A向下平移

　　D．线圈A中电流不变，线圈A向上平移

　　19．如图19所示，两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上，A、B可以左右摆动，则[]

　　A．在S闭合的瞬间，A、B必相吸

　　B．在S闭合的瞬间，A、B必相斥

　　C．在S断开的瞬间，A、B必相吸

　　D．在S断开的瞬间，A、B必相斥

　　二、填空题

　　20．如图20所示，（a）图中当电键S闭合瞬间，流过表

的感应电流方向是____；（b）图中当S闭合瞬间，流过表的感应电流方向是____。

　　21．将矩形线圈垂直于磁场方向放在匀强磁场中，如图21所示。

将线圈在磁场中上下平移时，其感应电流为____；将线圈前后平移时，其感应电流为____；以AF为轴转动时，其感应电流方向为____；以AC为轴转动时，其感应电流方向为____；沿任意方向移出磁场时，其感应电流方向为____。

　　22．如图22，两个圆形闭合线圈，当内线圈中电流强度I迅速减弱时线圈的感应电流方向为____。

　　23．如图23，互相平行的两条金属轨道固定在同一水平面上，上面架着两根互相平行的铜棒ab和cd，磁场方向竖直向上。

如不改变磁感强度方向而仅改变其大小，使ab和cd相向运动，则B应____。

　　24．如图24所示，导线圈A水平放置，条形磁铁在其正上方，N极向下且向下移近导线圈的过程中，导线圈A中的感应电流方向是____，导线圈A所受磁场力的方向是____。

若将条形磁铁S极向下，且向上远离导线框移动时，导线框内感应电流方向是____，导线框所受磁场力的方向是____。

　　25．如图25所示，闭合导线框abcd与长直通电导线共面放置，长导线中电流方向如图，且略偏左放置，当长导线中的电流逐渐增大时，导线框中的感应电流方向是____，导线框所受磁场力的方向是____。

　　26．如图26所示，闭合导线框abcd与闭合电路共面放置，且恰好一半面积在闭合电路内部。

当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，导线框abcd中的感应电流方向是____，导线框abcd所受磁场力方向是____。

　　27．如图27,当把滑动变阻器的滑片P从右向左滑动时，在线圈A中感应电流的方向是从____端流进电流表，从____端流出；在线圈B中感应电流的方向是从____端流进电流表，从____端流出。

　　1．B2．A3．B、C

　　4．D5．D6．A

　　7．B8．A、D

　　9．A、D10．B

　　11．B、D12．C

　　13．A14．B15．A

　　16．C17．A

　　18．B、D19．A、C

　　二、填空题

　　20．b→a，a→b

　　21．零、零，AFDCA，AFDCA，AFDCA

　　22．顺时针方向

　　23．增大

　　24．俯视逆时针方向，向下俯视逆时针方向，向上

　　25．向左