高中物理电磁感应总结学生Word格式.docx

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D.将abcd以cd为轴转动60°

解：

　　　　练习3.如图所示装置中，cd杆原来静止。

当ab杆做　　c　　　　a如下那些运动时，cd杆将向右移动？

　　L2　　L1A.向右匀速运动　　B.向右加速运动　　C.向左加速运动　　D.向左减速运动d　　　　b解：

.　　　　　　练习4.如图所示，当磁铁绕O1O2轴匀速转动时，矩形导线框O1-1-　　O2　　　　　　　　将如何运动？

　　　　练习5.如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a、b。

当条形磁铁如图向下移动时，a、b将如何移动？

解a　　b　　练习6如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。

将条形磁铁沿它们的正中向下移动，a、b将如何移动？

　　a　　b　　练习7.如图所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°

的过程中，　　O1　　a放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？

O2　　b　　　　2．右手定则。

　　例3．一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动。

M连接在如图所示的电路中，其中R为滑线变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关。

下列情况中，可观测到N向左运动的是　　MNA．在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间左右　　B．在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间　　E1aC．在S己向a闭合的情况下，将R的滑动头向c端移动时cdSRD．在S己向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时bE2解：

当线圈M中电流增大时，穿过N的磁通量增大，N中感应电流方向与M中电流方向相反，而反向电流互相排斥，N将向右运动；

同理，线圈M中电流减小时，N将向左运动。

选C。

　　例4．如图所示，用丝线将一个闭合金属环悬于O点，虚线左边有垂直于纸面O向外的匀强磁场，而右边没有磁场。

金属环的摆动会很快停下来。

试解释这一现象。

　　B若整个空间都有垂直于纸面向外的匀强磁场，会有这种现象吗？

只有左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时，于磁通量发生变化，环内一定有感应电流产生。

根据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。

若左边匀强磁场方向改为竖直向下，　　-2-　　　　　　　　穿过金属环的磁通量始终为零，无感应电流，不会阻碍相对运动，摆动就不会很快停下来。

　　例5．如图所示，a、b灯分别标有“36V40W”和“36V25W”，闭合电键，　　La调节R，使a、b都正常发光。

这时断开电键后重做实验。

⑴电键闭合后看到的现象是什么？

⑵稳定后那只灯较亮？

⑶再断开电键，又将看到什么现象？

　　bR解：

⑴重新闭合后，于L对电流增大的阻碍作用，a将慢慢亮起来，而b立即变亮；

⑵稳定后两灯都正常发光，　　i设这时它们的电流分别为Ia、Ib，于a的额定功率大，所以a较亮，Ia>

Ib，IaIb；

⑶断开后，　　Ot0于L对电流减小的阻碍作用，通过a的电流从Ia逐渐减小，a渐渐变暗到熄灭，而abRL组成同一个闭合回路，所以通过b灯的电流也将从Ia开始逐渐　　减小，于原来的Ia>

Ib，因此b灯会先闪亮一下，再逐渐变暗到熄灭，该阶段通过b的电流方向与原来的电流方向相反。

若a灯的额定功率小于b灯，则断开电键后b灯将不会出现“闪亮”现象。

　　设电键是在t=t0时刻断开的，则灯a、b的电流图象如右上图所示三、感应电动势的产生　　例6．如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。

求：

将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，⑴拉L1v力的大小F；

⑵拉力的功率P；

⑶拉力做的功W；

⑷线圈中产生的电热Q；

　　BL2F⑸通过线圈某一截面的电荷量q。

　　B2L2E2v解：

动生电动势，E=Blv。

⑴E?

BL2v,I?

F?

BIL2,?

F?

?

v；

　　RR222⑵P?

Fv?

BL2v?

v2；

　　t　　RE?

B2L22L1v⑶W?

FL1?

与v无关?

　　⑷Q?

W?

　　⑸q?

I?

t?

RRR本题有两点要特别注意：

⑴要注意电热Q和电荷量q的区别；

⑵电荷量q?

与速度无关　　R例7．如图所示，U形导线框固定在水平面上，右端放有质量为m的金　　Ba属棒ab，ab与导轨间的动摩擦因数为μ，它们围成的矩形边长分别为L1、　　L1L2，回路的总电阻为R。

从t=0时刻起，在竖直向上方向加一个随时间均匀L2b变化的匀强磁场B=kt，那么在t为多大时，金属棒开始移动？

　　?

解：

感生电动势，E?

=kL1L2可知，回路中感应电动势是恒定的，电流大小也是恒定　　?

t的，但于安培力F=BIL1∝B=kt∝t，所以安培力将随时间而增大。

当安培力增大到等于最大静摩擦力时，ab将开始向左移动。

这时有：

kt?

L1?

　　-3-　　kL1L2?

mgR?

mg,t?

22RkL1L2　　　　　　　　例8．如图所示，一导体圆环位于纸面内，O为圆心。

环内两个圆心角为90o的扇形区域内分别有匀强磁场，两磁场磁感应强度的大小相等，方向相反且均与纸面垂直。

导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触。

在圆心和圆环间连有电阻R。

杆OM以匀角速度ω逆时针转动，t=0时恰好在图示位置。

规定从a到b流经电阻R的电流方向为正，圆环和导体杆的电阻忽略不计，则杆从t=0开始转动一周的过程中，电流随ωt变化的图象是　　iiiiA．　　B．　　C．　　D．ωtOωtOωtOπωtOππ3πππππ2π2π2π2ππ3ππ3π322222222　　解：

转动轴与磁感线平行。

OM在扇形磁场区内转动时有恒定的感应电动势E?

1B?

L2，选C。

　　2练习8.如图所示，xoy坐标系y轴左侧和右侧分别有垂直于纸面向外、　　y向里的匀强磁场，磁感应强度均为B，一个围成四分之一圆形的导体环oab，其圆心在原点o，半径为R，开始时在第一象限。

从t=0起绕o点以角速度Bbωω逆时针匀速转动。

试画出环内感应电动势E随时间t而变的函数图象。

　　　　四、电磁感应的综合应用　　1．电磁感应和恒定电流知识结合　　Mda例9．如图所示，粗细均匀的金属丝制成长方形导线框abcd，处　　于匀强磁场中。

同种材料同样规格的金属丝MN可与导线框保持良好的接触并做无摩擦滑动。

当MN在外力作用下从导线框左端向右匀速运动移动到右端的cbN过程中，导线框消耗的电功率的变化情况是　　A．始终增大　　B．先增大后减小　　C．先减小后增大　　D．增大减小，再增大再减小解：

MN相当于电源，金属框是外电路。

当MN在左、右两端时，外电路总电阻R1最小，且小于电源内阻r；

MN在中央位置时，外电路总电阻R2最大，且大于P出Pm内阻r。

电源输出功率P出随外电阻R变化的规律如右图，当内、外电　　阻相等时，电源的输出功率最大。

本题当MN从导线框左端移动到右端的过程中，外电阻先从R1增加到R2，输出功率　　O　　r　　RR1R2　　先增大再减小；

接着外电阻又从R2减小到R1，输　　da出功率又是先增大再减小。

因此选D。

　　l　　bc2．电磁感应和牛顿运动定律知识结合　　例10．如右图所示，闭合导体线框abcd从高处自下落一段定距离后，进入　　hB一个有理想边界的匀强磁场中，磁场宽度h大于线圈宽度l。

从bc边开始进入磁场到ad边即将进入磁场的这段时间里，下面表示该过程中线框里感应电流i随时间t　　-4-　　　　　　　　变化规律的图象中，一定错误的是　　　　A．i　　B．i　　C．i　　D．iOOOOtttt　　BLv?

v，如果刚进入时安培力小于重力，将做解：

bc进入磁场ad未进入磁场时，电流I?

RB2L2v?

ma，随着速度的增大，加速度将减小，A可能B不可能；

加速运动，加速度向下：

mg?

R如果bc刚进入时安培力等于重力，将做匀速运动，D可能；

如果bc刚进入时安培力大于重力，B2L2v?

ma，随着速度的减小，加速度将减小，加速度减到做减速运动，加速度将向上：

R零后，达到稳定速度，C可能。

因此一定错误的是B。

　　3．电磁感应和能量守恒知识结合　　只要有感应电流产生，就一定伴随着能量的转化。

要有意识地用能量守恒的思想分析问题。

例12．如图，矩形线圈abcd质量为m，宽为D，在竖直平面内静止自d　　cD下落。

其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上下边界水平，宽也为D，ab边刚进　　a　　b入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程产生多少电热？

　　D　　解：

ab刚进入磁场就做匀速运动，说明安培力与重力刚好平衡，于线圈和磁场宽度相同，dc边刚进入磁场时ab边刚好穿出，因此穿出过程安培力与重力　　仍平衡，即线圈穿越磁场过程始终是匀速的，在这下落2d的过程中，线圈的动能没有变，重力势能的减少全部转化为电能，焦耳定律电流通过导线时，电能又全部转化为电热，　　R所以全过程产生电热等于全过程重力势能的减少，Q=2mgD。

　　例13．如图所示，竖直放置的足够长的U形导轨宽为L，上端串有电阻R。

磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。

a　　mL金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦。

从静止释放后ab保持水平而　　B下滑。

求ab下滑的最大速度vm。

释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动。

随着速度的增大，感应电动　　势E、感应电流I、安培力F都随之增大，加速度随之减小。

当F增大到F=mg时，加速度变为　　mgRB2L2vm零，这时ab达到最大速度。

mg，可得vm?

22　　BLR注意分析该过程的功能关系：

加速阶段重力做功的过程是重力势能向动能和电能转化的过程；

安培力做功的过程是机械能向电能转化的过程；

合外力做功的过程是动能增加的过程；

电流做功的过程是电能向内能转化的过程。

达到稳定速度后，重力势能的减小全部转化为电能，电流做功又使电能全部转化为内能。

这时重力的功率等于电功率也等于热功率。

　　如果在该图上端电阻的右边串联接一只电键，让ab下落一段距离后再闭合电键，那么闭合电键后ab的运动情况又将如何？

。

　　例14．如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。

初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体　　mv0-5-　　RLB　　　　　　　　棒具有水平向右的初速度v0。

在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。

⑴求初始时刻导体棒受到的安培力。

⑵若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中克服安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？

⑶导体棒往复运动，最终将静止于何处？

从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？

　　E解：

⑴初始时刻感应电动势大小为E=BLv0，感应电流为I?

，而安培力F=BLI，因此得　　RB2L2v0F?

，方向向左。

　　R⑵第一次向右运动阶段，能量守恒，减小的动能转化为弹性势能和电能，电能又转化为焦　　12耳热，因此W1=Q1=2mv0?

Ep　　⑶最终导体棒动能将为零，感应电流也是零，因此弹簧弹力一定是零，静止在初始位置。

全过程根据能量守恒，全部初动能都转化为焦耳热，因此Q=2mv0　　例16．磁悬浮列车是一种新型交通工具。

它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。

列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B0，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。

设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。

列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v。

⑴简要叙述列车运行中获得驱动力的原理；

⑵为使列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式；

⑶计算在满足第⑵问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。

⑴于列车速度与磁　　zB场平移速度不同，导致穿过金B0yQM属框的磁通量发生变化，金属　　xO框中会产生感应电流，该电流λ2λOxl在磁场中受的安培力将阻碍列-B0NdP车和磁场的相对运动，于　　图1图2　　v　　⑵MN、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的位置，因此d应为λ/2的奇数倍，　　?

即d?

2k?

1?

　　2⑶此时回路总电动势为E=2B0l（v0-v），电流为I=E/R，MN、PQ每条边受的安培力为F=B0Il，　　224B0l?

v0?

v?

金属框受到的总驱动力为F驱?

2F?

　　R注意：

线框左右两边切割磁感线产生的感应电动势应相加，是每边感应电动势的2倍；

线框左右两边受到的安培力等大同向，因此驱动力是每边所受安培力的2倍。

　　12-6-

　　　　　　　　　　　　棒具有水平向右的初速度v0。