高考复习电磁感应专题.docx

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高考复习电磁感应专题

高考综合复习电磁感应专题

（二）

一、电磁感应现象：

一切电磁感应现象都可以归结为磁通量的变化引起的：

如：

二、感应电流的方向判断：

楞次定律：

感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化

对于导体切割磁感线时的感应电动势方向的判断，也可以利用右手定则：

伸开右手，让磁场穿过掌心，大拇指指向运动方向，四指指向导体内感应电流方向或导体内感应电动势的正极。

三、法拉第电磁感应定律：

（1）在电磁感应现象中产生的感应电动势大小，跟穿过这一回路的磁通变化率成正比。

表达式：

——平均值

（2）导体在磁场中切割磁感线产生电动势。

表达式：

ε=BLv（垂直切割）——瞬时值

若v不与B垂直，则可以将v分解为垂直于B和平行于B，其中垂直分量产生感应电动势。

（3）自感现象：

由于通过导体本身电流发生变化而引起的电磁感应现象。

自感电动势

无铁芯决定。

[例题分析]，即与电流的变化率成正比，式中L为自感系数由线圈本身的长度、横截面积、匝数以及有

例1、

通电直导线与闭合金属框彼此绝缘，它们处于同一平面内，导线位置与线框轴重

合。

为了使线框中产生如图所示方向的感应电流，可以采取的措施是：

A、减弱直导线中的电流强度

B、线框以直导线为轴转动

C、线框向右平动

D、线框向左平动

分析：

通电直导线产生磁场的磁感线是以电流为圆心的同心圆。

闭合线框在如图所示状态下磁通量j为零。

当直导线中电流强度发生变化或线框以直导线为轴转动时，通过线框的磁通量j始终是零，Δj=0，故无感应电流产生。

当线框向右或向左平动时，通过线框的磁通量j都要增加。

向右平动原磁场方向为“x”，向左平动原磁场方向为“·”为了阻碍磁通量的增加产生题目中要求感生电流的方向。

由楞次定律可判断线框应向左平动，故D选项是正确的。

例2、如图所示，用金属导线变成闭合正方形导线框边长为L，电阻为R，当它以速度v

匀速地通过宽也为L的匀强磁场区过程中，外力需做功W，则该磁场磁感应强度应为多大？

若仍用此种导线变成边长为2L的正方形导线框，以相同速度通过同一磁场区，外力应做功为

原来的几倍？

解：

正方形线框匀速通过磁场ΣF=0，当进入磁场时，cd边切割磁感线产生ε→产生I→受

F安：

F外=F安。

当出磁场时ab边切割磁感线产生ε→产生I→受F安，则F外=F安。

外力功W=F外·2L=F安×2L=BIL×2L=2BL2×。

则磁感应强度。

当线框边长为2L时，此时真正产生感应电流的时候是当cd、ab边在磁场中运动时，外力功W'为：

（此时电阻为原来的2倍）

W'=F外'×2L=F安'×2L=BI'×2L×2L=4BL2×

=

故外力应做功为原来的2倍。

.

例3、置于匀强磁场中，垂直磁场的水平面上有一光滑平行金属导轨，轨的电

阻不计，轨间连有电阻R轨距L，一质量为m的导体棒在水平外力F外的作用下，

从静止开始，在开关闭合情况下金属棒运动情况如何？

解析：

导体棒受水平F外→产生加速度→速度由0开始增加（v↑）

→切割磁感线→棒中产生感应电动势ε=BLv→棒中电流棒受培力F安=BIL方向与外力相反→棒受合力F合=F外-F安→加速度减小→速度仍继续增加→ε↑→I↑→F安↑→F合↓→a↓导体棒做加速度减小的加速运动，直至加速度减小到0，棒做匀速运动，此刻a=0，F合=0，F外=F安=BIL=B

L=·BLvm=匀速运动的速度

为棒在导轨上运动的最大速度。

例4、如图所示，图中E为电池组，L是自感系数足够大的电磁线圈（直流电阻不计），

D1、D2是规格一样的灯泡，在开在S闭合或断开操作过程中灯泡均未被烧断。

下列说法

中正确的是：

A、S刚闭合时，D1、D2同时亮且同样亮

B、闭合S达到稳定后，D1熄灭，D2比刚闭合S时要亮

C、再将S断开时，D2不立即熄灭

D、再将S断开时，D1先闪亮后再熄灭

解析：

当开关S闭合瞬间，电路中电流增加，线圈因自感系数足够大，又无电阻产生

自感电动势阻碍电流增加，故L与路中电流可视为零，此时两灯泡串联接在电流两端放两灯同时亮。

A选项是正确的。

闭合S到达稳定无电流变化，没有自感电动势。

因L中无电阻，则只有灯D2接在电源两端，故灯D1不亮、D2比刚闭合时更亮。

B选项是正确的。

再将S断开，灯D2立即熄灭。

C错误。

而L中的电流变化产生自感电动势阻碍电流的减小，电流将流经D1、灯D1闪亮后，随着电流的减小而熄灭。

D选项是正确的。

答案：

ABD

[习题]

1、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，如图所示，导

轨上放一根导线ab，磁力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

针方向的感生电流，则导线的运动情况可能是：

（）

A、匀速向右运动B、加速向右运动

C、减速向右运动D、加速向左运动

2、如右图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其一部分处于方向垂直导轨所在平面且有

上下水平边界的匀强磁场中，一根金属杆MN成水平沿导轨滑下，在与导轨和电阻R组成的闭

合电路中，其他电阻不计。

当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度图象可能是下图中的（）

3、如图所示，两光滑曲线导轨连接光滑水平导轨，水平导轨处在方向竖直向下的匀

强磁场中。

导体b静置在水平导轨上，导体a从曲线导轨上滑下，进入水平导轨的匀强磁场中后（始终未与b相接触）（）

A、导体a将作匀减速运动，b作匀加速运动

B、回路中的感应电流将不断减小

C、a、b的速度最终会相同

D、回路中的感应电流最终会为零

4、图所示为演示实验电路图，L是带铁心的线圈，A是灯泡，原来电键K闭合，电路是接通的，

若把电键K打开，在电路切断的瞬间，通过灯泡的电流方向是从_________端到__________端。

这个

实验是用来演示_________现象。

[参考答案]

1、CD2、ACD3、BCD4、a，b，自感

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选择题

1、第一个发现电磁感应现象的科学家是：

A、奥斯特B、库仑C、法拉第

D、安培

2、如图1所示，是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只伏特表，用来测

量自感线圈的直流电压，在测量完毕后，将电路解体时应：

A、先断开K1C、先拆除安培表B、先断开K2D、先拆除伏特表

3、如图2所示，由大小两个半圆弧组成的弯曲金属导线位于匀强磁场中，当整个导体向右平移时，下

列结论正确的是：

A、整个导线中的总感应电动势为零

B、A、C、E三点的电势相同C、导线中将产生感应电动势，D点电势比B点高

D、无法判断

4、如图3所示，矩形线框abcd在水平匀强磁场中，绕中央竖直轴匀速转动，转轴与外电路电阻R连通，t=0时刻线框平面跟磁场垂直，用T表示其转动周期，则：

A、经T/4时，线框abcd中穿过的磁通量为零，磁通量变化率最大

B、经T/2时间内，通过导线a处横截面积的电量为零

C、电阻R上有电流通过D、电阻R上恒无电流

5、如图4所示，正方形线框abcd每边长l=20m，回路电阻为0.02欧，线框质量为m=100克，砝码质量M=140克，匀强磁场的磁感应强度B=0.5特，匀强磁场在竖直方向的宽度h=20cm，砝码M和线框用细绳绕过两个定滑轮相连，砝码M从某一位置下降，当线框上升到ab边进入磁场区时，开始匀速运动，（g取10m/s2）线框匀速上升的速为

J机械能转化为电能。

，在线框匀速上升的过程中有

答案与解析

答案：

1.C2.B3.A、B、C4.A、D5.0.80.08

2、解：

B。

只要不断开K2，线圈L与伏特表就会组成闭合回答，在断开电路干路时，线圈L会因此产生感应电流，电流的方向与

原方向相同。

这时流过伏特表的电流方向与原来电流方向相反，伏特表中的指针将反向转动。

损坏伏特表，所以必须先拆下伏特表，即断开K2。

3、解：

A、B、C。

整个导体向右平动时，穿过闭合金属导线的磁通量不变，整个导线中的总感应电动势为零，由于A、C、E三个切割磁力线的有效长度为零，则A、C、E三点的电势相同。

由右手定则判定UD>UB。

4、解：

A、D。

经时刻，线圈abcd平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，而

ab边和cd边切割磁场的有效速度最大，感应电动势最大，故磁通量的变化率最大。

A对。

经时间内，线圈abcd内有电流，则通过导线a横截面积的电量不为零，B错。

不管

磁场的方向和线圈的转动方向如何，ab和cd相当于两个电源，如上图中其中一个图的连接，则OO’等势，R上不会有电流。

5、解：

（1）线框ab边刚进入磁场区时，依题意有：

F安+mg=MgF安=BIl，

而ε=Blv，ε=IR

（2）克服磁场力做的功转变为电能

W=F安·l=BIl2=0.5×4×0.22=0.08（J）

高考题萃

1．（03辽宁）电学中的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律

（有关感应电动势大小的规律）、安培定律（磁场对电流作用的规律）

都是一些重要的规律，右图为远距离输电系统的示意图（为了简单，设用户的电器是电动机），下列选项中正确的是

A发电机能发电的主要原理是库仑定律

变压器能变压的主要原理是欧姆定律

电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律

B发电机能发电的主要原理是安培定律

变压器能变压的主要原理是欧姆定律

电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律

C发电机能发电的主要原理是欧姆定律

变压器能变压的主要原理是库仑定律

电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律

D发电机能发电的主要原理是法拉第电磁感应定律

变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律

电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定律

2.（03上海）传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。

如计算机鼠标中

有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中

有光电传感器……

（10）.演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻

器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。

假设电压表是理想

的，则下列说法正确的是

A物体M运动时，电源内的电流会发生变化

B物体M运动时，电压表的示数会发生变化

C物体M不动时，电路中没有电流

D物体M不动时，电压表没有示数

（11）.唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。

其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。

下列说法正确的是

A该传感器是根据电流的磁效应工作的

B该传感器是根据电磁感应原理工作的

C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变

D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

3．（03全国）曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图1为其结构示意图。

图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图2所示。

当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动。

设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B＝0.010T，自行车车轮的半径R1＝35cm，小齿轮的半径R2＝4.cm，大齿轮的半径R3＝10.0cm（见图2）。

现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2V？

（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）

答案：

1．D

2．（10）．B（11）．B

3．参考解答：

当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值ε＝ω0BSN

式中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。

发电机两端电压的有效值

U＝/2εm

设自行车车轮转动的角速度为ω1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有

R1ω1＝R0ω0

小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为ω1。

设大齿轮转动的角速度为ω，有

R3ω＝R2ω1

由以上各式解得

ω＝（U/BSN）（R2r0/R3r1）

代入数据得

ω＝3.2s1－

课外拓展

光纤传感器

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。

在这

一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。

光纤具有很多优异的性能，

例如：

抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应

的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温

区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的

生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。

在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。

目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。

所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。

外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射

率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。

测量臂传输的光与参考臂的参

考光互相干涉（比较），使输出的光的相位（或振幅）发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。

光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。

利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。

光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。

当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。

声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。

光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。

如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。

另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。

其结构大致如下：

传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。

在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。

光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。

这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。

光纤在传感器家族中是后起之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。

光纤传感器凭借着其大量的优点已经成为传感器家族的后起之秀，并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用，成为传感器家族中不可缺少的一员。