高考提分特训专题培优第15讲电磁感应的规律应用.docx

1、高考提分特训专题培优第15讲 电磁感应的规律应用第十五讲 电磁感应的规律应用电磁感应是电学的难点，是高中物理中综合性最强的部分。这一章是高考必考内容之一。如感应电流产生的条件、方向的判定、自感现象、电磁感应的图象问题，每年必考，题目多以选择题、填空题的形式出现，难度一般中档左右。而感应电动势的计算、法拉第电磁感应定律，因与力学、电路、磁场、能量、动量等密切联系，涉及知识面广，综合性强，能力要求高，灵活运用相关知识综合解决实际问题。本章知识应用，和生产、生活、高科技联系紧密，如日光灯原理、磁悬浮列车的确原理、电磁阻尼现象、延时开关、传感器的原理、超导技术的应用、电磁流量计等，要特别关注此类问题。

2、一、夯实基础知识1.深刻理解磁通量的概念及产生感应电流条件。（1）磁通量：穿过某一面积的磁感线条数。公式为=BS sin，其中是指回路平面与磁感强度方向的夹角。 （2）合磁通：若通过一个回路中有方向相反的磁场，则不能直接用公式=BSsin求，应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量，亦即此时的磁通是合磁通。 （3）产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生的变化。若电路不闭合，即使有感应电动势产生，也没有感应电流。2深刻理解楞次定律和右手定则。 （1）感应电流方向的判断有两种方法：楞次定律和右手定则。当闭合电路中磁通量发生变化时，用楞次定律判断感应电流方向，但当闭合电路中一部分导体做切割磁感线运

3、动时，则用右手定则就比较简便。 （2）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原磁通的变化。可理解为：如原来磁场在增强，感应电流磁场与原磁场反向；如原来磁场在减弱，感应电流磁场就与原磁场方向一致。“阻碍”不是“阻止”，线圈中的磁通量还是在改变的。（3）应用楞次定律的基本程序是：(1)弄清原磁场是谁产生的(由磁体还是电流产生)，画出穿过闭合回路的磁场方向和分析磁通量的变化情况(增或减)；(2)判定感应电流磁场的方向；当磁通量增加时感应电流磁场与原磁场方向相反；当磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同；(3)用安培定则(右手螺旋定则)确定感应电流的方向。注意：(1)楞次定律中“阻

4、碍”二字的含义不是阻止，只是减缓引起感应电流的磁通量变化的快慢，闭合电路中的磁通量还是在改变的；“阻碍”的含义也不是相反，其实感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同也可能相反；(2)感应电流的能量并不是“创生”，在电磁感应现象中能量是守恒的，具体过程是：导体中感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而阻碍导体与磁场间的相对运动，要维持它们间的相对运动，外力必须克服这个安培力做功，完成机械能向电能的转化，所以在电磁感应现象的一些问题中，有时用能量守恒的观点解答十分简便。(4)楞次定律的含义是：感应电流的方向总要使自己的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。我们可以将楞次定律的含义推广为下列

5、三种表述方式：阻碍引起感应电流的磁通量的变化；阻碍(导体的)相对运动(由磁体相对运动而引起感应电流的情况)；阻碍引起感应电流的原电流的变化(自感现象)。3.深刻理解法拉第电磁感应定律 （1）定律内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即E=/t。 （2）注意的几个问题：当导体垂直切割磁感线时，定律的公式取特殊形式：E=BLv，如果电路有n匝，定律的公式写E=n/t。E=/t用来计算t时间内的平均感应电动势；E=BLv，当v是瞬时速度时，用来计算瞬时感应电动势；当v是平均速度时，用来计算平均感应电动势。要严格区分磁通量、磁通量的变化量和磁通量的变化率等三个不同的概念，磁通量=

6、BS是指穿过某一线圈平面的磁感线条数，磁通量的变化量=2-1(增量)，大只说明磁通量改变多，但不能说明感应电动势就一定大，更值得注意的是磁通量从什么方向穿过线圈平面。例如一个回路开始时和转过180时，回路平面都与磁场方向改变了。设从一方向穿过为正即+2，则从另一方向穿过为负即-2,在这一过程中磁通量的变化量=1+2，磁通量的变化率/t是指穿过某一回路平面的磁通量变化的快慢程度，它决定回路的感应电动势的大小，但不能决定该回路感应电流的大小，感应电流的大小由该回路的感应电动势E和回路的电阻R共同决定(I=E/R)。 (3)求磁通量变化量一般有四种情况：当回路面积S不变时，=BS；当磁感强度B不变时

7、，=BS；当磁感强度和回路面积都变化时，=BS+=BS；当B和S都不变而它们的相对位置发生变化时(如转动)，=BS(S是回路面积S在与B垂直方向上的投影)。 (4)感应电动势在t时间内的平均值一般不等于初态和末态的电动势之和的一半，即E(E1+E2)/2。二、典型例题题型1：分析求解磁通量及其变化。磁通量是电磁感应中的重要概念，必须会分析求解磁通量及其变化的大小。特别要关注磁场反向穿出时引起的磁通量变化。例1、如图1所示，两个同心放置的同平面的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量a、b比较：( )A、ab。 B、a2 B.1，a端为正 B、，b端为正C、，a端为正

8、D、，b端为正题型3：用楞次定律的推论解答相关问题。例7、如图9所示，光滑导轨MN水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从上方向下落(未达导轨平面)的过程中，导体P、Q的运动情况是( )A.P、Q互相靠拢B.P、Q互相远离C.P、Q均静止D.因磁铁下端的极性未知，无法判断例8、如图10所示，通电螺线管与电源相连，与螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环，B在螺丝管中央，A、C位置如图10所示，当S团合时(本题忽略三环中感应电流之间相互作用力)A.A向左、C向右运动，B不动；B.A向右、C向左运动，B不动；C.A、B、C都向左运动；D.A、B、C都向右运动。例9、

9、如图13所示，在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90的过程中，放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动？题型4：电磁感应与电路的综合问题。在电磁感应现象中产生感应电动势的那部分导体或者回路相当于电源，所以电磁感应问题往往与电路问题联系在一起。解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：（1）确定感应电流的方向；（2）画出等效电路；（3）运用全电路的欧姆定律、串并联电路的性质、法拉第电磁感应定律等公式联立求解。而正确地作出等效电路，则是解决电磁感应电路问题的关键。当导体棒在磁场中平动切割磁感线产生感应电动势时，运动的导体棒是电源，其余部分是负载。当线圈位于变化磁场中时，位于磁场中的回路整体是电源

10、。例10、如图14所示，空间存在着一个范围足够大的竖直向下的匀强磁场，磁场的磁感强度大小为B边长为L的正方形金属框abcd（下简称方框）放在光滑的水平地面上，其外侧套着一个与方框边长相同的U型金属框架MNPQ（下简称U型框），U型框与方框之间接触良好且无摩擦两个金属框每条边的质量均为m，每条边的电阻均为r（1）将方框固定不动，用力拉动U型框使它以速度V0垂直NQ边向右匀速运动，当U型框的MP端滑至方框的最右侧（如图15所示）时，方框上的bd两端的电势差为多大?此时方框的热功率为多大?（2）若方框不固定，给U型框垂直NQ边向右的初速度V0，如果U型框恰好不能与方框分离，则在这一过程中两框架上产生

11、的总热量为多少?（3）若方框不固定，给U型框垂直NQ边向右的初速度V（），U型框最终将与方框分离如果从U型框和方框不再接触开始，经过时间t方框最右侧和U型框最左侧距离为s求两金属框分离后的速度各多大例11、如图17所示，da、cb为相距L的平行导轨(电阻可以忽略不计)。a、b间接有一个固定电阻，阻值为R。长直细金属杆MN可以按任意角架在平行导轨上，并以匀速V滑动（平移），V的方向和da的方向平行。杆MN有电阻，每单位长的电阻为r0。整个空间充满匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面（dabc平面）向里。（1）求固定电阻R上消耗的电功率为最大时角的值。（2）求杆MN上消耗的电功率为最大时角

12、的值。 例12、如图19，用相同的均匀导线制成的两个圆环a和b，已知a的半径是b的两倍，若在a内存在着随时间均匀变大的磁场，b在磁场外，MN两端的电压为U，则当b内存在着相同的磁场而a又在磁场外时，MN两点间的电压为多少?题型5：求解“双电源”问题。双电源问题有双杆切割磁感线和动生、感生电动势并存两种情况。例13、如图22所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可不计。导轨间的距离L=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻R=0.50，在t=0

13、时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行，大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？例14、如图23所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B与时间的关系为比例系数一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在时金属杆所受的安培力.题型6：求解各种导

14、电滑轨问题。所谓“闭合导电滑轨问题”是指一根金属棒在闭合导电滑轨上运动的有关问题。常见的有：闭合矩形导电滑轨、闭合三角形导电滑轨、闭合圆形导电滑轨等。例15、如图24，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段长为L、电阻为R的均匀导线，ac和bc的电阻可不计，ac长度为L/2。磁场的磁感强度为B，方向垂直纸面向里。现有一段长度为L/2、电阻为R/2的均匀导体杆MN架在导线框上，开始时紧靠ac，然后沿ab方向以恒定速度V向b端滑动，滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触。当MN滑过的距离为L/3时，导线ac中的电流是多大？方向如何？ 例16、把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为

15、a的圆周环，水平固定在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中，如图26所示。一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的电接触。当金属棒以恒定速度V向右移动，经过环心O时，求：（1）棒上电流的大小和方向，及棒两端的电压UMN。（2）在圆环和金属棒上消耗的总热功率。题型7：分析计算感应电量的有关问题。在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，设在时间内通过导线截面的电量为，则根据电流定义式及法拉第电磁感应定律，得：，如果闭合电路是一个单匝线圈（），则。 例17 、如图27所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图27所示的

16、位置匀速拉出匀强磁场。若第一次用0.3s时间拉出，外力所做的功为W1，通过导线截面的电量为q1；第二次用时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电量为q2，则（ ） A. B. C. D. 例18、如图28所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置，把一个很小的测量线圈A放在待测处，线圈与测量电量的冲击电流计G串联，当用双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由表G测出电量Q，就可以算出线圈所在处的磁感应强度B。已知测量线圈共有N匝，直径为d，它和表G串联电路的总电阻为R，则被测处的磁感强度B为多大？例19、如图68所示，两条平行且足够长的金属导轨置于

17、磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向垂直导轨平面。两导轨间距为L，左端接一电阻R，右端接一电容器C，其余电阻不计。长为2L的导体棒ab如图68所示放置。从ab与导轨垂直开始，在以a为圆心沿顺时针方向的角速度匀速旋转900的过程中，通过电阻R的电量是多少？题型8：感应电流所受安培力的冲量的有关问题。感应电流通过直导线时，直导线在磁场中要受到安培力的作用，当导线与磁场垂直时，安培力的大小为FBLI。在时间t内安培力的冲量，式中q是通过导体截面的电量。利用该公式解答相当问题十分简便，下面举例说明这一点。例20、如图30所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，有一个边长为a

18、(aL)的正方形闭合线圈以初速V0垂直磁场边界滑过磁场后速度变为V(VL2，磁场的磁感应强度为B，方向与线框平面垂直，如图40所示，令线框的dc边进入磁场以后，ab边到达边界之间的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值，从离开磁场区域上边界PP的距离为h处自由下落，问从线框的dc边开始下落到dc边刚刚到达磁场区域下边界QQ/的过程中，磁场作用于线框的安培力做的总功为多少？例30、（2010安徽卷）如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（为细导线）。两线圈在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场

19、，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。不计空气阻力，则（ ）Av1 v2，Q1 Q2 Bv1 =v2，Q1= Q2Cv1 Q2 Dv1 =v2，Q1 Q2题型12：会分析自感的有关问题。例31、如图41所示的电路，D1和D2是两个相同的小电珠，L是一个自愿系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通和断开时，灯泡D1和D2先后亮暗的次序是：( )A、接通时D1先达最亮，断开时D1后暗。B、接通时D2先达最亮，断开时D2后暗。C、接通时D1先达最亮，

20、断开时D1先暗。D、接通时D2先达最亮，断开时D2先暗。例32、（2010江苏卷）如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值。在t=0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t=t1时刻断开S。下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正确的是（ ）A B C D例33、如图43所示（a）、（b）中，R和自感线圈L的电阻都很小，接通K，使电路达到稳定，灯泡S发光，下列说法正确的是（ ）A在电路（a）中，断开K，S将渐渐变暗。B在电路（a）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗。C在电路（b）中，断开K，S将渐渐变暗。D在电路（b）中，断开K，S将先变得更亮，然后渐渐变暗。题型13：会分析求解联系实际的有关问题。以现实生活有关的理论问题和实际问题立意命题，更加真实和全面地模拟现实，这是近几年高考的一大特点。电磁感应是高中物理的重要内容，它在现实生活中有许多实际运用。如用电磁感应原理进行测量、运用电磁感应原理进行信号转换、运用电磁感应原理制造“漏电保护器”、运用电磁感应原理制造“延时继电器”等。例34、（2010重庆卷）法