(浙江選考)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 交變電流 第1講 楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案.docx
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第1講 楞次定律 法拉第電磁感應(yīng)定律 [考試標(biāo)準(zhǔn)] 知識(shí)內(nèi)容 考試要求 說明 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 b 1.不要求掌握法拉第等科學(xué)家對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究的具體細(xì)節(jié). 2.在用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向時(shí),只要求閉合電路中磁通量變化容易確定的情形. 3.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,只限于l、B、v三者垂直的情形. 4.不要求計(jì)算涉及反電動(dòng)勢(shì)的問題. 5.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,不要求判斷電路中各點(diǎn)電勢(shì)的高低. 6.不要求計(jì)算既有感生電動(dòng)勢(shì),又有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的電磁感應(yīng)問題. 7.不要求計(jì)算自感電動(dòng)勢(shì). 8.不要求解釋電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼現(xiàn)象. 楞次定律 c 法拉第電磁感應(yīng)定律 d 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況 b 互感和自感 b 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng) b 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.磁通量 (1)公式:Φ=BS. 適用條件:①勻強(qiáng)磁場(chǎng); ②磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于S所在的平面. (2)幾種常見引起磁通量變化的情形 ①B變化,S不變,ΔΦ=ΔBS. ②B不變,S變化,ΔΦ=BΔS. ③B、S兩者都變化,ΔΦ=Φ2-Φ1,不能用ΔΦ=ΔBΔS來計(jì)算. 2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象 (1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件:穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化. 特例:閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng). (2)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化:發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,該過程遵循能量守恒定律. 自測(cè)1 如圖所示的現(xiàn)象中涉及電磁感應(yīng)的是( ) 答案 B 二、感應(yīng)電流方向的判斷 1.楞次定律 (1)內(nèi)容:感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化. (2)適用范圍:適用于一切閉合回路磁通量變化的情況. 2.右手定則 (1)內(nèi)容:伸開右手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向,這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向. (2)適用情況:導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流. 自測(cè)2 (多選)關(guān)于楞次定律,下列說法中正確的是( ) A.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)的方向相反 B.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是與原磁場(chǎng)的方向相同 C.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向可能與原磁場(chǎng)的方向相反,也可能與原磁場(chǎng)的方向相同 D.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 答案 CD 三、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì). (2)產(chǎn)生條件:穿過回路的磁通量發(fā)生改變,與電路是否閉合無關(guān). (3)方向判斷:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用楞次定律或右手定則判斷. 2.法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容:閉合電路中感應(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). 自測(cè)3 (多選)將多匝閉合線圈置于僅隨時(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)有關(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 AC 四、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 導(dǎo)線切割磁感線時(shí),可有以下兩種情況: 切割方式 電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式 說明 垂直切割 E=Blv ①導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直②磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng) 旋轉(zhuǎn)切割(以一端為軸) E=Bl2ω 五、自感和渦流 1.自感現(xiàn)象 由于通過導(dǎo)體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 2.自感電動(dòng)勢(shì) (1)定義:在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)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)以及是否有鐵芯等因素有關(guān). ②單位:亨利(H),1mH=10-3H,1μH=10-6H. 3.渦流 (1)定義:當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),在它附近的導(dǎo)體中產(chǎn)生的像水中的旋渦一樣的感應(yīng)電流. (2)渦流的應(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. 自測(cè)4 (多選)電磁爐為新一代炊具,無煙、無明火、無污染、不產(chǎn)生有害氣體、無微波輻射、高效節(jié)能等是電磁爐的優(yōu)勢(shì)所在.電磁爐是利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)的磁感線通過含鐵質(zhì)鍋底部時(shí),即會(huì)產(chǎn)生無數(shù)小渦流,使鍋體本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱鍋內(nèi)食物.下列相關(guān)說法中正確的是( ) A.鍋體中的渦流是由恒定的磁場(chǎng)產(chǎn)生的 B.恒定磁場(chǎng)越強(qiáng),電磁爐的加熱效果越好 C.鍋體中的渦流是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的 D.提高磁場(chǎng)變化的頻率,可提高電磁爐的加熱效果 答案 CD 命題點(diǎn)一 感應(yīng)電流方向的判斷 考向1 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向 應(yīng)用楞次定律的思路 例1 長直導(dǎo)線與矩形線框abcd在同一平面中靜止不動(dòng),如圖1甲所示.長直導(dǎo)線中通以大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的交變電流:i=Imsinωt,i-t圖象如圖乙所示.規(guī)定沿長直導(dǎo)線向上的電流為正方向.關(guān)于最初一個(gè)周期內(nèi)矩形線框中感應(yīng)電流的方向,下列說法正確的是( ) 圖1 A.由順時(shí)針方向變?yōu)槟鏁r(shí)針方向 B.由逆時(shí)針方向變?yōu)轫槙r(shí)針方向 C.由順時(shí)針方向變?yōu)槟鏁r(shí)針方向,再變?yōu)轫槙r(shí)針方向 D.由逆時(shí)針方向變?yōu)轫槙r(shí)針方向,再變?yōu)槟鏁r(shí)針方向 答案 D 解析 由題圖乙知,在0~T時(shí)間內(nèi)電流變大,線框中磁通量增大,由楞次定律可知,線框中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)應(yīng)與長直導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反,故應(yīng)該垂直紙面向外,再由安培定則可得線框中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,同理分析可得T~T時(shí)間內(nèi),線框中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,T~T時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,A、B、C錯(cuò)誤,D正確. 變式1 (多選)下列各選項(xiàng)是驗(yàn)證楞次定律實(shí)驗(yàn)的示意圖,豎直放置的線圈固定不動(dòng),將磁鐵從線圈上方插入或拔出,線圈和電流表構(gòu)成的閉合回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.各選項(xiàng)中分別標(biāo)出了磁鐵的極性、磁鐵相對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng)方向以及線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向等情況,其中正確的是( ) 答案 CD 解析 根據(jù)楞次定律可確定感應(yīng)電流的方向:以C選項(xiàng)為例,當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí): (1)閉合線圈原磁場(chǎng)的方向——向上; (2)穿過閉合線圈的磁通量的變化——增加; (3)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向——向下; (4)利用安培定則判斷感應(yīng)電流的方向——與圖中箭頭方向相同. 運(yùn)用以上分析方法可知,C、D正確. 考向2 楞次定律推論的應(yīng)用 楞次定律推論的應(yīng)用技巧 (1)線圈(回路)中磁通量變化時(shí),阻礙原磁通量的變化——應(yīng)用“增反減同”的規(guī)律; (2)導(dǎo)體與磁體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)——應(yīng)用“來拒去留”的規(guī)律; (3)當(dāng)回路可以形變時(shí),感應(yīng)電流可使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)——應(yīng)用“增縮減擴(kuò)”的規(guī)律; (4)自感現(xiàn)象中,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流的變化——應(yīng)用“增反減同”的規(guī)律. 例2 (多選)如圖2所示,光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合回路,一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)( ) 圖2 A.P、Q將相互靠攏 B.P、Q將相互遠(yuǎn)離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g 答案 AD 解析 根據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果,總要阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因.本題中“原因”是回路中磁通量的增加,歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路,“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近.所以,P、Q將相互靠攏且磁鐵的加速度小于g,應(yīng)選A、D. 考向3 切割類感應(yīng)電流方向的判斷 用右手定則判斷,該方法適用于部分導(dǎo)體切割磁感線.判斷時(shí)注意掌心、四指、拇指的方向: (1)掌心——磁感線垂直穿入 (2)拇指——指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向 (3)四指——指向感應(yīng)電流的方向. 例3 如圖3所示,一個(gè)金屬圓盤安裝在豎直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上,置于蹄形磁鐵之間,兩塊銅片A、O分別與金屬圓盤的邊緣和轉(zhuǎn)動(dòng)軸接觸.若使金屬圓盤按圖示方向(俯視順時(shí)針方向)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,下列說法正確的是( ) 圖3 A.電阻R中有Q→R→P方向的感應(yīng)電流 B.電阻R中有P→R→Q方向的感應(yīng)電流 C.穿過圓盤的磁通量始終沒有變化,電阻R中無感應(yīng)電流 D.調(diào)換磁鐵的N、S極同時(shí)改變金屬圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,R中感應(yīng)電流的方向也會(huì)發(fā)生改變 答案 B 解析 根據(jù)右手定則可判斷出R中有P→R→Q方向的電流,B正確,A、C錯(cuò)誤;D選項(xiàng)中流過R的感應(yīng)電流方向不變,D錯(cuò)誤. 命題點(diǎn)二 法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用 求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的五種類型及對(duì)應(yīng)解法 (1)磁通量變化型:E=n (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化型:E=nS (3)面積變化型:E=nB (4)平動(dòng)切割型:E=Blv(B、l、v三者垂直) ①l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度. ②v為導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度. (5)轉(zhuǎn)動(dòng)切割型:E=Blv=Bl2ω 類型1 磁通量變化型 例4 (多選)(2016浙江理綜16)如圖4所示,a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為7匝,邊長la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,不考慮線圈之間的相互影響,則( ) 圖4 A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生沿順時(shí)針方向的感應(yīng)電流 B.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為9∶1 C.a(chǎn)、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶1 D.a(chǎn)、b線圈中電功率之比為3∶1 答案 BC 解析 因磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,根據(jù)楞次定律可知,兩線圈內(nèi)均產(chǎn)生沿逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)=k,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=n=nkl2,則=()2=,選項(xiàng)B正確;根據(jù)I===可知,I∝l,故a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3∶1,選項(xiàng)C正確;電功率P=IE=nkl2=,則P∝l3,故a、b線圈中電功率之比為27∶1,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 變式2 如圖5甲所示,螺線管匝數(shù)n=1500匝,橫截面積S=20cm2,螺線管導(dǎo)線電阻r=1Ω,電阻R=4Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的B-t圖象如圖乙所示(以向右為正方向),下列說法正確的是( ) 圖5 A.通過電阻R的電流方向是從A到C B.感應(yīng)電流的大小保持不變?yōu)?.4A C.電阻R兩端的電壓為6V D.C點(diǎn)的電勢(shì)為4.8V 答案 D 解析 從題圖中可得磁通量在逐漸增大,根據(jù)楞次定律可得通過R的電流方向?yàn)閺腃到A,A錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:E=n=n=15000.002V=6V,而感應(yīng)電流大小為:I==A=1.2A,B錯(cuò)誤;根據(jù)閉合電路歐姆定律,有:U=IR=1.2 4V=4.8V,C錯(cuò)誤;因?yàn)锳點(diǎn)接地,電勢(shì)為零,所以C點(diǎn)的電勢(shì)為4.8V,D正確. 類型2 平動(dòng)切割型 例5 (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0.1m、總電阻為0.005Ω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6甲所示.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)間變化的圖線如圖乙所示(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6 A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5T B.導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)的速度的大小為0.5m/s C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外 D.在t=0.4s至t=0.6s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1N 答案 BC 解析 由E-t圖象可知,導(dǎo)線框經(jīng)過0.2s全部進(jìn)入磁場(chǎng),則速度v==m/s=0.5 m/s,選項(xiàng)B正確;由題圖乙可知,E=0.01V,根據(jù)E=Blv得,B==T=0.2T,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=0.4s至t=0.6s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I==A=2A, 所受的安培力大小為F=BIl=0.220.1N=0.04N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 類型3 轉(zhuǎn)動(dòng)切割型 例6 (多選)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖7所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí),關(guān)于流過電阻R的電流,下列說法正確的是( ) 圖7 A.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定,則電流大小恒定 B.若從上向下看,圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則電流沿a到b的方向流動(dòng) C.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變,角速度大小發(fā)生變化,則電流方向可能發(fā)生變化 D.若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 答案 AB 解析 將圓盤看成無數(shù)幅條組成,它們都在切割磁感線從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,則當(dāng)圓盤順時(shí)針(俯視)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),根據(jù)右手定則可知圓盤上感應(yīng)電流從邊緣流向中心,流過電阻的電流方向從a到b,B對(duì);由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL=BL2ω,I=,ω恒定時(shí),I大小恒定,ω大小變化時(shí),I大小變化,方向不變,故A對(duì),C錯(cuò);由P=I2R=知,當(dāng)ω變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí),P變?yōu)樵瓉淼?倍,D錯(cuò). 命題點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中的圖象問題 1.解決圖象問題的一般步驟 (1)明確圖象的種類,即是B-t圖象還是Φ-t圖象,或者E-t圖象、I-t圖象等; (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程; (3)用右手定則或楞次定律確定方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系; (4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)寫出相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式; (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,如分析斜率的變化、截距等; (6)畫圖象或判斷圖象正誤. 2.電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩種常見解法 (1)排除法:定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是物理量的正負(fù),排除錯(cuò)誤的選項(xiàng). (2)函數(shù)法:根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象作出分析和判斷. 例7 如圖8所示,有一個(gè)矩形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.一個(gè)三角形閉合導(dǎo)線框,由位置1(左)沿紙面勻速運(yùn)動(dòng)到位置2(右).取線框剛到達(dá)磁場(chǎng)邊界的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)(t=0),規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍瑒t圖中能正確反映線框中電流與時(shí)間關(guān)系的是(磁場(chǎng)寬度大于三角形導(dǎo)線框底邊長度)( ) 圖8 答案 A 解析 線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程,磁通量向里增加,根據(jù)楞次定律知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向外,由安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,電流方向應(yīng)為正方向,故B、C錯(cuò)誤;線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程,線框切割磁感線的有效長度先均勻增大后均勻減小,由E=BLv,可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先均勻增大后均勻減小,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也是先均勻增大后均勻減?。痪€框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后,磁通量不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生;線框穿出磁場(chǎng)的過程,磁通量向里減小,根據(jù)楞次定律知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)向里,由安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,電流方向應(yīng)為負(fù)方向,線框切割磁感線的有效長度先均勻增大后均勻減小,由E=BLv,可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先均勻增大后均勻減小,故A正確,D錯(cuò)誤. 變式3 (多選)如圖9,矩形閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方,由不同高度靜止釋放,用t1、t2分別表示線框ab邊和cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻,線框下落過程形狀不變,ab邊始終保持與磁場(chǎng)水平邊界OO′平行,線框平面與磁場(chǎng)方向垂直,設(shè)OO′下方磁場(chǎng)區(qū)域足夠大,不計(jì)空氣阻力,則下列哪一個(gè)圖象可能反映線框下落過程中速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律( ) 圖9 答案 CD 解析 線框先做自由落體運(yùn)動(dòng),若ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后重力小于安培力,則做減速運(yùn)動(dòng),由F=知線框所受的安培力減小,加速度逐漸減小,v-t圖象的斜率應(yīng)逐漸減小,故A、B錯(cuò)誤;線框先做自由落體運(yùn)動(dòng),ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后若重力大于安培力,則做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度為g,故C正確;線框先做自由落體運(yùn)動(dòng),ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后若重力等于安培力,則做勻速直線運(yùn)動(dòng),cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度為g,故D正確. 命題點(diǎn)四 自感和渦流 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,只能緩慢變化. (3)電流穩(wěn)定時(shí),自感線圈相當(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,它不能使過程停止,更不能使過程反向. 2.渦流產(chǎn)生的條件 (1)只有金屬導(dǎo)體中才有可能產(chǎn)生; (2)需處于變化的磁場(chǎng)中. 例8 (多選)如圖10,A、B是相同的白熾燈,L是自感系數(shù)很大、電阻可忽略的自感線圈.下面說法正確的是( ) 圖10 A.閉合開關(guān)S時(shí),A、B燈同時(shí)亮,且達(dá)到正常 B.閉合開關(guān)S時(shí),B燈比A燈先亮,最后一樣亮 C.閉合開關(guān)S時(shí),A燈比B燈先亮,最后一樣亮 D.?dāng)嚅_開關(guān)S時(shí),A燈與B燈同時(shí)慢慢熄滅 答案 BD 解析 閉合開關(guān)S,B燈立即變亮,而A燈由于線圈的阻礙作用逐漸變亮,由于A、B燈相同,故最后一樣亮;斷開S時(shí),線圈阻礙電流的減小產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)和A、B構(gòu)成閉合回路,兩燈一起逐漸熄滅. 變式4 (多選)如圖11所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來.若要縮短上述加熱時(shí)間,下列措施可行的有( ) 圖11 A.增加線圈的匝數(shù) B.提高交流電源的頻率 C.將金屬杯換為瓷杯 D.取走線圈中的鐵芯 答案 AB 解析 當(dāng)線圈接通交流電源時(shí),金屬杯處在變化的磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流發(fā)熱,使水溫升高.要縮短加熱時(shí)間,需增大渦流,即增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或減小電阻.增加線圈匝數(shù)、提高交流電源的頻率都是為了增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),瓷杯不能產(chǎn)生渦流,取走鐵芯會(huì)導(dǎo)致磁性減弱,故選項(xiàng)A、B正確,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 1.關(guān)于電磁感應(yīng),下列說法正確的是( ) A.穿過回路的磁通量越大,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 B.穿過回路的磁通量減小,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定變小 C.穿過回路的磁通量變化越快,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 D.穿過回路的磁通量變化越大,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 答案 C 解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小只與磁通量的變化率成正比,與磁通量大小、磁通量的變化量都沒有關(guān)系,A、B、D錯(cuò)誤,C正確. 2.(多選)下列各圖所描述的物理情境中,有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是( ) 答案 BCD 解析 A中開關(guān)S閉合穩(wěn)定后,穿過線圈N的磁通量保持不變,線圈N中不產(chǎn)生感應(yīng)電流;B中磁鐵向鋁環(huán)A靠近,穿過鋁環(huán)A的磁通量在增大,鋁環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流;C中金屬框從A向B運(yùn)動(dòng),穿過金屬框的磁通量時(shí)刻在變化,金屬框中產(chǎn)生感應(yīng)電流;D中銅盤在磁場(chǎng)中按題圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng),銅盤的一部分切割磁感線,電阻R中產(chǎn)生感應(yīng)電流. 3.(多選)如圖1所示,幾位同學(xué)在做“搖繩發(fā)電”實(shí)驗(yàn):把一條長導(dǎo)線的兩端連在一個(gè)靈敏電流計(jì)的兩個(gè)接線柱上,形成閉合回路.兩個(gè)同學(xué)迅速搖動(dòng)AB這段“繩”.假設(shè)圖中情景發(fā)生在赤道,地磁場(chǎng)方向與地面平行,由南指向北.圖中搖“繩”同學(xué)是沿東西站立的,甲同學(xué)站在西邊,手握導(dǎo)線的A點(diǎn),乙同學(xué)站在東邊,手握導(dǎo)線的B點(diǎn).下列說法正確的是( ) 圖1 A.當(dāng)“繩”搖到最高點(diǎn)時(shí),“繩”中電流最小 B.當(dāng)“繩”搖到最低點(diǎn)時(shí),“繩”受到的安培力最大 C.當(dāng)“繩”向下運(yùn)動(dòng)時(shí),“繩”中電流從A流向B D.在搖“繩”過程中,“繩”中電流總是從A流向B 答案 AC 4.(多選)如圖2所示,當(dāng)磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí),流過電阻的電流是由A經(jīng)R到B,則磁鐵的運(yùn)動(dòng)可能是( ) 圖2 A.向下運(yùn)動(dòng) B.向上運(yùn)動(dòng) C.向左運(yùn)動(dòng) D.以上都不可能 答案 BC 解析 本題可通過逆向應(yīng)用楞次定律來判定.由感應(yīng)電流方向A→R→B,應(yīng)用安培定則知感應(yīng)電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向應(yīng)是從上指向下;運(yùn)用楞次定律判得螺線管內(nèi)原磁通量的變化應(yīng)是向下減小或向上增大;由條形磁鐵的磁感線分布知,螺線管內(nèi)原磁場(chǎng)是向下的,故應(yīng)是磁通量減小,即磁鐵向上運(yùn)動(dòng)或向左、向右平移,所以B、C正確. 5.如圖3所示,在O點(diǎn)正下方有一個(gè)有理想邊界的磁場(chǎng),銅環(huán)在A點(diǎn)由靜止釋放向右擺至最高點(diǎn)B,不考慮空氣阻力,則下列說法正確的是( ) 圖3 A.A、B兩點(diǎn)在同一水平線 B.A點(diǎn)高于B點(diǎn) C.A點(diǎn)低于B點(diǎn) D.銅環(huán)將做等幅擺動(dòng) 答案 B 解析 由于銅環(huán)剛進(jìn)入和要離開磁場(chǎng)過程中,會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,所以銅環(huán)運(yùn)動(dòng)不到與A點(diǎn)等高點(diǎn),即B點(diǎn)低于A點(diǎn),故A、C錯(cuò)誤,B正確.銅環(huán)的振幅先不斷減小,直到銅環(huán)完全在磁場(chǎng)時(shí)做等幅擺動(dòng),故D錯(cuò)誤. 6.(多選)如圖4,兩同心圓環(huán)A、B置于同一水平面上,其中B為均勻帶負(fù)電絕緣環(huán),A為導(dǎo)體環(huán).當(dāng)B繞軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)速增大時(shí),下列說法正確的是( ) 圖4 A.A中產(chǎn)生逆時(shí)針的感應(yīng)電流 B.A中產(chǎn)生順時(shí)針的感應(yīng)電流 C.A具有收縮的趨勢(shì) D.A具有擴(kuò)展的趨勢(shì) 答案 BD 解析 由題意可知,B為均勻帶負(fù)電絕緣環(huán),B中電流為逆時(shí)針方向,由右手螺旋定則可知,電流的磁場(chǎng)垂直紙面向外且逐漸增大;由楞次定律可知,磁場(chǎng)增大時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向相反,所以感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,A中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,故A錯(cuò)誤,B正確;B環(huán)外的磁場(chǎng)的方向與B環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)的方向相反,當(dāng)B環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí),A環(huán)具有面積擴(kuò)展的趨勢(shì),故C錯(cuò)誤,D正確. 7.如圖5所示,關(guān)于渦流,下列說法中錯(cuò)誤的是( ) 圖5 A.真空冶煉爐是利用渦流來熔化金屬的裝置 B.家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 8.如圖6所示,線圈L的自感系數(shù)很大,且其直流電阻可以忽略不計(jì),L1、L2是兩個(gè)完全相同的小燈泡,開關(guān)S閉合和斷開的過程中,燈L1、L2的亮度變化情況是(燈絲不會(huì)斷)( ) 圖6 A.S閉合,L1亮度不變,L2亮度逐漸變亮,最后兩燈一樣亮;S斷開,L2立即熄滅,L1逐漸變亮 B.S閉合,L1亮度不變,L2很亮;S斷開,L1、L2立即熄滅 C.S閉合,L1、L2同時(shí)亮,而后L1逐漸熄滅,L2亮度不變;S斷開,L2立即熄滅,L1亮一下再熄滅 D.S閉合,L1、L2同時(shí)亮,而后L1逐漸熄滅,L2則逐漸變得更亮;S斷開,L2立即熄滅,L1亮一下再熄滅 答案 D 9.(多選)如圖7所示,一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外.一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd,沿紙面由位置1(左)勻速運(yùn)動(dòng)到位置2(右),則( ) 圖7 A.導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a B.導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a C.導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí),受到的安培力方向水平向右 D.導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),受到的安培力方向水平向左 答案 BD 解析 導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),cd邊切割磁感線,由右手定則可知,電流方向沿a→d→c→b→a,由左手定則可知cd邊受到的安培力方向向左;導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí),ab邊處于磁場(chǎng)中且在做切割磁感線運(yùn)動(dòng),同樣用右手定則和左手定則可以判斷電流的方向?yàn)閍→b→c→d→a,安培力的方向仍然向左,故選項(xiàng)B、D正確. 10.如圖8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8 A.Ea∶Eb=4∶1,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向 B.Ea∶Eb=4∶1,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 答案 B 解析 由E=nS=nπr2 由ra∶rb=2∶1知Ea∶Eb=4∶1 由楞次定律知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向. 11.(多選)用均勻?qū)Ь€做成的正方形線圈邊長為l,正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖9所示,當(dāng)磁場(chǎng)以的變化率增強(qiáng)時(shí),則( ) 圖9 A.線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍cbda B.線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E= C.線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍dbca D.線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=l2 答案 AB 解析 當(dāng)磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí),由楞次定律可判定感應(yīng)電流的方向?yàn)閍cbda,故A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=,B項(xiàng)正確,D錯(cuò)誤. 12.(多選)如圖10所示為法拉第圓盤發(fā)電機(jī). 圖10 半徑為r的導(dǎo)體圓盤繞豎直軸以角速度ω旋轉(zhuǎn),勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,電刷a與圓盤表面接觸,接觸點(diǎn)距圓心為,電刷b與圓盤邊緣接觸,兩電刷間接有阻值為R的電阻,忽略圓盤電阻與接觸電阻,則( ) A.a(chǎn)、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為Br2ω B.通過電阻R的電流為 C.通過電阻R的電流方向?yàn)閺纳系较? D.圓盤在ab連線上所受的安培力與ab連線垂直,與旋轉(zhuǎn)方向相反 答案 BD 13.在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,B=0.2T,有一水平放置的光滑金屬框架,寬度為L=0.4m,框架上放置一垂直于框架、長度也為L=0.4m、質(zhì)量為0.05kg、電阻為 1Ω的金屬桿cd,如圖11所示,框架電阻不計(jì),金屬桿始終與框架接觸良好.若桿cd以恒定加速度a=2m/s2由靜止(t=0)開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),求: 圖11 (1)在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少? (2)在5s末回路中的電流多大? (3)第5s末作用在桿cd上的水平外力多大? 答案 (1)0.4V (2)0.8A (3)0.164N 解析 (1)5s內(nèi)的位移x=at2=25m 5s內(nèi)磁通量的變化量為ΔΦ=BxL=2Wb 故平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)==0.4V. (2)第5s末:v=at=10m/s 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=BLv 則回路中的電流為:I===A=0.8A. (3)桿cd做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律得: F-F安=ma 即F=BIL+ma=0.164N. 14.輕質(zhì)細(xì)線吊著一質(zhì)量為m=0.42kg、邊長為L=1m、匝數(shù)n=10的正方形線圈,其總電阻為r=1Ω.在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖12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)間變化關(guān)系如圖乙所示.(g=10m/s2) 圖12 (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=4s時(shí)輕質(zhì)細(xì)線的拉力大?。? 答案 (1)逆時(shí)針 (2)0.25W (3)1.2N 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=nL2=0.5V,則P==0.25W (3)I==0.5A 由題圖乙知,t=4s時(shí),B=0.6T, F安=nBIL=100.60.51N=3N 線圈受力平衡,則F安+F線=mg,解得F線=1.2N.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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