（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng) 第2講 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感 渦流學(xué)案

第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感渦流知識排查法拉第電磁感應(yīng)定律1.內(nèi)容：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。2.公式：En，其中n為線圈匝數(shù)。3.導(dǎo)體切割磁感線的情形(1)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，E0。(2)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直時(shí)，EBlv。(3)導(dǎo)體棒在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒以端點(diǎn)為軸，在勻強(qiáng)磁場中垂直于磁感線方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢EB lvB_l2(平均速度等于中點(diǎn)位置的線速度l)。自感和渦流1.自感現(xiàn)象(1)概念：由于導(dǎo)體本身的電流變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感。由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫做自感電動(dòng)勢。(2)表達(dá)式：EL。(3)自感系數(shù)L相關(guān)因素：與線圈的大小、形狀、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關(guān)。單位：亨利(H)，1 mH103 H，1 H106 H。2.渦流(1)定義：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，在它附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水的漩渦所以叫渦流。(2)應(yīng)用渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用，如真空冶煉爐。渦流磁效應(yīng)的應(yīng)用，如探雷器。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的相對運(yùn)動(dòng)。2.電磁驅(qū)動(dòng)：如果磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來。3.電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的原理體現(xiàn)了楞次定律的推廣應(yīng)用。小題速練1.思考判斷(1)線圈中磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大()(2)線圈中磁通量變化越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大()(3)線圈匝數(shù)n越多，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大()(4)線圈中的電流越大，自感系數(shù)也越大()(5)磁場相對于導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒中也可能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢()(6)對于同一線圈，當(dāng)電流變化越快時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢越大()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)(6)2.人教版選修32·P17·T1改編將閉合多匝線圈置于僅隨時(shí)間變化的磁場中，關(guān)于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，下列表述正確的是()A.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)B.穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢越大C.穿過線圈的磁通量變化越快，感應(yīng)電動(dòng)勢越大D.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向始終相同答案C3.(多選)磁電式儀表的線圈通常用鋁框作骨架，把線圈繞在鋁框上，這樣做的目的是()A.防止渦流而設(shè)計(jì)的B.利用渦流而設(shè)計(jì)的C.起電磁阻尼的作用D.起電磁驅(qū)動(dòng)的作用解析線圈通電后，在安培力作用下，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，并切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，就是渦流。渦流阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來，所以，這樣做的目的是利用渦流來起電磁阻尼的作用，選項(xiàng)B、C正確。答案BC法拉第電磁感應(yīng)定律的理解及應(yīng)用1.法拉第電磁感應(yīng)定律的理解(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小由線圈的匝數(shù)和穿過線圈的磁通量的變化率共同決定，而與磁通量的大小、磁通量變化量的大小沒有必然聯(lián)系。(2)磁通量的變化率對應(yīng)t圖線上某點(diǎn)切線的斜率。2.應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的三種情況(1)磁通量的變化是由面積變化引起時(shí)，B·S，則En；(2)磁通量的變化是由磁場變化引起時(shí)，B·S，則En；(3)磁通量的變化是由面積和磁場共同變化引起時(shí)，則根據(jù)定義求，末初，Enn?！镜淅枯p質(zhì)細(xì)線吊著一質(zhì)量為m0.42 kg、邊長為L1 m、匝數(shù)n10的正方形線圈，其總電阻為r1 。在線圈的中間位置以下區(qū)域分布著磁場，如圖1甲所示。磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。(取g10 m/s2)圖1(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t4 s時(shí)輕質(zhì)細(xì)線的拉力大小。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Enn·L20.5 V則P0.25 W(3)I0.5 A，F(xiàn)安nBILF安F線mg聯(lián)立解得F線1.2 N。答案(1)逆時(shí)針(2)0.25 W(3)1.2 N【拓展延伸】(1)在【典例】中磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少時(shí)，細(xì)線的拉力剛好為0?(2)在【典例】中求在t6 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量？解析(1)細(xì)線的拉力剛好為0時(shí)滿足：F安mg，F(xiàn)安nBIL聯(lián)立解得B0.84 T(2)由qIt得q0.5×6 C3 C。答案(1)0.84 T(2)3 C應(yīng)用電磁感應(yīng)定律需注意的三個(gè)問題(1)公式En求解的是一個(gè)回路中某段時(shí)間內(nèi)的平均電動(dòng)勢，在磁通量均勻變化時(shí)，瞬時(shí)值才等于平均值。(2)利用公式EnS求感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，S為線圈在磁場范圍內(nèi)的有效面積。(3)通過回路截面的電荷量q僅與n、和回路電阻R有關(guān)，與時(shí)間長短無關(guān)，與是否均勻變化無關(guān)。推導(dǎo)如下：qItt。1.(2016·北京理綜，16)如圖2所示，勻強(qiáng)磁場中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(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21，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別為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2A.EaEb41，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向B.EaEb41，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向C.EaEb21，感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向D.EaEb21，感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向解析由法拉第電磁感應(yīng)定律得圓環(huán)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢為Er2·，則，由楞次定律可知感應(yīng)電流的方向均沿順時(shí)針方向，選項(xiàng)B正確。答案B2.人教版選修32·P21·T4改編如圖3所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則()圖3A.Q1>Q2，q1q2 B.Q1>Q2，q1>q2C.Q1Q2，q1q2 D.Q1Q2，q1>q2解析由QI2Rt得，Q1Rt×，同理，Q2，又因?yàn)長ab>Lbc，故Q1>Q2。由電荷量qtn，故q1q2。所以選項(xiàng)A正確。答案A3.如圖4甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n1 000，線圈面積S200 cm2，線圈的電阻r1 ，線圈外接一個(gè)阻值R4 的電阻，把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示，求：圖4(1)前4 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，以及通過R的電流方向；(2)前5 s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢。解析(1)前4 s內(nèi)磁通量的變化21S(B2B1)200×104×(0.40.2) Wb4×103 Wb由法拉第電磁感應(yīng)定律得En1 000× V1 V。電流方向自下而上。(2)前5 s內(nèi)磁通量的變化21S(B2B1)200×104×(0.20.2) Wb0。由法拉第電磁感應(yīng)定律得En0。答案(1)1 V電流方向自下而上(2)0導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢切割磁感線運(yùn)動(dòng)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電路中的電源。常見的情景有以下兩種：1.平動(dòng)切割(1)常用公式：若運(yùn)動(dòng)速度v和磁感線方向垂直，則感應(yīng)電動(dòng)勢EBlv。其中B、l、v三者兩兩垂直。(2)有效長度：公式中的l為有效切割長度，即導(dǎo)體在與v垂直的方向上的投影長度(3)相對性：EBlv中的速度v是相對于磁場的速度，若磁場也運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)注意速度間的相對關(guān)系。2.轉(zhuǎn)動(dòng)切割當(dāng)導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi)，繞一端以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為EBlvBl2，如圖所示?！镜淅咳鐖D5所示，在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一由同種材料制成的粗細(xì)均勻的金屬線框ABCD，其中AB邊與磁場邊界對齊，ABBCL0，線框總電阻為R，現(xiàn)將線框以速度v勻速拉出。求：圖5(1)AB邊兩端的電勢差UAB；(2)在整個(gè)過程中通過導(dǎo)體截面的電荷量q；(3)拉力F的大小。解析(1)線框在拉出過程中，CD邊切割磁感線，相當(dāng)于電源，EBL0v，則UABEBL0v。(2)通過導(dǎo)體截面的電荷量為qIt·。(3)由于線框勻速運(yùn)動(dòng)，所以FF安，即FBIL0。答案(1)BL0v(2)(3)1.(2018·上海閔行區(qū)模擬)如圖6所示，在外力的作用下，導(dǎo)體桿OC可繞O軸沿半徑為r的光滑的半圓形框架在勻強(qiáng)磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，A、O間接有電阻R，桿和框架電阻不計(jì)，則所施外力的功率為()圖6A. B.C. D.解析因?yàn)镺C是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的，根據(jù)能量守恒可得，P外P電，又因?yàn)镋Br·，聯(lián)立解得P外，選項(xiàng)C正確。答案C2.(2017·全國卷，20)(多選)兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖7(a)所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，cd邊于t0時(shí)刻進(jìn)入磁場。線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢取正)。下列說法正確的是()圖7A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 TB.導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)的速度的大小為0.5 m/sC.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外D.在t0.4 s至t0.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N解析由Et圖象可知，線框經(jīng)過0.2 s全部進(jìn)入磁場，則速度v m/s0.5 m/s，選項(xiàng)B正確；由圖象可知，E0.01 V，根據(jù)EBlv得，B T0.2 T，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t0.4 s至t0.6 s這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I A2 A, 所受的安培力大小為FBIl0.2×2×0.1 N0.04 N，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC3.(2018·全國卷，17)如圖8所示，導(dǎo)體軌道OPQS固定，其中PQS是半圓弧，Q為半圓弧的中點(diǎn)，O為圓心。軌道的電阻忽略不計(jì)。OM是有一定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿，M端位于PQS上，OM與軌道接觸良好?？臻g存在與半圓所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B?，F(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程)；再使磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小以一定的變化率從B增加到B(過程)。在過程、中，流過OM的電荷量相等，則等于()圖8A. B. C. D.2解析設(shè)OM的電阻為R，OM的長度為l。過程，OM轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E1，流過OM的電流為I1，則流過OM的電荷量為q1I1·t1；過程，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均勻增加，則該過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢大小為E2，電路中的電流為I2，則流過OM的電荷量為q2I2·t2；由題意知q1q2，則解得，選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B互感和自感1.自感現(xiàn)象的四大特點(diǎn)(1)自感電動(dòng)勢總是阻礙導(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)，自感線圈就相當(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)勢只是延緩了過程的進(jìn)行，但它不能使過程停止，更不能使過程反向。2.自感中“閃亮”與“不閃亮”問題與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡電路圖通電時(shí)電流逐漸增大，燈泡逐漸變亮電流突然增大，然后逐漸減小達(dá)到穩(wěn)定斷電時(shí)電流逐漸減小，燈泡逐漸變暗，電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2：若I2I1，燈泡逐漸變暗；若I2>I1，燈泡閃亮后逐漸變暗。兩種情況燈泡中電流方向均改變【典例】在如圖9所示的電路中，線圈的自感系數(shù)很大，且其直流電阻可以忽略不計(jì)。D1和D2是兩個(gè)完全相同的小燈泡，在開關(guān)S閉合和斷開時(shí)(燈絲不會(huì)斷)，D1和D2的亮度的變化情況是()圖9A.S閉合，D1很亮且亮度不變，D2逐漸變亮，最后兩燈一樣亮；S斷開，D2立即滅，D1逐漸變亮B.S閉合，D1不亮，D2很亮；S斷開，D2立即滅C.S閉合，D1和D2同時(shí)亮，而后D1滅，D2亮度不變；S斷開，D2立即滅，D1亮一下才滅D.S閉合，D1和D2同時(shí)亮，后D1逐漸熄滅，D2則逐漸變得更亮；S斷開，D2立即滅，D1亮一下后才逐漸熄滅解析當(dāng)S接通時(shí)，L的自感系數(shù)很大，瞬時(shí)L所在的電路視為斷路，相當(dāng)于D1與D2串聯(lián)，故D1和D2同時(shí)亮且亮度相同。隨著通過L的電流逐漸增大，L的分流作用增大，因L的直流電阻不計(jì)，D1的電流逐漸減小為零。由于總電阻變小，總電流變大，D2變得更亮。當(dāng)S斷開時(shí)，原電源不再提供電流，D2處于斷路而立即滅。L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻礙電流減小，且與D1構(gòu)成回路，則D1將亮一下后再逐漸熄滅。故選項(xiàng)D正確。答案D1.如圖10所示是研究自感實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路，L1、L2是兩個(gè)規(guī)格相同的小燈泡，L為自感線圈，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使兩個(gè)燈泡的亮度相同，然后斷開開關(guān)S，則()圖10A.閉合開關(guān)S，L1、L2都逐漸變亮B.閉合開關(guān)S，L2立刻變亮，L1逐漸變亮C.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，L仍有自感電動(dòng)勢D.閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，斷開S，L沒有自感電動(dòng)勢解析L1與線圈相連，閉合開關(guān)后線圈發(fā)生自感，L1逐漸變亮，L2與滑動(dòng)變阻器相連，閉合開關(guān)后，L2立刻變亮，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；自感現(xiàn)象在開關(guān)閉合和斷開的時(shí)候發(fā)生，電路穩(wěn)定后，線圈沒有自感電動(dòng)勢，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案B2.如圖11所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，電感線圈L的直流電阻不計(jì)，電阻R的阻值大于燈泡D的阻值。在t0時(shí)刻閉合開關(guān)S，經(jīng)過一段時(shí)間后，在tt1時(shí)刻斷開S。下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖象中，正確的是()圖11解析S閉合時(shí)，通過燈泡的電流由A至B，由于電感線圈L有感抗，經(jīng)過一段時(shí)間電流穩(wěn)定時(shí)L電阻不計(jì)，可見電路的外電阻由大變小。由U外E可知U外也由大變小，所以A、C錯(cuò)誤；t1時(shí)刻斷開S，由于自感，L、R、D構(gòu)成回路，通過燈泡的電流由B至A，所以t1時(shí)刻UAB反向，B正確，D錯(cuò)誤。答案B渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1.渦流(1)渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。(2)磁場變化越快(越大)，導(dǎo)體的橫截面積S越大，導(dǎo)體材料的電阻率越小，形成的渦流就越大。2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)的比較電磁阻尼電磁驅(qū)動(dòng)不同點(diǎn)成因由于導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力由于磁場運(yùn)動(dòng)引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體受到安培力效果安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體克服安培力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能由于電磁感應(yīng)，磁場能轉(zhuǎn)化為電能，通過安培力做功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能，而對外做功相同點(diǎn)兩者都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都遵循楞次定律，都是安培力阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體與磁場間的相對運(yùn)動(dòng)。1.(多選)如圖12所示是高頻焊接原理示意圖。線圈中通以高頻變化的電流時(shí)，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少。以下說法正確的是()圖12A.電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高得越快B.電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高得越快C.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻小D.工件上只有焊縫處溫度升得很高是因?yàn)楹缚p處的電阻大解析在互感現(xiàn)象中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢的大小與電流的變化率成正比，電流變化的頻率越高，感應(yīng)電動(dòng)勢越大，由歐姆定律I知產(chǎn)生的渦流越大，故A正確，B錯(cuò)誤；又PI2R，R越大P越大，焊縫處的溫度升高得越快，溫度升得很高，故C錯(cuò)誤，D正確。答案AD2.如圖13所示，蹄形磁鐵的兩極間，放置一個(gè)線圈abcd，磁鐵和線圈都可以繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵按如圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()圖13A.俯視，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同B.俯視，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速D.線圈靜止不動(dòng)解析本題“原因”是磁鐵有相對線圈的運(yùn)動(dòng)，“效果”便是線圈要阻礙兩者的相對運(yùn)動(dòng)，但線圈阻止不了磁鐵的運(yùn)動(dòng)，線圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速，如果二者轉(zhuǎn)速相同，就沒有相對運(yùn)動(dòng)，線圈就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故選項(xiàng)C正確。答案C活頁作業(yè)(時(shí)間：30分鐘)A組基礎(chǔ)過關(guān)1.如圖1所示，在一個(gè)繞有線圈的可拆變壓器鐵芯上分別放一小鐵鍋水和一玻璃杯水。給線圈通入電流，一段時(shí)間后，一個(gè)容器中水溫升高，則通入的電流與水溫升高的是()圖1A.恒定直流、小鐵鍋B.恒定直流、玻璃杯C.變化的電流、小鐵鍋D.變化的電流、玻璃杯解析通入恒定電流時(shí)，所產(chǎn)生的磁場不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通入變化的電流，所產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，在空間產(chǎn)生感生電場，鐵鍋是導(dǎo)體，感生電場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水溫升高。渦流是由變化的磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的，所以玻璃杯中的水不會(huì)升溫，故C正確。答案C2.如圖2所示，關(guān)于渦流，下列說法中錯(cuò)誤的是()圖2A.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B3.如圖3所示，L為一純電感線圈(即電阻為零)。A是一燈泡，下列說法正確的是()圖3A.開關(guān)S接通瞬間，無電流通過燈泡B.開關(guān)S接通后，電路穩(wěn)定時(shí)，無電流通過燈泡C.開關(guān)S斷開瞬間，無電流通過燈泡D.開關(guān)S接通瞬間及接通穩(wěn)定后，燈泡中均有從a到b的電流，而在開關(guān)S斷開瞬間，燈泡中有從b到a的電流解析開關(guān)S接通瞬間，燈泡中的電流從a到b，線圈由于自感作用，通過它的電流將逐漸增加；開關(guān)S接通后，電路穩(wěn)定時(shí)，純電感線圈對電流無阻礙作用，將燈泡短路，燈泡中無電流通過；開關(guān)S斷開的瞬間，由于線圈的自感作用，線圈中原有向右的電流將逐漸減小，線圈和燈泡形成回路，故燈泡中有從b到a的瞬間電流。答案B4.如圖4所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng)，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E1；若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為2B，其他條件不變，MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢變?yōu)镋2。則通過電阻R的電流方向及E1與E2之比E1E2分別為()圖4A.ca，21 B.ac，21C.ac，12 D.ca，12解析用右手定則判斷出兩次金屬棒MN中的電流方向?yàn)镹M，所以電阻R中的電流方向ac。由電動(dòng)勢公式EBlv可知，故選項(xiàng)C正確。答案C5.(2018·吉林省長春市七校聯(lián)考)一匝由粗細(xì)均勻的同種導(dǎo)線繞成的矩形導(dǎo)線框abcd固定不動(dòng)，其中矩形區(qū)域efcd存在磁場(未畫出)，磁場方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t均勻變化，且k(k>0)，已知abfc4L，bc5L，已知L長度的電阻為r，則導(dǎo)線框abcd中的電流為()圖5A. B. C. D.解析電路中的總電阻為R18r，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢為ES16kL2，導(dǎo)線框abcd中的電流為I，選項(xiàng)A正確。答案A6.物理課上，老師做了一個(gè)“電磁阻尼”實(shí)驗(yàn)：如圖6所示，彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵，將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動(dòng)較長時(shí)間才停下來；如果在磁鐵下方放一個(gè)固定的鋁質(zhì)圓環(huán)，使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過它，磁鐵就會(huì)很快地停下來。某同學(xué)另找器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他安裝好器材，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：磁鐵下方放置圓環(huán)，并沒有對磁鐵的振動(dòng)產(chǎn)生影響，對比老師演示的實(shí)驗(yàn)，其原因可能是()圖6A.彈簧的勁度系數(shù)太小B.磁鐵的質(zhì)量太小C.磁鐵的磁性太強(qiáng)D.圓環(huán)的材料與老師用的不同解析圓環(huán)沒有對磁鐵的振動(dòng)產(chǎn)生影響，是由于沒有發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此只可能是圓環(huán)材料不是金屬，與老師用的材料不同引起的，所以選項(xiàng)D正確。答案D7.如圖7所示，用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外，不考慮線框的重力，若閉合線框的電流分別為Ia、Ib，則IaIb為()圖7A.14 B.12C.11 D.不能確定解析產(chǎn)生的電動(dòng)勢為EBLv，由閉合電路歐姆定律得I，又Lb2La，由電阻定律知Rb2Ra，故IaIb11。答案C8.(多選)用一根橫截面積為S、電阻率為的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán)，ab為圓環(huán)的一條直徑。如圖8所示，在ab的左側(cè)存在一個(gè)均勻變化的勻強(qiáng)磁場，磁場垂直圓環(huán)所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率k(k<0)。則()圖8A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B.圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢C.圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小為D.圖中a、b兩點(diǎn)間的電勢差Uab解析磁通量均勻減少，根據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；圓環(huán)在磁場中的部分，受到向外的安培力，所以有擴(kuò)張的趨勢，選項(xiàng)B正確；圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為，則圓環(huán)中的電流大小為I，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；Uab，選項(xiàng)D正確。答案BDB組能力提升9.(2018·寧波聯(lián)考)(多選)單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖9所示，則()圖9A.在t0時(shí)刻，線圈中磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢也最大B.在t1×102 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢最大C.在t2×102 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢為零D.在02×102 s時(shí)間內(nèi)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為零解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知E，故t0及t2×102 s時(shí)刻，E0，A錯(cuò)誤，C正確；t1×102s，E最大，B正確；在02×102 s時(shí)間內(nèi)，0，故E0，D錯(cuò)誤。答案BC10.(2017·全國卷，18)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對STM的擾動(dòng)，在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動(dòng)，如圖10所示。無擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對于紫銅薄板上下及其左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是()圖10解析感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化。在A圖中，系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，紫銅薄板隨之上下及左右振動(dòng)，在磁場中的部分有時(shí)多有時(shí)少，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力，阻礙系統(tǒng)的振動(dòng)；在B、D圖中，只有紫銅薄板左右振動(dòng)才產(chǎn)生感應(yīng)電流，而上下振動(dòng)無電流產(chǎn)生；在C圖中，無論紫銅薄板上下振動(dòng)還是左右振動(dòng)，都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。答案A11.(1)如圖11甲所示，兩根足夠長的平行導(dǎo)軌，間距L0.3 m，在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B10.5 T。一根直金屬桿MN以v2 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。桿MN的電阻r11 ，導(dǎo)軌的電阻可忽略。求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E1；(2)如圖乙所示，一個(gè)匝數(shù)n100的圓形線圈，面積S10.4 m2，電阻r21 。在線圈中存在面積S20.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示。求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E2；(3)將一個(gè)R2 的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接，然后b端接地。試判斷以上兩種情況中，哪種情況a端的電勢較高？并求出較高的電勢a。圖11解析(1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E1B1Lv0.3 V。(2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E2nS24.5 V。(3)題圖甲中a>b0，題圖乙中a<b0，所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時(shí)，a端的電勢較高。此時(shí)通過電阻R的電流I電阻R兩端的電勢差abIRa端的電勢aIR0.2 V。答案(1)0.3 V(2)4.5 V(3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢高a0.2 V12.某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電測速裝置，工作原理如圖12所示。一個(gè)半徑為R0.1 m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上，一根長為R的金屬棒OA，A端與導(dǎo)軌接觸良好，O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個(gè)半徑為r的圓盤，圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線，下端掛著一個(gè)質(zhì)量為m0.5 kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T。a點(diǎn)與導(dǎo)軌相連，b點(diǎn)通過電刷與O端相連。測量a、b兩點(diǎn)間的電勢差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放，下落h0.3 m時(shí)，測得U0.15 V。(細(xì)線與圓盤間沒有滑動(dòng)，金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì)，重力加速度g10 m/s2)圖12(1)測U時(shí)，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”？(2)求此時(shí)鋁塊的速度大?。?3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失。解析(1)由右手定則知，金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向由OA，故A端電勢高于O端電勢，與a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”。(2)由電磁感應(yīng)定律得UE，BR2，UBR2，vrR，所以v2 m/s。(3)Emghmv2。代入數(shù)據(jù)得E0.5 J。答案(1)正極(2)2 m/s(3)0.5 J19