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專題11 電磁感應(yīng)
【高考命題熱點(diǎn)】主要考查有關(guān)右手定則、楞次定律和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算(法拉第電磁感應(yīng)定律、)的應(yīng)用型圖像問題和綜合型大題。
【知識(shí)清單】
1. 磁通量
(1)定義:穿過磁場(chǎng)中某一平面的磁感線條數(shù)即為該面積的磁通量,簡(jiǎn)稱磁通,單位韋伯(Wb);
(2)計(jì)算:
其中為與的夾角,為垂直于方向上的投影面積(有效面積或正對(duì)面積)。
當(dāng)時(shí), (勻強(qiáng)磁場(chǎng)且)
高中階段掌握垂直情況即可,即(勻強(qiáng)磁場(chǎng)且)
(3)方向性
磁通量正向穿過某平面和反向穿過該平面,磁通量正負(fù)關(guān)系不同,求合磁通時(shí)注意相互
抵消后剩余的磁通量。
(4)磁通量的變化
2. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生條件
(1)感應(yīng)電流:閉合電路的磁通量發(fā)生改變,即電路閉合且存在;
(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):只要電路磁通量發(fā)生變化即可,即部分電路或?qū)w充當(dāng)電源。
3. 判斷感應(yīng)電流方向的方法
(1)右手定則:讓磁感線垂直穿過手掌心,大拇指方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同,則四指所
由右手定則可判定導(dǎo)體棒中電流方向?yàn)椋瑢?dǎo)體棒充當(dāng)電源,電源內(nèi)部電流方向:負(fù)極→正極;電源外部電流方向:正極→負(fù)極,形成閉合回路。即端為正極,端為負(fù)極;由左手定則可知導(dǎo)體棒所受安培力方向水平向左(假設(shè)水平導(dǎo)軌光滑)。
指方向即為感應(yīng)電流的方向。
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(2)楞次定律
①表述一: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;
注:a、“增反減同”(磁通量增大時(shí),感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反;磁通
量減小時(shí),感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同);
b、阻礙并非阻止,電路中磁通量還是在變化,阻礙只是延緩其變化;
c、楞次定律的實(shí)質(zhì):能量轉(zhuǎn)化與守恒機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為電能(上圖中導(dǎo)體棒通
過切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,即動(dòng)能減少轉(zhuǎn)化為電能);
d、用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向:明確原磁場(chǎng)方向回路“增反減同”
感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向感應(yīng)電流方向
②表述二:感應(yīng)電流的效果就是反抗引起感應(yīng)電流的原因(相對(duì)運(yùn)動(dòng)或回路形變)。
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即從以上兩圖中分析易知:導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí)均受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的安培力來阻礙
磁通量的變化,即阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng),具體表現(xiàn)為“來時(shí)拒,去時(shí)留”。
4. 法拉第電磁感應(yīng)定律:電磁感應(yīng)中線圈里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈磁通量變化率成正比。
即,其中:線圈匝數(shù);:磁通量變化率。
5. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算:
(1)(法拉第電磁感應(yīng)定律)
(2) (導(dǎo)體棒切割磁感線,且B、L、互相兩兩垂直,電流方向用右手定則或
楞次定律判定)
(3) (導(dǎo)體棒一端為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng))
(導(dǎo)體棒中點(diǎn)為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng))
(導(dǎo)體棒上某點(diǎn)為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且)
磁場(chǎng)對(duì)電流作用:安培力(方向用左手定則判斷)
即
求一段時(shí)間內(nèi)流過某負(fù)載的電荷量: (其中)
答案
P40
熱點(diǎn)突破提升練十一
1.在法拉第時(shí)代,下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中,能觀察到感應(yīng)電流的是( )
A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路,然后觀察電流表的變化
B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈,然后觀察電流表的變化
C.將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接,往線圈中插入條形磁鐵后,再到相鄰房間去觀察電流表的變化
D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個(gè)線圈,分別接電源和電流表,在給線圈通電或斷電的瞬間,觀察電流表的變化
2.如圖所示,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( )
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
3.如圖所示,一正方形線圈的匝數(shù)為n,邊長(zhǎng)為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,且一半處在磁場(chǎng)中.在Δt時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B.在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為( )
A. B. C. D.
4.如圖,直角三角形金屬框abc放置的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上.當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc.已 知bc邊的長(zhǎng)度為l.下列判斷正確的是( )
A.Ua>Uc,金屬框中無電流
B.Ub>Uc,金屬框中電流方向沿abca
C.Ubc=-Bl2ω,金屬框中無電流
D.Ubc=Bl2ω,金屬框中電流方向沿acba
5.如圖所示,螺線管與電阻R相連,磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放,向下穿過螺線管,下列說法正確的是( )
A.磁鐵剛離開螺線管時(shí)的加速度小于重力加速度
B.通過電阻的電流先由a到b,后由b到a
C.磁鐵減少的重力勢(shì)能等于回路產(chǎn)生的熱量
D.a(chǎn)的電勢(shì)始終高于b的電勢(shì)
6.空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),將一個(gè)不會(huì)變形的單匝金屬圓線圈放入該磁場(chǎng)中,規(guī)定圖甲所示的線圈中的電流方向?yàn)檎.?dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示的規(guī)律變化時(shí),能正確表示線圈中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖線是( )
7.如圖甲所示,矩形線圈abcd固定于方向相反的兩個(gè)磁場(chǎng)中,兩磁場(chǎng)的分界線OO′恰好把線圈分成對(duì)稱的左右兩部分,兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示,規(guī)定磁場(chǎng)垂直紙面向內(nèi)為正,線圈中感應(yīng)電流逆時(shí)針方向?yàn)檎?。則線圈感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化圖象為( )
8.如圖甲所示,左側(cè)接有定值電阻R=2 Ω的水平粗糙導(dǎo)軌處于垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,導(dǎo)軌間距L=1 m。一質(zhì)量m=2 kg,阻值r=2 Ω的金屬棒在水平拉力F作用下由靜止開始從CD處沿導(dǎo)軌向右加速運(yùn)動(dòng),金屬棒的v-x圖象如圖乙所示,若金屬棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25,則從起點(diǎn)發(fā)生x=1 m位移的過程中(g=10 m/s2)( )
A.金屬棒克服安培力做的功W1=0.5 J
B.金屬棒克服摩擦力做的功W2=4 J
C.整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量Q=4.25 J
D.拉力做的功W=9.25 J
9. 如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直。
金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的
區(qū)域內(nèi),線框與導(dǎo)軌共面。現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間,關(guān)于感應(yīng)電
流的方向,下列說法正確的是( )
A.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向
B.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向
C.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向
D.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向
10. 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(zhǎng)為0.1 m、總電阻
為0.005 Ω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(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(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(shì)取正)。下列說法正確的是( )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T
B.導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)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=0.4 s至t=0.6 s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N
11. 掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng),在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對(duì)紫銅薄板,并施加磁場(chǎng)來快速衰減其微小振動(dòng),如圖所示。無擾動(dòng)時(shí),按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng);出現(xiàn)擾動(dòng)后,對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是( )
12.(多選)在如圖甲所示的電路中,電阻R1=R2=2R,圓形金屬線圈半徑為r1,線圈導(dǎo)線的電阻為R,半徑為r2(r2
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