专题电磁感应与电路
高考物理电磁感应与电路
3. 电流表示数.
1
2
3
感悟·渗透·应E用m
BS
【B解析r 2】线2圈n 由 图2Bnr2
示 位2置 开 始 绕 轴 匀
图4-11
速转动，产生的交
变电流如图4-11所
示，交变电动势的
最大值为：
感悟·渗透·应用
(1)线圈由图示位置经1/4转时间内，电动势的有效值
01
感悟·渗透·应用
02
S闭合后，通过ab的电流I2=0.15A，ab 所受安培力 F2=BI2l=0.4×1×0.15N=0.06N ab 以速度v=3m/s做匀速运动时，所受外力 必与安培力F2大小相等、方向相反，即 F=0.06N，方向向右(与v同向)，可见外 力F的功率为:
P=Fv=0.06×3W=0.18W
(R r)2
用
r (R r)2
1Pr[1=○要(求r PrR最)大2，] 即要求 4R ○ 显然r ，Rr=R时，
取最大值.由于
r的电阻值为R，r=R即要求两导轨间的杆长为1m，
(R r)2
感悟·渗透·应用
所以有以下两种情况： ①如果l≤1m，则满足下式时r=R
1×sin=l 所以=arcsinl ②如果l＞1m，则两导轨间那段杆长总是大于1m，即 总有r＞R 由于
注(意Em这/里电2)流2 表T的读 数E'为2 T有效值，而交流电的有效值是根据电
R
2R
4-11可知，
若交流电在一周期内的有效值为E′，则由有效值定义知
解得I EA′=EERm'/2，电22B流Rn表r 2的示数为:
01 图4-12
02
专题16 电磁感应中的电路问题(解析版)
专题十六 电磁感应中的电路问题基本知识点解决电磁感应电路问题的基本步骤：1．用法拉第电磁感应定律算出E 的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向：感应电流方向是电源内部电流的方向，从而确定电源正、负极，明确内阻r .2．根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路图．3．根据E ＝Blv 或E ＝n ΔΦΔt结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解．例题分析一、电磁感应中的简单电路问题例1 如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L ＝0.4 m ，一端连接R ＝1 Ω的电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B ＝1 T 。
导体棒MN 放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。
导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。
在平行于导轨的拉力F 作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v ＝5 m/s 。
(1)求感应电动势E 和感应电流I ；(2)若将MN 换为电阻r ＝1 Ω的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U 。
(对应训练)如图所示，MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计)，MN、PQ 相距L＝50 cm，导体棒AB在两轨道间的电阻为r＝1 Ω，且可以在MN、PQ上滑动，定值电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，整个装置放在磁感应强度为B＝1.0 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于整个导轨平面，现用外力F拉着AB棒向右以v＝5 m/s的速度做匀速运动。
求：(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向；(2)导体棒AB两端的电压U AB。
二、电磁感应中的复杂电路问题例2如图所示，ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨，导体棒MN的长度为L＝2 m，电阻r＝1 Ω，有垂直abcd平面向下的匀强磁场，磁感强度B＝1.5 T，定值电阻R1＝4 Ω，R2＝20 Ω，当导体棒MN以v＝4 m/s的速度向左做匀速直线运动时，电流表的示数为0.45 A，灯泡L正常发光。
专题二：电磁感应中的电路问题
电阻R2上消耗的功率为： P2＝I2R2＝(0.2)2×25 W＝1 W 穿过螺线管的原磁场磁通量向左增加，螺线管中感应电 流的磁场方向向右，感应电流从b流向a，b端的电势高，a端 的电势低．由Uc＝0，有： Uc－Ua＝IR1＝0.2×3.5 V＝0.7 V 故Ua＝－0.7 V Ub－Uc＝IR2＝0.2×25 V＝5 V 故Ub＝5 V．
答案 3 8 W 3 4 W
专题：电磁感应中的电路问题
(3)拉ab棒的水平向右的外力F为多大？
解析 3 由平衡知识得：F＝BIl＝4 N.
3 答案 4 N
专题：电磁感应中的电路问题
例2：如图所示，由均匀导线 制成的半径为R的圆环，以速 度 v匀速进入一磁感应强度大 小为B的有界匀 强磁场，边界 如图中虚线所示.当圆环运 动 到图示位置(∠aOb＝90°)时 ，a、b两点的电势差为
专题：电磁感应中的电路问题
例5：如图甲所示，有一匝数n＝1500、横截面积S＝20 cm2、 电阻r＝1.5 Ω的螺线管，与螺线管串联的外电阻R1＝3.5 Ω， R2＝25 Ω．穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度方向向左， 大小随时间按图乙所示的规律变化．试计算电阻R2消耗的电功 率和a、b两点的电势(设c点的电势为零)．
点评 对于电磁感应问题，由法拉第电磁感应定律求出
感应电动势后，就可以将电磁感应问题等效为电路问题，再
运用电路的有关知识求解．
专题：电磁感应中的电路问题
(1)导体棒上产生的感应电动势E. 解析 ab棒匀速切割磁感线，产生的电动势为： E＝Blv＝3 V
答案 3 V
专题：电磁感应中的电路问题
(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少？
解析 R1R2 电ห้องสมุดไป่ตู้的总电阻为：R＝r＋ ＝4 Ω R1＋R2
专题五 电路与电磁感应 (2)——2023届高考物理大单元二轮复习讲重难
【例 1】答案：D 解析：A. 外壳不能使用金属材料，若使用金属材料外壳也会发生电磁感应，形成回路，消 耗能量，故 A 错误； B. 通过楞次定律结合右手螺旋法则，知电流由 d 流出，相当于电源正极， d 点电势高于 c 点，故 B 错误； C. 在送电线圈电压不变的情况下，增加送电线圈匝数不改变送电线圈的电流和周围的磁场， 不可以提高受电线圈的电压，故 C 错误； D. 根据电磁感应原理可知，接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同， 故 D 正确。
（1）解决电磁感应图象问题的一般步骤 ①明确图象的种类，即是 B t 图象还是 t 图象或者是 E t 图象、 I t 图象等。 ②分析电磁感应的具体过程。 ③用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。 ④结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等写出函数关系式.平张号 ⑤根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等。 ⑥应用图象信息画图象、判断图象或讨论各物理量的变化。
（2） B t I t 如图 1，规定垂直纸面向里为磁场正方向，顺时针为电流正方向，根据 B t 图象画出 I t 图象，如图 2。
为方便记忆，我们设定：伸出右手，让大拇指指向磁场正方向，环绕四指，如果四指 环绕方向为线圈中电流正方向，则称为“B、I 二者满足右手”；若环绕方向为线圈中电流负 方向，则称为“B、I 二者不满足右手”。
专题五 电路与电磁感应 （2）
第十讲 电磁感应及应用
——2023届高考大单元二轮复习讲重难
一、核心思路
二、重点知识
1.“三定则、一定律”的应用 （1）安培定则：判断运动电荷、电流产生的磁场方向。 （2）左手定则：判断磁场对运动电荷、电流的作用力的方向。 （3）右手定则：判断部分导体切割磁感线产生感应电流的方向。 （4）楞次定律：判断闭合电路磁通量发生变化产生的感应电流的方向。 2.求感应电动势的两种方法 （1） E n ，用来计算感应电动势的平均值。
2025高考物理总复习电磁感应中的电路和图像问题
端位于PQS上，OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁
场，磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到
OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到
B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则
B′ B
等于
5 A.4
√3 B.2
7 C.4
考点一 电磁感应中的电路问题和电荷量的计算
又q1＝q2， 即B12πr2R－41πr2＝B′－RB12πr2 所以BB′＝32，故选 B。
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电磁感应中的图像问题
考点二 电磁感应中的图像问题
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电磁感应中的电路问题和电荷量的计算
考点一 电磁感应中的电路问题和电荷量的计算
1.分析电磁感应中电路问题的基本思路
考点一 电磁感应中的电路问题和电荷量的计算
思考 “相当于电源”的导体两端的电势差就是电源的电动势吗？ 答案 导体两端的电势差与电源的电动势是两个不同的概念，导体两端 的电势差不是电源的电动势。当电路是断开状态时，等效电源两端的电 势差等于电源的电动势；当电路是闭合状态时，等效电源两端的电势差 为路端电压，与电动势不相等。
由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 E 感＝ Bdv＝Bd·ω2d＝Bω2d2，根据等效电路可知，圆环 部分电阻为 R 环＝R1＋1 R1＝R2，整个电路的总电阻 为 R 总＝R 环＋R＝32R，干路电流为 I＝ER感总＝B3ωRd2，a、b 两点的电势差 大小 Uab＝IR 环＝Bω6d2，故 B 错误；
注意： E 表示电动势的平均值， I 表示电流的平均值。电流变化时计算通 过导体横截面的电荷量时要用电流的平均值。
课件5：专题九 电磁感应中的电路和图象问题
一题一得 解决本题的关键是将电磁感应与电路的分析
与计算结合起来，弄清电路结构，应用电路的相关规律求解．
迁移训练1 如图9－3－7甲所示，水平放置的两根平行金属 导轨(不计电阻)，间距L＝0.3 m，导轨左端连接R＝0.6 Ω的电 阻．区域abcd内存在垂直于导轨平面B＝0.6 T的匀强磁场，磁 场区域宽D＝0.2 m，细金属棒A1和A2用长为2D＝0.4 m的轻质 绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直．每根金属棒 在导轨间的电阻均为r＝0.3 Ω，导轨电阻不计．使金属棒以恒 定速度v＝1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场．计算从金属棒A1进入 磁场(t＝0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电 流强度，并在图9－3－7乙中画出．
答案 CD
一题一得
用图象的斜率来分析，根据线圈中感应电流的方向来判断 线圈所在处的磁场的变化率，再反过来应用图象的变化率来判 断感应电流的方向，这个方法很重要．它说明了感应电流的方 向只与磁场的变化率有关，而与磁场的磁感应强度的大小和方 向无关，就像速度与位移的大小和方向无关，只与位移的变化 率有关一样．
例2 (多选)如图9－3－8甲所示，一个闭合线圈固定在垂直 纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向， 线圈中的箭头(顺时针)为电流I的正方向．线圈及线圈中感应电 流I随时间变化的图线如图9－3－8 乙所示，则磁感应强度B随 时间变化的图线可能是( )
图 9－3－8
解析 依题意，根据感应电流的图象，可知线圈中开始的 感应电流的大小不变，由法拉第电磁感应定律可知原磁场是均 匀变化的；又线圈中开始的电流是逆时针方向，感应电流的磁 场是垂直于纸面向外的，若原磁场是垂直于纸面向里的，由楞 次定律可知原磁场应是加强的，并且在 B－t 图象上的斜率为正 值．经过T4后，感应电流反向，说明原磁场是减弱的，图象的 斜率为负值，再过T2，图象的斜率为正值．所以选项 C、D 正 确．
高三物理大一轮复习专题 电磁感应中的电路和图象问题课件
掌握电磁感应中法拉第电磁感应定律 、楞次定律等基本原理，理解电路中 电流、电压、电阻等物理量的关系， 以及电磁感应过程中能量转化的过程 。
灵活运用公式，分析物理规律
总结词
掌握并灵活运用相关公式是解决电路和图象 问题的必要条件。
详细描述
熟悉欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电路分 析的公式，能够根据题目的具体条件选择合 适的公式进行计算和分析。同时，要理解并 掌握图象中各物理量的含义和关系，能够从 图象中获取有用的信息。
描述感应电流与感应电动势随时间变化的规律。
详细描述
在电磁感应现象中，当磁场发生变化时，会在导体中产生感应电流。感应电流的大小与感应电动势的大小成正比 。通过绘制感应电流与感应电动势的图象，可以直观地了解它们随时间的变化规律，进而分析电路的工作状态和 能量转换情况。
磁通量与感应电动势的图象
总结词
展示磁通量与感应电动势之间的关系。
详细描述
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。通过绘制磁通量与感应电动 势的图象，可以深入理解磁通量变化对感应电动势的影响，进一步图象问题解析
总结词
分析解决电磁感应中图象问题的思路和方法 。
详细描述
解决电磁感应中的图象问题需要综合运用法 拉第电磁感应定律、楞次定律和欧姆定律等 知识。首先，根据题意分析磁场和导体的运 动情况，确定感应电动势的大小和方向。其 次，根据电路连接情况，分析感应电流的方 向和大小。最后，根据物理规律绘制出相关
法拉第电磁感应定律
定律内容
当磁场发生变化时，会在导体中产生电动势，其大小与磁通量变化率成正比。
应用
发电机、变压器等设备的原理。
楞次定律
定律内容
当导体中的电流发生变化时，会在导体周围产生磁场，其方向与电流变化方向相 反。
电磁感应中的电路问题专题练习(含答案)
电磁感应中的电路问题专题练习1.用均匀导线做成的正方形线圈边长为I,正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以普的变化率增强时，则下列说法正确的是（）A.线圈中感应电流方向为adbcaB.线圈中产生的电动势E宅• fC.线圈中a点电势高于b点电势D.线圈中a,b两点间的电势差为芸£2.如图所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的重力，若闭合线框的电流分别为I a,I b,则l a :A.1B.1 : 2C.1D.不能确定3.在图中,EF,GH为平行的金属导轨，其电阻不计,R为电阻,C为电容器,AB为可在EF和GH上滑动的导体棒，有匀强磁场垂直于导轨平面.若用l i和|2分别表示图中该处导线中的电流，则当AB棒（D ）X *X *D.加速滑动时,I4. 如图所示,导体棒在金属框架上向右做匀加速运动，在此过程中V X£亠A. 电容器上电荷量越来越多B. 电容器上电荷量越来越少C. 电容器上电荷量保持不变D. 电阻R 上电流越来越大度进入右侧匀强磁场，如图所示.在每个线框进入磁场的过程中，M,N 两点间的电压分别为 gUsU c 和U.下列判断正确的是（）A. U a VUvUvUB.U a VUvUvUC. U a =U=U=UD.U b <U a <L l <L lA.匀速滑动时,I 1 = 0,1 2 = 0B.匀速滑动时,I i M0,I 2M0C.加速滑动时,I 1 = 0,1 2 = 0x MX 枫* X鼠K 具 K K5.用相同导线绕制的边长为 L 或2L 的四个闭合导体线框，以相同的速h N6.（多选）如图所示，MN,PQ是间距为L的平行光滑金属导轨，置于磁感应强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M,P间接有一阻值为R的电阻.一根与导轨接触良好、有效阻值为孚的金属导线ab 垂直导轨放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右匀速运动，不计导轨电阻，则（）X X X4 KP X x nAA.通电电阻R的电流方向为—R-MB.a,b两点间的电压为BLvC.a端电势比b端高D.外力F做的功等于电路中产生的焦耳热7.（多选）如图所示，电阻为r的均匀金属圆环放在图示的匀强磁场中磁感应强度为B,圆环直径为L,电阻为才长也为L的金属棒ab在圆环上从右向左以V0匀速滑动并保持与环良好接触.当ab运动到与环直径重合瞬间，棒两端电势差大小及电势高低为（）A.电势差为警B.电势差为警C.a点电势比b点高D.b点电势比a点高8.（多选）半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆，单位长度电阻均为忠圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下始,杆的位置由0确定，如图所示.则( )"冰：*DA. 0 =0时，杆产生的电动势为 2BavB. 0 =■时,杆产生的电动势为遐BavC. 0 =0时,杆受的安培力大小为磊盂D. 0违时,杆受的安培力大小为盈詁9. 以下各种不同的情况中R=0.1 Q ,运动导线长 动的速度都为v=10 m/s.除电阻R 外,其余各部分电阻均不计.匀强磁 场的磁感应强度B=0.3 T.试计算各情况中通过每个电阻 R 的电流大小和方向.画m10. 面积S=0.2 m 2,n=100匝的圆形线圈，处在如图所示的磁场内，磁感应强度随时间t 变化的规律是B=0.02t(T),R=3 Q ,C=30卩F,线圈电RttXX—Ir —V y■―叫厂H7(甲｝7A的匀强磁场，磁感应强度为B,杆在圆环上以速度 v 平行于直径CD 向 右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触 ,从圆环中心0开1=0.05 m,做匀速运阻r=1 Q ,求:磁场垂直,长为L 、电阻为扌的金属杆0A 一端在圆心，另一端在环上, 并可沿圆环转动.阻值为詐勺电阻一端与金属杆的0端相连,另一端与 环上C 点相连，若杆以角速度3逆时针转动，那么，阻值宇的电阻上的电—流在什么范围内变化？C12.(2016南昌调研)如图所示，匝数n=100匝、面积S=0.2 m 2、电阻 r=0.5 Q 的圆形线圈MN 处于垂直纸面向里的匀强磁场内，磁感应强度随时间按B=0.6+0.02t(T)的规律变化.处于磁场外的电阻R=3.5 Q ,R 2=6 Q ,电容C=30 a F,开关S 开始时未闭合，求:(1)闭合开关S 后，线圈两端M,N 两点间的电压U N 和电阻R 消耗的电功率;(2)闭合开关S 一段时间后又断开S,S 断开后通过R 的电荷量. 1、解析:根据楞次定律可知，选项A 错误;线圈中产生的电动势E 罟二¥ .等选项B 正确；线圈中的感应电流沿逆时针方向，所以a 点电势低 于b 点电势，选项C 错误；线圈左边的一半导线相当于电源，右边的一 半相当于外电路，a,b 两点间的电势差相当于路端电压，其大小为(1)通过R 的电流方向和 X K H4s 内通过导线横截面的电荷量；⑵电容器的电荷量.11.如图所示，半径为L 、电阻为R 的金属环与磁感应强度为 B 的匀强fLU==- •詈,选项D错误.2、解析：产生的感应电动势为E=Blv,由闭合电路欧姆定律得匸竽，又I b=2l a,由电阻定律知R=2R,故I a : I b=1 : 1.选项C正确.3、解析:导体棒水平运动时产生感应电动势，对整个电路，可把AB棒看做电源，等效电路如图所示.当棒匀速滑动时，电动势E不变，故I 1工0,1 2=0.当棒加速运动时，电动势E不断变大，电容器不断充电，故11工0,1 2工0.选项D正确.4、解析:导体棒匀加速运动，产生电动势越来越大，对电容器充电形成充电电流，电容器带电荷量均匀增大，充电电流保持不变，故选项A 正确.5、解析:每个线框进入磁场的过程中，仅有MN边做切割磁感线运动产生感应电动势，其余三条边是外电路，设长度为L的导线电阻为R,边长为L的导线切割磁感线产生感应电动势为E,由于以相同速度进入磁场，故边长为2L的导线切割磁感线产生感应电动势为2E,则U= 寻• 3R=E;Ub€ • 5R=E;U c罟-6R=E;U d罟• 4R=E,U a<U<U<U,选项B正确.6、解析：根据楞次定律或右手定则可判断出，通过电阻R的电流方向为MK R T P,选项A错误；导线ab相当于电源，电源电压E=BLv,内阻r=£所以a,b两点间的电压为路端电压，即U ab誉,选项B错误；在电源内部，电流从bTa,所以a 端电势比b 端高，选项C 正确；因为导线ab 在水平外力F 的作用下做匀速运动，所以安培力与外力F 等大反向,安培力做的功与外力F 做的功大小相等，又因为电路中产生的焦耳热 等于安培力做的功，所以电路中产生的焦耳热也等于外力 F 做的功, 选项D 正确.7、解析:当ab 与环直径重合时，匸驚，a，b 两点间电势差大小U=7,得U 營 由右手定则判断b 点电势高，选项BQ 正确.8解析：开始时刻，感应电动势E i =BLv=2Bav,故选项A 正确；0 =时,E 2=B- 2acos 夕-v=Bav,故选项 B 错误；由 L=2acos 0 ,E=BLv,□l=£R=R)[2acos 0 +( n +2 0 )a],得在 0 =0 时,F=甞諜故选项 C错误；0 =时F 羞侖,故选项D 正确.9、解析：题图（甲）中，两导线切割磁感线，产生的感应电流相互抵消，流过电阻R 的电流为0.题图（乙）中，两导线切割磁感线，均产生顺时针方向的电流，流过R 的 电流方向向右，大小为匸誓夕警y A=3 A.题图（丙）中，一导线切割磁感线，两外电阻并联，由右手定则知，流过 两电阻R 的电流方向向下,大小均为 冃x p = X 雾=X 哼严卯A=•兰 7ELIT1.5 A.题图（丁）中,一导线切割磁感线，内阻为R,两外电阻并联，由右手定则, 流过内阻R的电流方向向上，流过外电阻R的电流方向向下.流过内阻R的电流大小为I乎凸吒唸A=1 A,流过外电阻R的电流均为扌,即0.5 A.答案：见解析10、解析:（1）由法拉第电磁感应定律可得出线圈中的感应电动势，由欧姆定律可求得通过R的电流.由楞次定律可知电流的方向为逆时针通过R的电流方向为b-a,q=lt=±t=n^t=n 證=0.1 C.⑵ 由E二厝二n^=100X 0.2 X 0.02 V=0.4 V,二器A=0.1 A,U=L R=IR=0.1 X 3 V=0.3 V,-6 -6Q=C C=30X 10 X 0.3 C=9 X 10 C.答案:(1)b -a 0.1 C (2)9 X 10-6 C 11、解析:A在C点时金属圆环未接入电路中，则外电阻最小，如图所一 L LU 04沁5 I 2 示,E=BL • 二拒3 L ,c当A在C点正上方时环的电阻最大，外电阻最大，I『苣卫1 min-胡+1= .答案：竺?〜竺仝口木• 5左3住12、解析：内电路分析：圆形线圈构成内电路，由B=0.6+0.02t(T)知葺=0.02 T/S.外电路分析:S闭合后,R I,R2串联，电容器两端的电压同R两端的电压,U MN 为路端电压.(1)线圈中的感应电动势E咗二瞪S=100X 0.02 X 0.2 V=0.4 V,通过线圈的电流匸諾不春去:A=0.04 A,线圈两端M,N两点间的电压U MN=E-Ir=0.4 V-0.04 X 0.5 V=0.38 V.电阻R消耗的电功率R=I2R=0.042X 6 W=9.6X 10-3 W.(2)闭合开关后，电路稳定U=5=|R2=O.24 V,Q=C C=7.2 X 10-6 C.S断开后，电容器放电，通过R2的电荷量^ Q=7.2X 10-6 C. 答案:(1)0.38 V 9.6 X 10-3 W (2)7.2 X 10-6 C。
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专题电磁感应与电路 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN# 专题4 电磁感应与电路 思想方法提炼 电磁感应是电磁学的核心内容，也是高中物理综合性最强的内容之一，高考每年必考。题型有选择、填空和计算等，难度在中档左右，也经常会以压轴题出现。 在知识上，它既与电路的分析计算密切相关，又与力学中力的平衡、动量定理、功能关系等知识有机结合；方法能力上，它既可考查学生形象思维和抽象思维能力、分析推理和综合能力，又可考查学生运用数知识(如函数数值讨论、图像法等)的能力。 高考的热点问题和复习对策： 1.运用楞次定律判断感应电流(电动势)方向，运用法拉第电磁感应定律，计算感应电动势大小.注重在理解的基础上掌握灵活运用的技巧. 2.矩形线圈穿过有界磁场区域和滑轨类问题的分析计算。要培养良好的分析习惯，运用动力学知识，逐步分析整个动态过程，找出关键条件，运用运动定律特别是功能关系解题。 3.实际应用问题，如日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼等复习时应多注意。 此部分涉及的主要内容有： 1.电磁感应现象. (1)产生条件：回路中的磁通量发生变化. (2)感应电流与感应电动势：在电磁感应现象中产生的是感应电动势，若回路是闭合的，则有感应电流产生；若回路不闭合，则只有电动势，而无电流. (3)在闭合回路中，产生感应电动势的部分是电源，其余部分则为外电路. 2.法拉第电磁感应定律：E=n ，E=BLvsinq， 注意瞬时值和平均值的计算方法不同. 3.楞次定律三种表述： (1)感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化(涉及到：原磁场方向、磁通量增减、感应电流的磁场方向和感应电流方向等四方面).右手定则是其中一种特例. (2)感应电流引起的运动总是阻碍相对运动. (3)自感电动势的方向总是阻碍原电流变化. 4.相关链接 (1)受力分析、合力方向与速度变化，牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、匀速圆周运动、功和能的关系等力学知识. (2)欧姆定律、电流方向与电势高低、电功、电功率、焦耳定律等电路知识. (3)能的转化与守恒定律.
感悟 · 渗透 · 应用 【例1】三个闭合矩形线框Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处在同一竖直平面内，在线框的正上方有一条固定的长直导线，导线中通有自左向右的恒定电流，如图所示，若三个闭合线框分别做如下运动：Ⅰ沿垂直长直 导线向下运动，Ⅱ沿平行长直 导线方向平动，Ⅲ绕其竖直中心 轴OO′转动. (1)在这三个线框运动的过程中， 哪些线框中有感应电流产生 方向如何 (2)线框Ⅲ转到图示位置的瞬间，是否有感应电流产生 【解析】此题旨在考查感应电流产生的条件.根据直线电流周围磁场的特点，判断三个线框运动过程中，穿过它们的磁通量是否发生变化. (1)长直导线通有自左向右的恒定电流时，导线周围空间磁场的强弱分布不变，但离导线越远，磁场越弱，磁感线越稀；离导线距离相同的地方，磁场强弱相同.
t 线框Ⅰ沿垂直于导线方向向下运动，穿过它的磁通量减小，有感应电流产生，电流产生的磁场方向垂直纸面向里，根据楞次定律，感应电流的磁场方向也应垂直纸面向里，再由右手螺旋定则可判断感应电流为顺时针方向；线框Ⅱ沿平行导线方向运动，与直导线距离不变，穿过线框Ⅱ的磁通量不变，因此线框Ⅱ中无感应电流产生；线框Ⅲ绕OO′轴转动过程中，穿过它的磁通量不断变化，在转动过程中线框Ⅲ中有感应电流产生，其方向是周期性改变的. (2)线框Ⅲ转到图示位置的瞬间，线框中无感应电流，由于长直导线下方的磁场方向与纸面垂直，在该位置线框Ⅲ的两竖直边运动方向与磁场方向平行，不切割磁感线，所以无感应电流；从磁通量变化的角度考虑，图示位置是线框Ⅲ中磁通量从增加到最大之后开始减小的转折点，此位置感应电流的方向要发生变化，故此时其大小必为0. 【解题回顾】对瞬时电流是否存在应看回路中磁通量是否变化，或看回路中是否有一段导体做切割磁感线运动，要想知道线框在磁场中运动时磁通量怎样变化，必须知道空间的磁场强弱、方向分布的情况，对常见磁体及电流产生的磁场要相当熟悉. 【例2】如图所示，在倾角为θ的光滑的 斜面上，存在着两个磁感应强度相等的匀强磁场， 方向一个垂直斜面向上，另一个垂直斜面向下， 宽度均为L，一个质量为m，边长也为L的 正方形线框(设电阻为R)以速度v进入磁场时， 恰好做匀速直线运动.若当ab边到达gg′与ff′ 中间位置时，线框又恰好做匀速运动，则： (1)当ab边刚越过ff′时，线框加速度的值为多少 (2)求线框开始进入磁场到ab边到达gg′与ff′ 中点的过程中产生的热量是多少 【解析】此题旨在考查电磁感应与能量之间的关系.线框刚越过ff′时，两条边都在切割磁感线，其电路相当于两节相同电池的串联，并且这两条边还同时受到安培力的阻碍作用. (1)ab边刚越过ee′即做匀速直线运动，表明线框此时所受的合力为0，即
在ab边刚越过ff′时，ab、cd边都切割磁感线产生感应电动势，但线框的运动速度不能突变，则此时回路中的总感应电动势为E′=2BLv，设此时线框的加速度为a，则2BE′L/R-mgsinq=ma，a=4B2L2v/(Rm)-gsinq=3gsinq，方向沿斜面向上. (2)设线框再做匀速运动时的速度为v′，则mgsinq=(2B2L2v′/R)×2，即v′=v/4，从线框越过ee′到线框再做匀速运动过程中，设产生的热量为Q，则由能量守恒定律得:
【解题回顾】电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转化，适时选用能量守恒关系常会使求解很方便，特别是处理变加速直线运动或曲线运动问题. 【例3】如图所示，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可以按任意角架在水平导轨上， 并以速度v匀速滑动(平移)，v的方向 和da平行. 杆MN有电阻，每米长的电阻值为R.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θ角的值 (2)求杆MN上消耗的电功率为最大时θ角的值.
LRBLvBmgsin2223215sin23'2121sin23mvmgLmvmvLmgQ
【解析】如图所示，杆滑动时切割磁感线而产生感应电动势E=BLv，与q角无关.
以r表示两导轨间那段杆的电阻，回路中的电流为:
(1)电阻R上消耗的电功率为: 由于E和R均与q无关，所以r值最小时，PR值达最大.当杆与导轨垂直时两轨道间的杆长最短，r的值最小，所以PR最大时的q值为q=p/2. (2)杆上消耗的电功率为:
Pr=
要求Pr最大，即要求 取最大值.由于
显然，r=R时， 有极大值因每米杆长的电阻值为R，r=R即要求两导轨间的杆长为1m， 所以有以下两种情况： ①如果L≤1m，则q满足下式时r=R 1×sinq=L 所以q=arcsinL ②如果L＞1m，则两导轨间那段杆长总是大于1m，即总有r＞R由于
在r＞R的条件下，上式随r的减小而单调减小，r取最小值时， 取最小值，
取最大值，所以，Pr取最大值时q值为 【例4】如图所示，光滑的平行导轨P、Q相距 L=1m，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示 的电路，其中水平放置的平行板电容器C两极板间 距离d=10mm，定值电阻R1=R3=8Ω，R2=2Ω，导轨 电阻不计. 磁感应强度B=的匀强磁场竖直向下 穿过导轨面.当金属棒ab沿导轨向右匀速运动 (开关S断开)时，电容器两极板之间质量m=1×10-14kg、 带电量Q=-1×10-15C的微粒恰好静止不动；当S闭合时，微粒以加速度a=7m/s2向下做匀加速运动，取g=10m/s2，求： (1)金属棒ab运动的速度多大电阻多大 (2)S闭合后，使金属棒ab做匀速运动的外力的功率多大 【解析】(1)带电微粒在电容器两极板间静止时，受向上的电场力和向下的重力作用而
平衡，则得到:mg=
求得电容器两极板间的电压
由于微粒带负电，可知上极板电势高. 由于S断开，R1上无电流，R2、R3串联部分两端总电压等于U1，电路中的感应
电流，即通过R2、R3的电流为:
rREI222
)(rRRERIPR
222
)(rRrErI
2)(rRr
])(1[41)(22RrRrRrRr
2)(rRr
22)21()(RrRRrRr
2)(
RrRr
2)(Rrr2
dUq1
VVqmgdU11001.0101015141
AARRUI1.02813211 由闭合电路欧姆定律，ab切割磁感线运动产生的感应电动势为E=U1+Ir ① 其中r为ab金属棒的电阻 当闭合S后，带电微粒向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律，有:mg-U2q/d=ma
求得S闭合后电容器两极板间的电压:
这时电路中的感应电流为 I2=U2/R2=2A= 根据闭合电路欧姆定律有 ② 将已知量代入①②求得E=，r=2W 又因E=BLv ∴v=E/(BL)=×1)m/s=3m/s 即金属棒ab做匀速运动的速度为3m/s，电阻r=2W (2)S闭合后，通过ab的电流I2=，ab所受安培力F2=BI2L=×1×=ab以速度v=3m/s做匀速运动时，所受外力必与安培力F2大小相等、方向相反，即F=，方向向右(与v同向)，可见外力F的功率为: P=Fv=×3W= 【例5】已知某一区域的地下埋有一根与地面平行的直线电缆，电缆中通有变化的电流，在其周围有变化的磁场，因此，可以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来探测电缆的确切位置、走向和深度.当线圈平面平行地面时，a、c在两处测得试探线圈感应电动势为0，b、d两处测得试探线圈感应电动势不为0；当线圈平面与地面成45°夹角时，在b、d两处测得试探线圈感应电动势为0；经测量发现，a、b、c、d恰好位于边长为1m的正方形的四个顶角上， 如图所示，据此可以判定地下电缆在 两点连线的 正下方，离地表面的深度为 m.
【解析】当线圈平面平行地面时，a、c在两处测得试探线圈感应电动势为0，b、d两处测得试探线圈感应电动势不为0；可以判断出地下电缆在a、c两点连线的正下方；如图所示a′c′表示电缆，当线圈平面与地面成45°夹角时，在b、d两处测得试探线圈感应电动势
为0； 可判断出O′b垂直试 探线圈平面，则作出： Rt△OO′b，其中∠ObO′=45° 那么OO′=Ob= /2=(m). 【解题回顾】本题是一道电磁感应现象的实际应用的题目，将试探线圈产生感应电动势的条件应用在数学中，当线圈平面与地面成45°夹角时，在b、d两处测得试探线圈感应电动势为0，即电缆与在b、d两处时的线圈平面平行，然后作出立体几何的图形，便可用数学方法处理物理问题. 【例6】 在如图所示的水平导轨上（摩擦、电阻忽略不计），有竖直向下的匀强磁场，磁感强度B，导轨左端的间距为L1=4L0，右端间距为L2=L0。今在导轨上放置AC，DE两根导体棒，质量分别为m1=2m0，m2=m0，电阻R1=4R0，R2=R0。若AC棒以初速度V0向右运动，求AC棒运动的过程中产生的总焦耳热QAC，以及通过它们的总电量q。 【错解分析】错解：AC棒在磁场力的作用下，做变速运动。运动过程复杂，应从功能关系的角度来分析。由于没有摩擦，最后稳