高中物理第十一章电磁感应的会考知识点
高中物理知识点总结:磁场 电磁感应

磁场1.磁场:磁场是存在于磁体、电流周围的一种物质(1)磁场的基本特点:磁场对处于其中的磁体、电流有力的作用.(2)磁场方向的三种判断方法:a.小磁针N极受力的方向。
b.小磁针静止时N极的指向。
c.磁感线的切线方向.2.磁感线(1)在磁场中人为地画出一系列曲线,磁感线上某一点的切线方向也表示该点的磁场方向。
曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强,这一系列曲线称为磁感线.(2)磁铁外部的磁感线,都从磁铁N极出来,进入S极,在内部,由S极到N极,磁感线是闭合曲线;磁感线不相交,不相切。
(3)几种典型磁场的磁感线的分布: 右手螺旋定则判定通电直导线、环形电流、通电螺线管周围的磁场分布①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱.②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场.③环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱.④匀强磁场:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同.匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线.3.磁感应强度(1)定义:磁感应强度是表示磁场强弱的物理量,在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,受到的磁场力F跟电流I和导线长度L 的乘积IL的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度,定义式B=F/IL.单位T,1T=1N/(A·m).(2)磁感应强度是矢量,磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向,即通过该点的磁感线的切线方向。
(3)磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的,与放入的电流强度I的大小、导线的长短L的大小无关,与电流受到的力也无关,即使不放入载流导体,它的磁感应强度也照样存在,因此不能说B与F成正比,或B与IL成反比。
(4)磁感应强度B是矢量,遵守矢量分解合成的平行四边形定则,注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,并不是在该处的电流的受力方向。
4.磁场力:F=BILsinθ(θ为B与I的夹角),只要求B∥I,B⊥I两种情况;注意:只有电流和磁场之间有一定夹角时,磁场力才不为0。
第十一章 专题强化二十二 电磁感应中的电路及图像问题

专题强化二十二 电磁感应中的电路及图像问题目标要求 1.掌握电磁感应中电路问题的求解方法.2.会计算电磁感应电路问题中电压、电流、电荷量、热量等物理量.3.能够通过电磁感应图像,读取相关信息,应用物理规律求解问题.题型一 电磁感应中的电路问题1.电源和电阻2.解决电磁感应中的电路问题的基本步骤(1)“源”的分析: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流的方向(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)“路”的分析: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. (3)根据E =Bl v 或E =n ΔΦΔt ,结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识、电功率、焦耳定律等相关关系式联立求解.3.电磁感应中电路知识的关系图切割磁感线的电路问题例1 如图1所示,竖直平面内有一金属环,半径为a ,总电阻为R (指剪开拉直时两端的电阻),磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点A 连接的长度为2a 、电阻为R2的导体棒AB ,由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B 点的线速度大小为v ,则这时导体棒AB 两端的电压大小为( )图1A.Ba v 3B.Ba v6 C.2Ba v 3D .Ba v答案 A解析 当摆到竖直位置时,导体棒AB 产生的感应电动势为:E =B ·2a v =2Ba 0+v2=Ba v ,圆环被导体棒分为两个半圆环,两半圆环并联,并联电阻R 并=R 2×R 2R 2+R 2=R 4,电路电流:I =ER 2+R 4=4Ba v 3R ,AB 两端的电压为U AB =IR 并=Ba v3.磁通量变化的电路问题例2 在如图2甲所示的虚线框内有匀强磁场,设图甲所示磁场方向为正,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示.边长为l 、电阻为R 的正方形均匀线框abcd 有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线框平面,此时线框ab 边的发热功率为P ,则( )图2A .线框中的感应电动势为B 0l 2TB .线框中感应电流为P RC .线框cd 边的发热功率为P2D .c 、d 两端电势差U cd =3B 0l 24T答案 D解析 由题图乙可知,在每个周期内磁感应强度随时间均匀变化,线框中产生大小恒定的感应电流,设感应电流为I ,则对ab 边有,P =I 2·14R ,得I =2PR,选项B 错误;由闭合电路欧姆定律得,感应电动势为E =IR =2PR ,根据法拉第电磁感应定律得E =ΔΦΔt =ΔB Δt ·12l 2,由题图乙知,ΔB Δt =2B 0T ,联立解得E =B 0l 2T ,故选项A 错误;线框的四边电阻相等,电流相等,则发热功率相等,都为P ,故选项C 错误;由楞次定律判断可知,线框中感应电流方向为逆时针,则c 端电势高于d 端电势,U cd =34E =3B 0l 24T,故选项D 正确.1.(切割磁感线的电路问题)(2019·江苏南京市六校期末)如图3所示,两根相距为l 的平行直导轨ab 、cd ,b 、d 间连有一固定电阻R ,导轨电阻可忽略不计.MN 为放在ab 和cd 上的一导体杆,与ab 垂直,其电阻也为R .整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B ,磁场方向垂直于导轨所在平面(垂直纸面向里).现对MN 施力使它沿导轨方向以速度v 水平向右做匀速运动.设MN 两端电压的大小为U ,下列说法正确的是( )图3A .U =12Bl v ,流过固定电阻R 的感应电流由b 经R 到dB .U =Bl v ,流过固定电阻R 的感应电流由d 经R 到bC .MN 受到的安培力大小F =B 2l 2v2R ,方向水平向右D .MN 受到的安培力大小F =B 2l 2vR ,方向水平向左答案 A解析 根据法拉第电磁感应定律,MN 产生的电动势E =Bl v ,由于MN 的电阻与外电路电阻相同,所以MN 两端的电压U =12E =12Bl v ,根据右手定则可知流过固定电阻R 的感应电流由b 经R 到d ,故A 正确,B 错误;MN 受到的安培力大小F =B 2l 2v2R ,方向水平向左,故C 、D错误.题型二 电磁感应中的电荷量的计算计算电荷量的导出公式:q =n ΔФR 总在电磁感应现象中,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化闭合回路中就会产生感应电流,设在时间Δt 内通过导体横截面的电荷量为q ,则根据电流定义式I =qΔt 及法拉第电磁感应定律E=n ΔΦΔt ,得q =I Δt =E R 总Δt =n ΔΦR 总Δt Δt =n ΔΦR 总. 例3 (2018·全国卷Ⅰ·17)如图4,导体轨道OPQS 固定,其中PQS 是半圆弧,Q 为半圆弧的中点,O 为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM 是有一定电阻、可绕O 转动的金属杆,M 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( )图4A.54B.32C.74 D .2 答案 B解析 在过程Ⅰ中,根据法拉第电磁感应定律,有 E 1=ΔΦ1Δt 1=B ⎝⎛⎭⎫12πr 2-14πr 2Δt 1根据闭合电路欧姆定律,有I 1=E 1R且q 1=I 1Δt 1 在过程Ⅱ中,有 E 2=ΔΦ2Δt 2=(B ′-B )12πr 2Δt 2I 2=E 2Rq 2=I 2Δt 2又q 1=q 2,即B ⎝⎛⎭⎫12πr 2-14πr 2R =(B ′-B )12πr 2R所以B ′B =32.2.(电磁感应中电荷量的计算)(2019·江苏卷·14)如图5所示,匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的面积S =0.3 m 2、电阻R =0.6 Ω,磁场的磁感应强度B =0.2 T .现同时向两侧拉动线圈,线圈的两边在Δt =0.5 s 时间内合到一起.求线圈在上述过程中图5(1)感应电动势的平均值E ;(2)感应电流的平均值I ,并在图中标出电流方向; (3)通过导线横截面的电荷量q . 答案 (1)0.12 V(2)0.2 A 电流方向见解析图 (3)0.1 C解析 (1)感应电动势的平均值E =ΔФΔt磁通量的变化ΔФ=B ΔS联立可得E =B ΔSΔt ,代入数据得E =0.12 V ;(2)平均电流I =ER代入数据得I =0.2 A(电流方向见图);(3)电荷量q =I Δt代入数据得q=0.1 C.题型三电磁感应中的图像问题1.解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键.2.解题步骤(1)明确图像的种类,即是B-t图还是Φ-t图,或者E-t图、I-t图等;对切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及E-x图像和i-x图像;(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的对应关系;(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式;(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)画图像或判断图像.3.常用方法(1)排除法:定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项.(2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图像进行分析和判断.动生问题的图像例4(2018·全国卷Ⅱ·18)如图6,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为32l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是()图6答案 D解析设线路中只有一边切割磁感线时产生的感应电流为i.线框位移等效电路的连接电流0~l2I=2i(顺时针) l2~l I=0l~3l2I=2i(逆时针)3l2~2l I=0分析知,只有选项D符合要求.感生问题的图像例5将一段导线绕成如图7甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是()图7答案 B解析 根据B -t 图像可知,在0~T2时间内,B -t 图线的斜率为负且为定值,根据法拉第电磁感应定律E =n ΔBΔt S 可知,该段时间圆环区域内感应电动势和感应电流是恒定的,由楞次定律可知,ab 中电流方向为b →a ,再由左手定则可判断ab 边受到向左的安培力,且0~T2时间内安培力恒定不变,方向与规定的正方向相反;在T2~T 时间内,B -t 图线的斜率为正且为定值,故ab 边所受安培力大小仍恒定不变,但方向与规定的正方向相同.综上可知,B 正确.3.(感生问题的图像)(2019·山东济宁市第二次摸底)如图8甲所示,在线圈l 1中通入电流i 1后,在l 2上产生的感应电流随时间变化的规律如图乙所示,l 1、l 2中电流的正方向如图甲中的箭头所示.则通入线圈l 1中的电流i 1随时间t 变化的图像是下列选项图中的( )图8答案 D解析 因为感应电流大小不变,根据法拉第电磁感应定律得:I =ER =nΔΦΔt R =n ΔBΔt S R,而线圈l 1中产生的磁场变化是因为电流发生了变化,所以I =n ΔB Δt S R ∝n ΔiΔtS R ,所以线圈l 1中的电流均匀改变,A 、C 错误;根据题图乙,0~T4时间内感应电流磁场向左,所以线圈l 1产生的磁场向左减小,或向右增大,B 错误,D 正确.4.(动生问题的图像)如图9所示,直角三角形ADC 区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,AD 边长为2L ,直角三角形导线框abc 与直角三角形ADC 相似,ab 边长为L ,∠ACD =∠acb =30°,线框在纸面内,且bc 边和DC 边在同一直线上,bc 边为导线,电阻不计,ab 边和ac 边由粗细均匀的金属杆弯折而成.现用外力使线框以速度v 匀速向右运动通过磁场区域,则线框在通过磁场的过程中,U ab 随时间变化的关系图像正确的是( )图9答案 B解析 本题可以采用排除法,根据右手定则可知,线框进入磁场和出磁场的过程中,a 点电势均低于b 点电势,U ab 均为负值、不为零,由此排除A 、C 、D 选项.课时精练1.如图1所示,在一磁感应强度B =0.5 T 的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根相距L =0.1 m 的平行金属导轨MN 和PQ ,导轨电阻忽略不计,在两根导轨的端点N 、Q 之间连接一阻值R =0.3 Ω的电阻.导轨上垂直放置着金属棒ab ,其接入电路的电阻r =0.2 Ω.当金属棒在水平拉力作用下以速度v =4.0 m/s 向左做匀速运动时( )图1A .ab 棒所受安培力大小为0.02 NB .N 、Q 间电压为0.2 VC .a 端电势比b 端电势低D .回路中感应电流大小为1 A 答案 A解析 ab 棒产生的感应电动势E =BL v =0.2 V ,感应电流I =ER +r =0.4 A ,ab 棒受到的安培力F =BIL =0.02 N ,A 正确,D 错误;N 、Q 之间的电压U =RR +r E =0.12 V ,B 错误;由右手定则得a 端电势较高,C 错误.2.如图2所示是两个相互连接的金属圆环,小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一,磁场垂直穿过大金属环所在区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在大环内产生的感应电动势为E ,则a 、b 两点间的电势差为( )图2A.12EB.13EC.23E D .E答案 B解析 a 、b 间的电势差等于路端电压,而小环电阻占电路总电阻的13,故a 、b 间电势差为U=13E ,选项B 正确. 3.下列四个选项图中,虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场.A 、B 中的导线框为正方形,C 、D 中的导线框为直角扇形.各导线框均绕垂直纸面的轴O 在纸面内匀速转动,转动方向如箭头所示,转动周期均为T .从线框处于图示位置时开始计时,以在OP 边上从P 点指向O 点的方向为感应电流i 的正方向.则在如图A 、B 、C 、D 所示的四个情景中,产生的感应电流i 随时间t 的变化规律如图3中i -t 图像所示的是( )图3答案 C解析 由题图i -t 图像可知感应电流在一段时间恒定,根据I =Bl v R,可知l 不变,即导线框应为扇形;由右手定则可判断出产生的感应电流i 随时间t 的变化规律如题中i -t 图像所示的是选项C.4.(2020·浙江7月选考·12)如图4所示,固定在水平面上的半径为r 的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场.长为l 的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴OO ′上,随轴以角速度ω匀速转动.在圆环的A 点和电刷间接有阻值为R 的电阻和电容为C 、板间距为d 的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态.已知重力加速度为g ,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是( )图4A .棒产生的电动势为12Bl 2ω B .微粒的电荷量与质量之比为2gd Br 2ωC .电阻消耗的电功率为πB 2r 4ω2RD .电容器所带的电荷量为CBr 2ω答案 B解析 由法拉第电磁感应定律知棒产生的电动势U =12Br 2ω,故A 错误;对极板间微粒受力分析,如图所示,微粒静止,则mg =qE =q U ′d ,得q m =gd U ′,而电容器两极板间电势差与电源电动势相等,即U =U ′,故q m =2gd Br 2ω,故B 正确;电路中电流I =U R =Br 2ω2R,则电阻R 消耗的电功率P =I 2R =B 2r 4ω24R ,故C 错误;电容器所带的电荷量Q =CU ′=CBr 2ω2,故D 错误.5.在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1 m 2,线圈电阻为1 Ω.规定线圈中感应电流I 的正方向从上往下看是顺时针方向,如图5甲所示,磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示.以下说法正确的是( )图5A .在0~2 s 时间内,I 的最大值为0.1 AB .在3~5 s 时间内,I 的大小越来越小C .前2 s 内,通过线圈某截面的总电荷量为0.01 CD .第3 s 内,线圈的发热功率最大答案 C解析 0~2 s 时间内,t =0时刻磁感应强度变化率最大,感应电流最大,I =E R =ΔB ·S Δt ·R=0.01 A ,A 错误;3~5 s 时间内电流大小不变,B 错误;前2 s 内通过线圈某截面的电荷量q =ΔΦR =ΔB ·S R=0.01 C ,C 正确;第3 s 内,B 没有变化,线圈中没有感应电流产生,则线圈的发热功率最小,D 错误.6.(2020·江苏无锡市期末)有一磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图6甲所示的匀强磁场.现有如图乙所示的直角三角形导线框abc 水平放置,放在匀强磁场中保持静止不动,t =0时刻,磁感应强度B的方向垂直纸面向里,设产生的感应电流i顺时针方向为正,竖直边ab所受安培力F的方向水平向左为正.则下面关于F和i随时间t变化的图像正确的是()图6答案 A解析在0~3 s时间内,磁感应强度随时间线性变化,由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势恒定,回路中感应电流恒定,由F=BIL可知,安培力与磁感应强度成正比,又由楞次定律判断出回路中感应电流的方向应为顺时针方向,即正方向,0~2 s内安培力水平向右,为负方向,2~3 s内安培力水平向左,为正方向,在3~4 s时间内,磁感应强度恒定,感应电动势为零,感应电流为零,安培力为零,同理可判断出4~7 s内的安培力变化情况,故B、C错误,A正确;0~3 s时间内,磁感应强度随时间线性变化,由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势恒定,回路中感应电流恒定,故D错误.7.边长为a的闭合金属正三角轻质框架,左边竖直且与磁场右边界平行,完全处于垂直于框架平面向里的匀强磁场中,现把框架匀速水平向右拉出磁场,如图7所示,则下列图像与这一拉出过程相符合的是( )图7答案 C解析 设正三角形轻质框架开始出磁场的时刻t =0,则其切割磁感线的有效长度L =2x tan 30°=233x ,则感应电动势E 电动势=BL v =233B v x ,则C 项正确,D 项错误;框架匀速运动,故F 外力=F 安=B 2L 2v R =4B 2x 2v 3R∝x 2,A 项错误;P 外力功率=F 外力v ∝F 外力∝x 2,B 项错误. 8.(2020·江苏苏州市调研)如图8所示,在自行车车轮的辐条上固定有一个小磁铁,前叉上相应位置(纸面外侧)处安装了小线圈,在车前进车轮转动过程中线圈内会产生感应电流,从垂直于纸面向里看,下列i -t 图像中正确的是(感应电流i 逆时针方向为正)( )图8答案 D解析 磁铁靠近线圈时,线圈中向外的磁通量增大,根据楞次定律可知感应电流产生的磁场向里,根据安培定则可知线圈中感应电流方向为顺时针方向(负方向);当磁铁离开线圈时,线圈中向外的磁通量减小,根据楞次定律可知感应电流产生的磁场向外,根据安培定则可知线圈中感应电流方向为逆时针方向(正方向),A 、B 、C 错误,D 正确.9.(2019·全国卷Ⅱ·21改编)如图9,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为θ,导轨电阻忽略不计.虚线ab、cd均与导轨垂直,在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场时加速度恰好为零.从PQ进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止,流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是()图9A.①③B.②③C.①④D.②④答案 C解析根据题述,PQ进入磁场时加速度恰好为零,两导体棒从同一位置释放,则两导体棒进入磁场时的速度相同,产生的感应电动势大小相等,若释放两导体棒的时间间隔足够长,在PQ通过磁场区域一段时间后MN进入磁场区域,根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可知流过PQ的电流随时间变化的图像可能是①;若释放两导体棒的时间间隔较短,在PQ没有出磁场区域时MN就进入磁场区域,则两棒在磁场区域中运动时回路中磁通量不变,两棒不受安培力作用,二者在磁场中做加速运动,PQ出磁场后,MN切割磁感线产生感应电动势和感应电流,且感应电流一定大于I1,受到安培力作用,由于安培力与速度成正比,则MN所受的安培力一定大于MN的重力沿导轨平面方向的分力,所以MN一定做减速运动,回路中感应电流减小,流过PQ的电流随时间变化的图像可能是④.故选C.10.如图10所示为两个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直于纸面向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧L处有一边长为L的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平面与磁场方向垂直.现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域,以初始位置为计时起点,规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正,磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ的方向为正,外力F向右为正.线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图像正确的是()图10答案 D解析线框运动L时开始进入磁场,磁通量开始增大,当线框全部进入时,磁通量达到最大,此后向外的磁通量增大,总磁通量减小,当运动到2.5L时,磁通量最小,故选项A错误;当线框进入第一个磁场时,由E=BL v可知,E保持不变,而开始进入第二个磁场时,两边同时切割磁感线,电动势应为2BL v,故选项B错误;因安培力总是与运动方向相反,故外力F应一直向右,故选项C错误;外力F的功率P=F v,因速度不变,而线框进入第一个磁场时,电流为定值,F也为定值.两边分别在两个磁场中时,电流加倍,回路中总电动势加倍,功率变为原来的4倍,此后线框从第二个磁场中离开时,安培力应等于线框进入第一个磁场时的安培力,所以功率应等于进入第一个磁场时的功率,故选项D正确.11.(2020·江西新余市期末)如图11甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5 m,电阻不计,左端通过导线与阻值R=2 Ω的电阻连接,右端通过导线与阻值R L=4 Ω的小灯泡L连接.在CDFE矩形区域内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,CE长l=2 m,有一阻值r=2 Ω的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处(恰好不在磁场中).CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化的图像如图乙所示.在t=4 s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中,小灯泡的亮度没有发生变化.求:图11(1)通过小灯泡的电流;(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.答案(1)0.1 A(2)1 m/s解析 (1)在t =0至t =4 s 内,金属棒PQ 保持静止,磁场变化导致电路产生感应电动势,等效电路为r 与R 并联,再与R L 串联,电路的总电阻R 总=R L +Rr R +r=5 Ω,此时感应电动势:E =ΔΦΔt =dl ΔB Δt =0.5×2×0.5 V =0.5 V ,通过小灯泡的电流I =E R 总=0.1 A. (2)当金属棒在磁场区域中运动时,由金属棒切割磁感线产生电动势,等效电路为R 与R L 并联,再与r 串联,此时电路的总电阻R 总′=r +RR L R +R L =⎝ ⎛⎭⎪⎫2+2×42+4 Ω=103 Ω,由于灯泡中电流不变,所以灯泡的电流I L =I =0.1 A ,则流过金属棒的电流为I ′=I L +I R =I L +R L I L R =0.3 A ,电动势E ′=I ′R 总′=Bd v ,解得金属棒PQ 在磁场区域中运动的速度大小为v =1 m/s.。
高中物理电磁感应知识点总结

高中物理电磁感应知识点总结1。
电磁感应的实质是:感应电流在磁场中受到力的作用。
当一个导体切割磁感线时,就会在其周围产生一个感应电流(洛伦兹力),这个电流的方向与原来的电流的方向和大小相反,但二者间的作用总是互相的,因此,我们把这种电流称为“感生电流”。
2。
电磁感应现象发生的条件:感应电流的产生、闭合电路的一部分处于磁场中、穿过闭合电路的磁通量发生变化。
3。
在安培力作用下的导体中会产生电流。
这个电流的方向与安培力的方向垂直。
4。
法拉第电磁感应定律:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就有电流产生,这个电流的方向跟产生这个电流的磁场的方向和磁感线的方向有关,而与切割运动的速度无关,即:。
5。
发电机:由线圈、磁极、铁芯和机座等组成。
通电线圈在磁场中受到力的作用,从而使机座带动转子旋转,机座上装有发电机的铁芯,铁芯中有两个闭合线圈,分别叫主线圈和副线圈。
主副线圈的位置相对,它们都是在同一铁芯上绕制的,磁通穿过主线圈和副线圈时会在两线圈中产生感应电势。
副线圈有自己的磁极,可以用来产生电流。
2。
电磁感应现象发生的条件:感应电流的产生、闭合电路的一部分处于磁场中、穿过闭合电路的磁通量发生变化。
3。
在安培力作用下的导体中会产生电流。
这个电流的方向与安培力的方向垂直。
4。
法拉第电磁感应定律:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就有电流产生,这个电流的方向跟产生这个电流的磁场的方向和磁感线的方向有关,而与切割运动的速度无关,即:。
5。
发电机:由线圈、磁极、铁芯和机座等组成。
通电线圈在磁场中受到力的作用,从而使机座带动转子旋转,机座上装有发电机的铁芯,铁芯中有两个闭合线圈,分别叫主线圈和副线圈。
主副线圈的位置相对,它们都是在同一铁芯上绕制的,磁通穿过主线圈和副线圈时会在两线圈中产生感应电势。
副线圈有自己的磁极,可以用来产生电流。
6。
闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中也会产生电流。
高中物理-电磁感应知识点总结

高中物理-电磁感应知识点总结我跟你说啊,电磁感应这东西,就像一个调皮的小鬼,你要是不把它琢磨透喽,它就老是在你物理试卷上捣乱。
我记得我上学那会啊,一看到电磁感应相关的题目,那脑袋就跟那被麻绳缠了一圈又一圈似的,乱得很。
电磁感应啊,首先你得知道啥是磁通量。
这磁通量就像一群小蚂蚁搬家,磁场就好比是它们的路线,这个面积呢,就是它们要经过的地盘。
磁通量的变化啊,就像突然有个调皮孩子在蚂蚁搬家的路上放了块大石头,改变了它们的路线或者地盘大小。
这时候,感应电动势就冒出来了,就好像是小蚂蚁们生气了,要反抗一下这个变化。
法拉第电磁感应定律,这可是个大人物啊。
这定律就像是一把万能钥匙,能打开电磁感应好多好多问题的锁。
E = nΔΦ/Δt 这个公式啊,我当时瞅着就头疼。
n就像一群小伙伴的数量,ΔΦ就是磁通量的变化量,这Δt呢,就是这个变化发生的时间。
就好比一群小伙伴在规定时间内完成了某项任务,这任务就是磁通量的变化。
你可别小瞧这个公式,在那些个复杂的线圈、磁场变化的题目里,它就像一盏明灯,虽然有时候我感觉这盏明灯有点晃眼。
楞次定律就更有趣了。
它就像一个老顽固,总是和那些变化对着干。
感应电流产生的磁场啊,总是要阻碍原来磁通量的变化。
就像你想把一扇门推开,突然有个看不见的手在后面拉着,不让你那么容易推开。
我那时候就和同桌争论这个楞次定律,我说这定律咋这么别扭呢。
同桌就笑着说:“你看啊,这就像两个人拔河,原磁场想让磁通量变,感应电流产生的磁场就非要拉回来一点。
”我一听,好像还真是这么个理儿。
还有自感现象,这就像一个人突然变得很敏感。
线圈自己突然对自己产生感应电动势了,就好像一个人突然发现自己变了,然后就开始自己跟自己较劲。
我做那些自感现象的实验题的时候,就想象自己是那个线圈,电流就像水流,当开关断开或者闭合的时候,就像突然有人把水闸给动了一下,我这个“线圈”就会有不同的反应。
电磁感应这一块啊,那些个导体棒在磁场里运动的题目也特别多。
高中物理-第一篇 专题四 第11讲 电磁感应

第11讲 电磁感应 命题规律 1.命题角度:(1)楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用;(2)电磁感应中的图象问题;(3)电磁感应中的动力学与能量问题.2.常用方法:排除法、函数法.3.常考题型:选择题、计算题.考点一 楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用1.感应电流方向的判断(1)楞次定律:线圈面积不变,磁感应强度发生变化的情形,往往用楞次定律.(2)右手定则:导体棒切割磁感线的情形往往用右手定则.2.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”;(2)阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”;(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——一般情况下为“增缩减扩”;(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——一般情况下为“增反减同”.3.求感应电动势的方法(1)法拉第电磁感应定律:E =n ΔΦΔt ⎩⎨⎧ S 不变时,E =nS ΔB Δt B 不变时,E =nB ΔS Δt(2)导体棒垂直切割磁感线:E =Bl v .(3)导体棒以一端为圆心在垂直匀强磁场的平面内匀速转动:E =12Bl 2ω. (4)线圈绕与磁场垂直的轴匀速转动(从线圈位于中性面开始计时):e =nBSωsin ωt .4.通过回路截面的电荷量q =I Δt =n ΔΦR 总Δt Δt =n ΔΦR 总.q 仅与n 、ΔΦ和回路总电阻R 总有关,与时间长短无关,与Φ是否均匀变化无关.例1 (多选)(2022·广东卷·10)如图所示,水平地面(Oxy 平面)下有一根平行于y 轴且通有恒定电流I 的长直导线.P 、M 和N 为地面上的三点,P 点位于导线正上方,MN 平行于y 轴,PN 平行于x 轴.一闭合的圆形金属线圈,圆心在P 点,可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动,运动过程中线圈平面始终与地面平行.下列说法正确的有( )A .N 点与M 点的磁感应强度大小相等,方向相同B .线圈沿PN 方向运动时,穿过线圈的磁通量不变C .线圈从P 点开始竖直向上运动时,线圈中无感应电流D .线圈从P 到M 过程的感应电动势与从P 到N 过程的感应电动势相等答案 AC解析 依题意,M 、N 两点连线与长直导线平行,两点与长直导线的距离相等,根据右手螺旋定则可知,通电长直导线在M 、N 两点产生的磁感应强度大小相等、方向相同,故A 正确;根据右手螺旋定则,线圈在P 点时,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线相等,磁通量为零,在向N 点平移过程中,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线不再相等,穿过线圈的磁通量发生变化,故B 错误;根据右手螺旋定则,线圈从P 点竖直向上运动过程中,穿进线圈中的磁感线与穿出线圈中的磁感线始终相等,穿过线圈的磁通量始终为零,没有发生变化,线圈中无感应电流,故C 正确;线圈从P 点到M 点与从P 点到N 点,穿过线圈的磁通量变化量相同,依题意从P 点到M 点所用时间较从P 点到N 点的时间长,根据法拉第电磁感应定律,可知两次的感应电动势不相等,故D 错误.例2 (多选)(2021·辽宁卷·9)如图(a)所示,两根间距为L 、足够长的光滑平行金属导轨竖直放置并固定,顶端接有阻值为R 的电阻,垂直导轨平面存在变化规律如图(b)所示的匀强磁场,t =0时磁场方向垂直纸面向里.在t =0到t =2t 0的时间内,金属棒水平固定在距导轨顶端L 处;t =2t 0时,释放金属棒.整个过程中金属棒与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻不计,则( )A .在t =t 02时,金属棒受到安培力的大小为B 02L 3t 0RB .在t =t 0时,金属棒中电流的大小为B 0L 2t 0RC .在t =3t 02时,金属棒受到安培力的方向竖直向上 D .在t =3t 0时,金属棒中电流的方向向右答案 BC解析 由题图(b)可知在0~t 0时间段内闭合回路产生的感应电动势为E =ΔΦΔt =B 0L 2t 0,根据闭合电路欧姆定律有,此时间段内的电流为I =E R =B 0L 2Rt 0,在t 02时磁感应强度大小为B 02,此时安培力大小为F =B 02IL =B 02L 32Rt 0,故A 错误,B 正确;由题图(b)可知,在t =3t 02时,磁场方向垂直纸面向外并逐渐增大,根据楞次定律可知产生顺时针方向的电流,再由左手定则可知金属棒受到的安培力方向竖直向上,故C 正确;由题图(b)可知,在t =3t 0时,磁场方向垂直纸面向外,金属棒向下掉的过程中穿过回路的磁通量增加,根据楞次定律可知金属棒中的感应电流方向向左,故D 错误.考点二 电磁感应中的图象问题1.电磁感应中常见的图象常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图象.2.解答此类问题的两个常用方法(1)排除法:定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况,把握三个关注,快速排除错误的选项.这种方法能快速解决问题,但不一定对所有问题都适用.(2)函数关系法:根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系,再对图象作出判断,这种方法得到的结果准确、详细,但不够简捷.例3 (多选)(2022·河北卷·8)如图,两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,一根导轨位于x 轴上,另一根由ab 、bc 、cd 三段直导轨组成,其中bc 段与x 轴平行,导轨左端接入一电阻R .导轨上一金属棒MN 沿x 轴正向以速度v 0保持匀速运动,t =0时刻通过坐标原点O ,金属棒始终与x 轴垂直.设运动过程中通过电阻的电流强度为i ,金属棒受到安培力的大小为F ,金属棒克服安培力做功的功率为P ,电阻两端的电压为U ,导轨与金属棒接触良好,忽略导轨与金属棒的电阻.下列图象可能正确的是( )答案 AC解析 在0~L v 0时间内,在某时刻金属棒切割磁感线的长度L =l 0+v 0t tan θ(θ为ab 与ad 的夹角),则根据E =BL v 0,可得I =BL v 0R =B v 0R(l 0+v 0t tan θ),可知回路电流均匀增加;安培力F =B 2L 2v 0R =B 2v 0R (l 0+v 0t tan θ)2,则F -t 关系为二次函数关系,但是不过原点;安培力做功的功率P =F v 0=B 2L 2v 02R =B 2v 02R (l 0+v 0t tan θ)2,则P -t 关系为二次函数关系,但是不过原点;电阻两端的电压等于金属棒产生的感应电动势,即U =E =BL v 0=B v 0(l 0+v 0t tan θ),即U -t 图象是不过原点的直线;根据以上分析,可排除B 、D 选项;在L v 0~2L v 0时间内,金属棒切割磁感线的长度不变,感应电动势E 不变,感应电流I 不变,安培力F 大小不变,安培力的功率P 不变,电阻两端电压U 保持不变;同理可判断,在2L v 0~3L v 0时间内,金属棒切割磁感线长度逐渐减小,金属棒切割磁感线的感应电动势E 均匀减小,感应电流I 均匀减小,安培力F 大小按照二次函数关系减小,但是不能减小到零,与0~L v 0内是对称的关系,安培力的功率P 按照二次函数关系减小,但是不能减小到零,与0~L v 0内是对称的关系,电阻两端电压U 按线性均匀减小,综上所述选项A 、C 可能正确,B 、D 错误.例4 (多选)(2022·安徽省六校第二次联考)如图所示,水平面内有一足够长平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直.阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好.开关S由1掷到2时开始计时,q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图象可能正确的是()答案ACD解析开关S由1掷到2,电容器放电后会在电路中产生电流且此刻电流最大,导体棒通有电流后会受到安培力的作用产生加速度而加速运动,导体棒切割磁感线产生感应电动势,导体棒速度增大,则感应电动势E=Bl v增大,则实际电流减小,安培力F=BIL减小,加速度a=Fm即减小,因导轨光滑,所以在有电流通过棒的过程中,棒是一直做加速度减小的加速运动(变加速),故a-t图象即选项D是正确的;导体棒运动产生感应电动势会给电容器充电,当充电和放电达到一种平衡时,导体棒做匀速运动,因此最终电容器两端的电压能稳定在某个不为0的数值,即电容器的电荷量应稳定在某个不为0的数值(不会减少到0),电路中无电流,故B错误,A、C正确.考点三电磁感应中的动力学与能量问题1.电磁感应综合问题的解题思路2.求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流恒定的情况;(2)功能关系:Q=W克安(W克安为克服安培力做的功);(3)能量转化:Q =ΔE (其他能的减少量).例5 (多选)(2022·全国甲卷·20)如图,两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上,在导轨的左端接入电容为C 的电容器和阻值为R 的电阻.质量为m 、阻值也为R 的导体棒MN 静止于导轨上,与导轨垂直,且接触良好,导轨电阻忽略不计,整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中.开始时,电容器所带的电荷量为Q ,合上开关S 后( )A .通过导体棒MN 电流的最大值为Q RCB .导体棒MN 向右先加速、后匀速运动C .导体棒MN 速度最大时所受的安培力也最大D .电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热答案 AD解析 开始时电容器两极板间的电压U =Q C ,合上开关瞬间,通过导体棒的电流I =U R =Q CR ,随着电容器放电,通过电阻、导体棒的电流不断减小,所以在开关闭合瞬间,导体棒所受安培力最大,此时速度为零,A 项正确,C 项错误;由于回路中有电阻与导体棒,最终电能完全转化为焦耳热,故导体棒最终必定静止,B 项错误;由于导体棒切割磁感线,产生感应电动势,所以通过导体棒的电流始终小于通过电阻的电流,由焦耳定律可知,电阻R 上产生的焦耳热大于导体棒MN 上产生的焦耳热,D 项正确.例6 (2022·山东济南市一模)如图所示,在水平虚线下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B .磁场上方某高度处有一个正方形金属线框,线框质量为m ,电阻为R ,边长为L .某时刻将线框以初速度v 0水平抛出,线框进入磁场过程中速度不变,运动过程中线框始终竖直且底边保持水平.磁场区域足够大,忽略空气阻力,重力加速度为g ,求:(1)线框进入磁场时的速度v ;(2)线框进入磁场过程中产生的热量Q .答案 (1)v 02+m 2g 2R 2B 4L 4,速度方向与水平方向夹角的正切值为mgRB 2L 2v 0(2)mgL 解析 (1)当线框下边界刚进入磁场时,由于线框速度不变,对线框进行受力分析有BIL=mg由欧姆定律可得I=ER线框切割磁感线,由法拉第电磁感应定律可得E=BL v y由速度的合成与分解可得v=v02+v y2联立求解可得v=v02+m2g2R2B4L4设此时速度方向与水平面的夹角为θ,则tan θ=v yv0=mgR B2L2v0即此时速度方向与水平方向夹角的正切值为mgRB2L2v0.(2)线框进入磁场过程中速度不变,则从进入磁场开始到完全进入磁场,由能量守恒定律得Q=mgL.例7(2022·河南洛阳市模拟)如图甲所示,金属导轨MN和PQ平行,间距L=1 m,与水平面之间的夹角α=37°,匀强磁场磁感应强度大小B=2.0 T,方向垂直于导轨平面向上,MP 间接有阻值R=1.5 Ω的电阻,质量m=0.5 kg,接入电路中电阻r=0.5 Ω的金属杆ab垂直导轨放置,金属杆与导轨间的动摩擦因数为μ=0.2.现用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,使其由静止开始运动,当金属杆上滑的位移x=3.8 m时达到稳定状态,金属杆始终与导轨接触良好,对应过程的v-t图象如图乙所示.取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,导轨足够长且电阻不计.求:(1)恒力F的大小及金属杆的速度为0.4 m/s时的加速度大小;(2)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态,通过电阻R的电荷量;(3)从金属杆开始运动到刚达到稳定状态,金属杆上产生的焦耳热.答案(1)5.8 N 2.4 m/s2(2)3.8 C(3)1.837 5 J解析(1)当金属杆匀速运动时,由平衡条件得F=μmg cos 37°+mg sin 37°+F安由题图乙知v =1 m/s ,则F 安=BIL =B 2L 2v R +r =2 N 解得F =5.8 N当金属杆的速度为0.4 m/s 时F 安1=BI 1L =B 2L 2v 1R +r=0.8 N 由牛顿第二定律有F -μmg cos 37°-mg sin 37°-F 安1=ma解得a =2.4 m/s 2.(2)由q =I ·ΔtI =E R +rE =ΔΦΔt 得q =ΔΦR +r =BLx R +r=3.8 C. (3)从金属杆开始运动到刚到达稳定状态,由动能定理得(F -μmg cos 37°-mg sin 37°)x +W 安=12m v 2-0 又Q =|W 安|=7.35 J ,所以解得Q r =r R +rQ =1.837 5 J.1.(多选)(2022·河南郑州市二模)在甲、乙、丙图中,MN 、PQ 是固定在同一水平面内足够长的平行金属导轨.导体棒ab 垂直放在导轨上,导轨都处于垂直水平面向下的匀强磁场中,导体棒和导轨间的摩擦不计,导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略,甲图中的电容器C 原来不带电.现给导体棒ab 一个向右的初速度v 0,对甲、乙、丙图中导体棒ab 在磁场中的运动状态描述正确的是( )A .甲图中,棒ab 最终做匀速运动B .乙图中,棒ab 做匀减速运动直到最终静止C .丙图中,棒ab 最终做匀速运动D .甲、乙、丙中,棒ab 最终都静止答案 AC解析 题图甲中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流而使电容器充电,当电容器C 极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时,电路中没有电流,此时ab 棒不受安培力作用,向右做匀速运动,故A 正确;题图乙中,导体棒向右运动切割磁感线产生感应电流,通过电阻R 转化为内能,ab 棒速度减小,当ab 棒的动能全部转化为内能时,ab 棒静止,又由I =BL v R,F =BIL ,由于速度减小,则产生的感应电流减小,导体棒所受安培力减小,根据牛顿第二定律可知导体棒的加速度减小,所以题图乙中,棒ab 做加速度减小的减速运动直到最终静止,故B 错误;题图丙中,导体棒先受到向左的安培力作用向右做减速运动,速度减为零后在安培力作用下向左做加速运动,当导体棒产生的感应电动势与电源的电动势相等时,电路中没有电流,此时ab 棒向左做匀速运动,故C 正确;由以上分析可知,甲、乙、丙中,只有题图乙中棒ab 最终静止,故D 错误.2.(2022·山东泰安市高三期末)如图所示,间距为L 的平行光滑足够长的金属导轨固定倾斜放置,倾角θ=30°,虚线ab 、cd 垂直于导轨,在ab 、cd 间有垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场.质量均为m 、阻值均为R 的金属棒PQ 、MN 并靠在一起垂直导轨放在导轨上.释放金属棒PQ ,当PQ 到达ab 瞬间,再释放金属棒MN ;PQ 进入磁场后做匀速运动,当PQ 到达cd 时,MN 刚好到达ab .不计导轨电阻,两金属棒与导轨始终接触良好,重力加速度为g .则MN 通过磁场过程中,PQ 上产生的焦耳热为( )A.2m 3g 2R 2B 4L4 B.m 3g 2R 2B 4L 4 C.m 3g 2R 24B 4L4 D.m 3g 2R 22B 4L4 答案 D解析 由题意知PQ 进入磁场后做匀速运动,则由平衡条件得安培力为F =mg sin θ,又因为F =BIL =B 2L 2v 2R ,解得金属棒速度为v =mgR B 2L 2,电流为I =mg 2BL ,因为金属棒从释放到刚进入磁场时做匀加速直线运动,由牛顿第二定律知mg sin θ=ma,所以加速时间为t=va,由题意知当PQ到达cd时,MN刚好到达ab,即金属棒穿过磁场的时间等于进入磁场前的加速时间,且MN在磁场中的运动情况和PQ一致,故MN通过磁场过程中,PQ上产生的焦耳热为Q焦耳=I2Rt,解得Q焦耳=m3g2R22B4L4,故选D.专题强化练[保分基础练]1.(2022·上海市二模)如图,某教室墙上有一朝南的钢窗,将钢窗右侧向外打开,以推窗人的视角来看,窗框中产生()A.顺时针电流,且有收缩趋势B.顺时针电流,且有扩张趋势C.逆时针电流,且有收缩趋势D.逆时针电流,且有扩张趋势答案 D解析磁场方向由南指向北,将钢窗右侧向外打开,则向北穿过窗户的磁通量减少,根据楞次定律,以推窗人的视角来看,感应电流为逆时针电流,同时根据“增缩减扩”可知,窗框有扩张趋势,故选D.2.(2022·广东肇庆市二模)如图所示,开口极小的金属环P、Q用不计电阻的导线相连组成闭合回路,金属环P内存在垂直圆环平面向里的匀强磁场,匀强磁场的磁感应强度随时间的变化率为k,若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流,则()A.k>0且k值保持恒定B.k>0且k值逐渐增大C.k<0且k值逐渐增大D.k<0且k值逐渐减小答案 B解析若使金属环Q中产生逆时针方向逐渐增大的感应电流,则金属环P中也有逆时针方向逐渐增大的感应电流,根据楞次定律和安培定则可知,金属环P中向里的磁感应强度增加,且增加得越来越快,即k>0且k值逐渐增大,故选B.3.(2022·陕西宝鸡市模拟)如图所示,两根电阻不计的平行光滑长直金属导轨水平放置,导体棒a和b垂直跨在导轨上且与导轨接触良好,导体棒a的电阻大于b的电阻,匀强磁场方向竖直向下.当导体棒b在大小为F2的水平拉力作用下匀速向右运动时,导体棒a在大小为F1的水平拉力作用下保持静止状态.若U1、U2分别表示导体棒a和b与导轨两个接触点间的电压,那么它们的大小关系为()A.F1=F2,U1> U2B.F1< F2,U1< U2C.F1 > F2,U1< U2D.F1=F2,U1=U2答案 D解析导体棒a、b与导轨构成了闭合回路,流过a、b的电流是相等的;a静止不动,b匀速运动,都处于平衡状态,即拉力等于安培力,所以F1=F2=BIL,导体棒b相当于电源,导体棒a相当于用电器,由于电路是闭合的,所以导体棒a两端的电压U1=IR a,导体棒b切割磁感线产生的电动势E=BL v b=I(R a+R b),所以其输出的路端电压U2=E-IR b=IR a=U1,故选D.4.(2022·广东省模拟)如图所示,水平面内光滑的平行长直金属导轨间距为L,左端接电阻R,导轨上静止放有一导体棒.正方形虚线框内有方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,该磁场正以速度v匀速向右移动,则()A.电阻R两端的电压恒为BL vB .电阻R 中有从a 到b 的电流C .导体棒以速度v 向左运动D .导体棒也向右运动,只是速度比v 小 答案 D解析 根据楞次定律,磁场正以速度v 匀速向右移动,磁通量减小,则导体棒也向右运动,阻碍磁通量的减小,但由于要产生感应电流,棒的速度比v 小,C 错误,D 正确;由此可认为磁场不动,棒向左切割,感应电流方向从b 到a 流过R ,B 错误;产生感应电动势的大小看棒与磁场的相对速度,故电阻R 两端的电压不恒定且小于或等于BL v ,A 错误. 5.(2022·全国甲卷·16)三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示.把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I 1、I 2和I 3.则( )A .I 1<I 3<I 2B .I 1>I 3>I 2C .I 1=I 2>I 3D .I 1=I 2=I 3答案 C解析 设圆线框的半径为r ,则由题意可知正方形线框的边长为2r ,正六边形线框的边长为r ;所以圆线框的周长为C 2=2πr ,面积为S 2=πr 2,同理可知正方形线框的周长和面积分别为C 1=8r ,S 1=4r 2,正六边形线框的周长和面积分别为C 3=6r ,S 3=33r 22,三个线框材料粗细相同,根据电阻定律R =ρL S 横截面,可知三个线框电阻之比为R 1∶R 2∶R 3=C 1∶C 2∶C 3=8∶2π∶6,根据法拉第电磁感应定律有I =E R =ΔB Δt ·SR ,可得电流之比为I 1∶I 2∶I 3=2∶2∶3,即I 1=I 2>I 3,故选C.6.(2022·黑龙江哈师大附中高三期末)如图,一线圈匝数为n ,横截面积为S ,总电阻为r ,处于一个均匀增强的磁场中,磁感应强度随时间的变化率为k (k >0且为常量),磁场方向水平向右且与线圈平面垂直,电容器的电容为C ,两个电阻的阻值分别为r 和2r .下列说法正确的是( )A .电容器下极板带正电B .此线圈的热功率为(nkS )2rC .电容器所带电荷量为3nSkC5D .电容器所带电荷量为nSkC2答案 D解析 根据楞次定律可以判断通过电阻r 的电流方向为从左往右,所以电容器上极板带正电,故A 错误;根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势为E =n ΔΦΔt =nS ΔBΔt =nkS ,根据焦耳定律可得此线圈的热功率为P =(E 2r )2r =(nkS )24r ,故B 错误;电容器两端电压等于r两端电压,电容器所带电荷量为Q =CU =C ·rE 2r =nSkC2,故C 错误,D 正确.7.(2022·江苏盐城市二模)如图所示,三条平行虚线L 1、L 2、L 3之间有宽度为L 的两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ,两区域内的磁感应强度大小相等、方向相反,正方形金属线框MNPQ 的质量为m 、边长为L ,开始时MN 边与边界L 1重合,对线框施加拉力F 使其以加速度a 匀加速通过磁场区,以顺时针方向电流为正方向,下列关于感应电流i 和拉力F 随时间变化的图象可能正确的是( )答案 B解析 当MN 边向右运动0~L 的过程中,用时t 1=2L a ,则E 1=BLat ,电流I 1=E 1R =BLa Rt ,方向为正方向;拉力F 1=ma +F 安1=ma +B 2L 2aR t ;当MN 边向右运动L ~2L 的过程中,用时t 2=4L a-2La=(2-1)2L a =(2-1)t 1,E 2=2BLat ,电流I 2=E 2R =2BLa Rt ,方向为负方向,拉力F 2=ma +F 安2=ma +4B 2L 2aR t ;当MN 边向右运动2L ~3L 的过程中,用时t 3=6La-4La=(3-2)2L a =(3-2)t 1,E 3=BLat ,电流I 3=E 3R =BLa Rt ,方向为正方向,拉力F 3=ma +F 安3=ma +B 2L 2aRt ,对比四个选项可知,只有B 正确.[争分提能练]8.(多选)(2021·广东卷·10)如图所示,水平放置足够长光滑金属导轨abc 和de ,ab 与de 平行,bc 是以O 为圆心的圆弧导轨,圆弧be 左侧和扇形Obc 内有方向如图的匀强磁场,金属杆OP 的O 端与e 点用导线相接,P 端与圆弧bc 接触良好,初始时,可滑动的金属杆MN 静止在平行导轨上,若杆OP 绕O 点在匀强磁场区内从b 到c 匀速转动时,回路中始终有电流,则此过程中,下列说法正确的有( )A .杆OP 产生的感应电动势恒定B .杆OP 受到的安培力不变C .杆MN 做匀加速直线运动D .杆MN 中的电流逐渐减小 答案 AD解析 杆OP 匀速转动切割磁感线产生的感应电动势为E =12Br 2ω,因为OP 匀速转动,所以杆OP 产生的感应电动势恒定,故A 正确;杆OP 转动过程中产生的感应电流由M 到N 通过杆MN ,由左手定则可知,杆MN 会向左运动,杆MN 运动会切割磁感线,产生电动势,感应电流方向与原来电流方向相反,使回路电流减小,杆MN 所受合力为安培力,电流减小,安培力会减小,加速度减小,故D 正确,B 、C 错误.9.(多选)(2021·全国甲卷·21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈,两线圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的匝数是乙的2倍.现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落,一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图所示.不计空气阻力,已知下落过程中线圈始终平行于纸面,上、下边保持水平.在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前,可能出现的是( )A .甲和乙都加速运动B .甲和乙都减速运动C .甲加速运动,乙减速运动D .甲减速运动,乙加速运动 答案 AB解析 设线圈下边到磁场上边界的高度为h ,线圈的边长为l ,则线圈下边刚进入磁场时,有v =2gh ,感应电动势为E =nBl v ,两线圈材料相同(设密度为ρ0),质量相等(设为m ), 则m =ρ0·4nl ·S ,设材料的电阻率为ρ,则线圈电阻 R =ρ4nl S =16n 2l 2ρρ0m感应电流为I =E R =mB v 16nlρρ0所受安培力为F =nBIl =mB 2v16ρρ0由牛顿第二定律有mg -F =ma 联立解得a =g -Fm =g -B 2v 16ρρ0加速度与线圈的匝数、横截面积无关,则甲和乙进入磁场时,具有相同的加速度. 当g >B 2v16ρρ0时,甲和乙都加速运动,当g <B 2v 16ρρ0时,甲和乙都减速运动,当g =B 2v16ρρ0时,甲和乙都匀速运动,故选A 、B.10.(2022·山东省第二次模拟)如图所示,“凹”字形硬质金属线框质量为m ,相邻各边互相垂直,且处于同一平面内,ab 、bc 边长均为2l ,gf 边长为l .匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面.开始时,bc 边离磁场上边界的距离为l ,线框由静止释放,从bc 边进入磁场直到gf 边进入磁场前,线框做匀速运动.在gf 边离开磁场后,ah 、ed 边离开磁场之前,线框又做匀速运动.线框在下落过程中始终处于竖直平面内,且bc 、gf 边保持水平,重力加速度为g .(1)线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的几倍? (2)若磁场上下边界间的距离为H ,则线框完全穿过磁场过程中产生的热量为多少? 答案 (1)4 (2)mg (H -13l )解析 (1)设bc 边刚入磁场时速度为v 1,bc 边刚进入时, 有E 1=2Bl v 1,I 1=E 1R ,F 1=2BI 1l线框匀速运动,有F 1=mg 联立可得v 1=mgR4B 2l2设ah 、ed 边将离开磁场时速度为v 2,ah 、ed 边将离开磁场时,有E 2=Bl v 2,I 2=E 2R ,F 2=BI 2l ,线框匀速运动,有F 2=mg 联立可得v 2=mgRB 2l 2,综上所述v 2v 1=4即线框ah 、ed 边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是bc 边刚进入磁场时的4倍. (2)bc 边进入磁场前,根据动能定理, 有mgl =12m v 12穿过磁场过程中能量守恒,。
高中物理电磁学知识点总结

高中物理电磁学知识点总结一、电场1、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
公式为:$F = k\frac{q_1q_2}{r^2}$,其中$k$为静电力常量,$k = 90×10^9 N·m^2/C^2$ 。
2、电场强度用来描述电场强弱和方向的物理量。
定义式为$E =\frac{F}{q}$,单位是$N/C$。
点电荷形成的电场强度公式为$E =k\frac{Q}{r^2}$。
3、电场线为了形象地描述电场而引入的假想曲线。
电场线从正电荷出发,终止于负电荷或无穷远;电场线的疏密表示电场强度的大小,电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。
4、电势能电荷在电场中具有的势能。
电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加。
5、电势描述电场能的性质的物理量。
某点的电势等于单位正电荷在该点具有的电势能。
定义式为$\varphi =\frac{E_p}{q}$,单位是伏特(V)。
6、等势面电场中电势相等的点构成的面。
等势面与电场线垂直。
7、匀强电场电场强度大小和方向都相同的电场。
其电场线是平行且等间距的直线。
二、电路1、电流电荷的定向移动形成电流。
定义式为$I =\frac{Q}{t}$,单位是安培(A)。
2、电阻导体对电流的阻碍作用。
定义式为$R =\frac{U}{I}$,单位是欧姆(Ω)。
电阻定律为$R =\rho\frac{l}{S}$,其中$\rho$是电阻率,$l$是导体长度,$S$是导体横截面积。
3、欧姆定律导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
公式为$I =\frac{U}{R}$。
4、电功电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
公式为$W =UIt$ 。
5、电功率单位时间内电流所做的功。
公式为$P = UI$ 。
6、焦耳定律电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。
高中物理磁感应强度的知识点归纳
高中物理磁感应强度的知识点归纳高中物理磁感应强度的知识点归纳物理学(physics)是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科。
作为自然科学的带头学科,物理学研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础。
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高中物理磁感应强度的知识点归纳1磁感应强度(magnetic flux density),描述磁场强弱和方向的物理量,是矢量,常用符号B表示,国际通用单位为特斯拉(符号为T)。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示,磁感应强度越大表示磁感应越强;磁感应强度越小,表示磁感应越弱。
磁感应强度的定义公式磁感应强度公式B=F/(IL)磁感应强度是由什么决定的?磁感应强度的大小并不是由F、I、L 来决定的,而是由磁极产生体本身的属性。
如果是一块磁铁,那么B的大小之和这块磁铁的大小和磁性强弱有关。
如果是电磁铁,那么B与I、匝数及有无铁芯有关。
很多文章都建议同学们采用类比的方法来理解各个物理量。
我们用电阻R来做个对比。
R的计算公式是R=U/I;可一个导体的电阻R大小并不是由U或者I来决定的。
而是由其导体自身属性决定的,包括电阻率、长度、横截面积。
同样,磁感应强度B也不是由F、I、L来决定的,而是由磁极产生体本身的属性。
如果同学们有时间,可以把静电场中电容的两个公式来对比着复习、巩固下。
B为矢量,方向与磁场方向相同,并不是在该处电流的受力方向,运算时遵循矢量运算法则(左手定则)。
描述磁感应强度的磁感线在磁场中画一些曲线,用(虚线或实线表示)使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同(且磁感线互不交叉),这些曲线叫磁感线。
磁感线是闭合曲线。
规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。
磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极,在磁体内部磁感线从S极到N极。
高中物理【电磁感应现象 楞次定律】知识点、规律总结
三、感应电流方向的判断 1.右手定则:伸开右手,使拇指与其余四个手指__垂__直__,并且都与 手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使拇指指向 _导__线__运__动___的方向,这时四指所指的方向就是_感__应___电__流__的方向.如图 所示. 2.楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要 _阻__碍___引起感应电流的_磁__通__量___的变化.
感应电流的磁场方向 __向__下__ __向__上__
3.实验结论 表述一:当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向_相__反___;当 穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向__相__同__. 表述二:当磁铁靠近线圈时,两者__相__斥__;当磁铁远离线圈时,两者_相__吸___.
四、电磁阻尼与电磁驱动
电磁阻尼
电磁驱动
由于导体在磁场中运动而产生感 由于磁场运动引起磁通量的变化而产
不 成因
应电流,从而使导体受到安培力 生感应电流,从而使导体受到安培力
同
安培力的方向与导体运动方向相 导体受安培力的方向与导体运动方向
点 效果
反,阻碍导体运动
相同,推动导体运动
电磁阻尼
电磁驱动
能量转化
第 1 讲 电磁感应现象 楞次定律
一、磁通量 1.概念:磁感应强度 B 与面积 S 的_乘__积___. 2.计算 (1)公式:Φ=__B_S___. (2)适用条件:①匀强磁场;②S 是_垂__直___磁场的有效面积. (3)单位:韦伯(Wb),1 Wb=___1__T_·_m_2_____. 3.意义:穿过某一面积的磁感线的__条__数__. 4.标矢性:磁通量是_标__量___,但有正、负.
由于电磁感应,磁场能转化为电能,通 导体克服安培力做功,其他形式的
高中物理电磁感应讲义
高中物理电磁感应讲义一、电磁感应现象1、电磁感应现象与感应电流.(1)利用磁场产生电流的现象,叫做电磁感应现象。
(2)由电磁感应现象产生的电流,叫做感应电流。
二、产生感应电流的条件1、产生感应电流的条件:闭合电路.......。
....中磁通量发生变化2、产生感应电流的方法.(1)磁铁运动。
(2)闭合电路一部分运动。
(3)磁场强度B变化或有效面积S变化。
注:第(1)(2)种方法产生的电流叫“动生电流”,第(3)种方法产生的电流叫“感生电流”。
不管是动生电流还是感生电流,我们都统称为“感应电流”。
3、对“磁通量变化”需注意的两点.(1)磁通量有正负之分,求磁通量时要按代数和(标量计算法则)的方法求总的磁通量(穿过平面的磁感线的净条数)。
(2)“运动不一定切割,切割不一定生电”。
导体切割磁感线,不是在导体中产生感应电流的充要条件,归根结底还要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。
4、分析是否产生感应电流的思路方法.(1)判断是否产生感应电流,关键是抓住两个条件:①回路是闭合导体回路。
②穿过闭合回路的磁通量发生变化。
注意:第②点强调的是磁通量“变化”,如果穿过闭合导体回路的磁通量很大但不变化,那么不论低通量有多大,也不会产生感应电流。
(2)分析磁通量是否变化时,既要弄清楚磁场的磁感线分布,又要注意引起磁通量变化的三种情况:①穿过闭合回路的磁场的磁感应强度B发生变化。
②闭合回路的面积S发生变化。
③磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。
三、感应电流的方向1、楞次定律.(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
①凡是由磁通量的增加引起的感应电流,它所激发的磁场阻碍原来磁通量的增加。
②凡是由磁通量的减少引起的感应电流,它所激发的磁场阻碍原来磁通量的减少。
(2)楞次定律的因果关系:闭合导体电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因,而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果,简要地说,只有当闭合电路中的磁通量发生变化时,才会有感应电流的磁场出现。
高中物理会考学业水平考试公式及知识点归纳总结(超详细)
一、力学部分1. 运动学公式速度公式:v = Δx / Δt加速度公式:a = Δv / Δt位移公式:Δx = v0 Δt + 1/2 a Δt^2速度时间图像:vt图像中的斜率表示加速度,面积表示位移2. 动力学公式牛顿第一定律:物体静止或匀速直线运动时,合外力为零牛顿第二定律:F = m a牛顿第三定律:作用力与反作用力大小相等、方向相反动能定理:ΔK = W = F Δx势能公式:Ep = m g h3. 动能和势能动能:K = 1/2 m v^2势能:Ep = m g h机械能守恒:在没有非保守力做功的情况下,机械能守恒二、热学部分1. 温度与热量温度:表示物体热冷程度的物理量热量:物体间传递的热能比热容:单位质量的物质升高1摄氏度所需的热量2. 热力学第一定律ΔU = Q W内能:物体内部所有分子动能和势能的总和热量传递:热传导、热对流、热辐射3. 热力学第二定律熵:表示系统无序程度的物理量熵增原理:孤立系统的熵总是增加或保持不变三、电磁学部分1. 静电场库仑定律:F = k (q1 q2) / r^2电场强度:E = F / q电势:V = k Q / r电势差:ΔV = Vb Va2. 电流与电阻欧姆定律:I = V / R电阻:R = ρ L / A电阻率:ρ = R A / L3. 磁场与电磁感应洛伦兹力:F = q (v × B)法拉第电磁感应定律:ε = N ΔΦ / Δt楞次定律:感应电流的方向总是使得它产生的磁场与原磁场的变化相反四、光学部分1. 几何光学反射定律:入射角等于反射角折射定律:n1 sinθ1 = n2 sinθ2薄透镜公式:1/f = 1/u + 1/v2. 波动光学干涉:两束相干光波叠加产生明暗相间的条纹衍射:光波绕过障碍物或通过狭缝后发生弯曲现象偏振:光波振动方向具有特定方向性的现象五、近代物理部分1. 相对论时间膨胀:Δt' = Δt / √(1 v^2 / c^2)长度收缩:L' = L √(1 v^2 / c^2)质能方程:E = mc^22. 量子力学波函数:描述微观粒子状态的数学函数不确定性原理:Δx Δp ≥ h / 4π能级量子化:微观粒子的能量只能取离散的值六、振动与波动1. 简谐振动振幅:A = Δx_max周期:T = 2π / ω频率:f = 1 / T速度:v = Aωcos(ωt)加速度:a = Aω^2cos(ωt)2. 机械波波速:v = fλ波长:λ = v / f波动方程:y = A cos(ωt kx)能量密度:u = 1/2 ω^2 A^2能量传输速率:P = u v S七、原子物理1. 原子结构氢原子能级:E_n = 13.6 / n^2 eV波尔半径:a_0 = 0.529 Å粒子自旋:微观粒子自旋角动量的大小和方向2. 核物理质量亏损:Δm = (m_核 m_质子 m_中子)核结合能:ΔE = Δmc^2放射性衰变:α衰变、β衰变、γ衰变核反应方程:质量数守恒、电荷数守恒八、实验技能1. 实验误差分析系统误差:由于测量仪器或方法不准确引起的误差偶然误差:由于测量过程中随机因素引起的误差误差传递:实验结果误差的传递和合成2. 实验数据处理有效数字:表示测量结果的精确程度图像处理:通过图像处理方法分析实验数据数据拟合:利用数学模型对实验数据进行拟合,得出规律简洁明了地概括实验内容引言:介绍实验背景、目的和意义实验原理:阐述实验原理和所用公式实验步骤:详细描述实验过程和操作方法数据处理:对实验数据进行处理和分析讨论:对实验结果进行讨论,提出改进建议九、解题技巧1. 分析题目理解题意:仔细阅读题目,明确题目要求解决的问题。
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高中物理第十一章电磁感应的会考知识点
高中物理第十一章电磁感应的会考知识点
一、磁通量:设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,磁场的磁感应强度B和平面面积S的乘积叫磁通量;
1、计算式:=BS(BS)
2、推论:B不垂直S时,=BSsin
3、磁通量的国际单位:韦伯,wb;
4、磁通量与穿过闭合回路的磁感线条数成正比;
5磁通量是标量,但有正负之分;
二、电磁感应:穿过闭合回路的`磁通量发生变化,闭合回路中就有感应电流产生,这种现象叫电磁感应现象,产生的电流叫感应电流;
注:判断有无感应电流的方法:
1、闭合回路;
2、磁通量发生变化;
三、感应电动势:在电磁感应现象中产生的电动势;
四、磁通量的变化率:等于磁通量的变化量和所用时间的比值;△/t
1、磁通量的变化率是表示磁通量的变化快慢的物理量;
2、磁通量的变化率由磁通量的变化量和时间共同决定;
3、磁通量变化率大,感应电动势就大;
五、法拉第电磁感应定律:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比;
1、定义式:E=n△/△t(只能求平均感应电动势);
2、推论;E=BLVsina(适用导体切割磁感线,求瞬时感应电动势,平均感应电动势)
(1)VL,LB,为V与B间的夹角;
(2)VB,LB,为V与L间的夹角
(3)VB,LV,为B与L间的夹角
3、穿过线圈的磁通量大,感应电动势不一定大;
4、磁通量的变化量大,感应电动势不一定大;
5、有感应电流就一定有感应电动势;有感应电动势,不一定有感应电流;
六、右手定则(判断感应电流的方向):伸开右手,让大拇指和其余四指共面、且相互垂直,把右手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,大拇指指向导体运动方向,四指指向感应电流的方向;。