高二物理期末复习导学案（电磁感应）

高二物理期末复习导学案（电磁感应）

一、知识网络

二、自主学习

1、电磁感应现象

当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中　　  产生，这种利用　　　产生电流的现象叫做电磁感应。

2、感应电流的方向

（1）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　　　　　　 。

（2）从不同的角度来看楞次定律的内容，从磁通量变化的角度来看，感应电流总要　　　　　 。从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要　　　　 。

因此，产生感应电流的过程实质上是能的转化和转移的过程。

（3）用楞次定律判断感应电流方向的步骤：

①明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；

②穿过回路的磁通量如何变化（是增加还是减小）；

③由楞次定律判定出　　　　　 ；

④根据感应电流的磁场方向，由　　　　　 判定出感应电流方向。

（4）右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个面内，让磁感线垂直　　　　，拇指指向　　　　 ，则其余四指指的就是　　　　  。

3．感应电动势：无论电路是否闭合，只要穿过电路的　　 　发生变化，电路中就一定有　　　　　，若电路是闭合的就有　　　 　．产生感应电动势的那部分导体就相当于一个　　　　 　．

4. 法拉第电磁感应定律文字表述：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  。表达式为　　　　　　 。式中n表示____________，ΔΦ表示____________，Δt表示____________，表示____________　　　。

5．闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，则导体中的感应电动势为____________,式中θ表示___________________，当θ等于__________时公式变为__________。式中的L是　　　　　　　　　　　  。v若是平均速度，则E为　　　　  ；若v为瞬时速度，则E为　　　　　   。若导体的运动不切割磁感线，则导体中　　　　感应电动势。

6．一段长为Ｌ的导体，在匀强磁场Ｂ中，以角速度ω垂直于磁场的方向绕导体的一端做切割磁感线运动，则导体中的感应电动势为_________________。

7．自感现象：线圈中电流发生变化而在它本身激发出感应电动势的现象叫_________。这种电动势叫________。自感电动势的大小与____________________________成正比，比例系数叫做__________，与________________________________________等因素有关。

三、师生互动

【名师引路1】【2003年高考江苏卷】如右图所示，两根平行金属导轨端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20 m．有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k＝0.020 T／s．一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直．在t=0时刻，轨固定在水平桌面上，每根导轨每m的电阻为r₀＝0.10Ω／m，导轨的金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝6.0 s时金属杆所受的安培力．

　

【现学现练1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略·让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．

　　(1)由b向a方向看到的装置如图1 5—2所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；

　　(2)在加速下滑过程中，当杆ab的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；

　　(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．

【名师引路2】 (2001年高考试题)如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平地面上，两轨道间距L＝0.20 m，电阻R＝1.0 Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆与轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B＝0.50T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下．现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动．测得力F与时间t的关系如下图所示．求杆的质量m和加速度a．

【现学现练2】水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆(见图)，金属杆与导轨的电阻不计；均匀磁场竖直向下．用与导轨平行的恒定力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动．当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会改变，v和F的关系如图 (取重力加速度g=10m／s ²)

(1)金属杆在匀速运动之前做作什么运动?

(2)若m＝0.5 kg，L＝0.5 m，R＝0.5 Ω，磁感应强度B为多大?

(3)由ν－F图线的截距可求得什么物理量?其值为多少?

四、能力提升

1．如图，竖直平面内有一金属环，半径为a，总电阻为R，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铰链连接的长度为2a、电阻为R/2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点的线速度为v.则这时AB两端的电压大小为（　  ）

A.2Bav　　　　　　  B.Bav　　　　　　　 C.2Bav/3　　　　　　D.Bav/3

2．如图,是生产中常用的一种延时继电器的示意图.铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭合电路.在断开开关S的时候,弹簧K并不能立即将衔铁D拉起,使触头C立即离开,而是过一段时间后触头C才能离开,因此得名延时继电器.为检验线圈B中的电流,在电路中接入一个电流表G.关于通过电流表的电流方向,以下判断正确的是（　  ）

A.闭合S的瞬间,电流方向为从左到右

B.闭合S的瞬间,电流方向为从右到左

C.断开S的瞬间,电流方向为从左到右

D.断开S的瞬间,电流方向为从右到左

3．2000年底,我国宣布已研制成功一辆高温超导磁悬浮高速列车的模型车,该车的速度已达到每小时500千米,可载5人.如图所示就是磁悬浮的原理,图中A是圆柱形磁铁,B是用高温超导材料制成的超导圆环,将超导圆环B水平地放在磁铁A上,它就能在磁力作用下悬浮在磁铁A的上方空中（　  ）

A.在B放入磁场的过程中,B中将产生感应电流,当稳定后,感应电流消失

B.在B放入磁场的过程中,B中将产生感应电流,当稳定后,感应电流仍存在

C.若A的N极朝上,B中感应电流的方向如图所示

D.若A的N极朝上,B中感应电流的方向与图中所示的方向相反

4．如图甲所示,两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合,放在同一水平面内,线圈B中通以如图乙所示的交变电流,设t=0时电流沿逆时针方向(图中箭头所示).对于线圈A,在t₁—t₂时间内,下列说法中正确的是（　  ）

A.有顺时针方向的电流,且有扩张的趋势

B.有顺时针方向的电流,且有收缩的趋势

C.有逆时针方向的电流,且有扩张的趋势

D.有逆时针方向的电流,且有收缩的趋势

5．如图所示,两线圈绕在同一软铁芯的两端并组成水平放置的光滑导轨,两金属棒PQ、MN可自由移动.当PQ在外力作用下运动时,MN在安培力作用下向右运动,则PQ可能的运动是（　  ）

A.向右匀加速运动　　　　　　　　　　　  B.向左匀加速运动

C.向右匀减速运动　　　　　　　　　　　  D.向左匀减速运动

6．如图,匀强磁场垂直于正方形线框平面,且边界恰与线框重合,以相同速率匀速拉出线框,欲使ab间电势差最大,则应沿何方向拉出（　  ）

A.甲　　　　　　　  B.乙　　　　　　　  C.丙　　　　　　　　 D.丁

7．如图甲所示,圆形线圈处于垂直于线圈平面的匀强磁场中,磁感应强度的变化如图乙所示.在t=0时磁感应强度的方向指向纸里,则在0—和—的时间内,关于环中的感应电流i的大小和方向的说法,正确的是（　  ）

A.i大小相等,方向先是顺时针,后是逆时针

B.i大小相等,方向先是逆时针,后是顺时针

C.i大小不等,方向先是顺时针,后是逆时针

D.i大小不等,方向先是逆时针,后是顺时针

8．如图中的虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动.设线框中感应电流的方向以逆时针为正方向，那么在下图中能正确描述线框从图所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时间变化情况的是（　  ）

9．如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金属导轨aob（在纸面内），磁场方向垂直于纸面朝里，另有两根金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：①以速率v移动d，使它与ob的距离增大一倍；②再以速率v移动c，使它与oa的距离减小一半；③然后，再以速度2v移动c，使它回到原处；④最后以速率2v移动d，使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q₁、Q₂、Q₃和Q₄，则（　  ）

A.Q₁=Q₂=Q₃=Q₄　　　　　　　　　　　　  　　B.Q₁=Q₂=2Q₃=2Q₄

C.2Q₁=2Q₂=Q₃=Q₄　　　　　　　　　　　　 　D.Q₁≠Q₂=Q₃≠Q₄

10．图中MN、GH为平行导轨，AB、CD为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体，有匀强磁场垂直于导轨所在平面，方向如图.用I表示回路中的电流（　  ）

A.当AB不动而CD向右滑动时，I≠0且沿顺时针方向

B.当AB向左、CD向右滑动且速度大小相等时，I=0

C.当AB、CD都向右滑动且速度大小相等时，I=0

D.当AB、CD都向右滑动，且AB速度大于CD时，I≠0且沿逆时针方向

11．两根相距为 L 的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面.质量均为 m 的金属细杆 ab、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为 μ，导轨电阻不计，回路总电阻为 2R.整个装置处于磁感应强度大小为 B，方向竖直向上的匀强磁场中.当 ab 杆在平行于水平导轨的拉力 F 作用下以速度 v₁ 沿导轨匀速运动时，cd 杆也正好以速度 v₂　向下匀速运动.重力加速度为 g.以下说法正确的是（　　）

A.ab 杆所受拉力 F 的大小为 μmg+　　 B.cd 杆所受摩擦力为零

C.回路中的电流强度为　　　　　 D.μ 与 V₁ 大小的关系为 μ=

12．单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动.在转动的过程中，穿过线框中的最大磁通量为Φ_m，最大感应电动势为E_m，下列说法中正确的是（　  ）

A.当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势也为零

B.当穿过线框的磁通量减小时，线框中感应电动势在增大

C.当穿过线框的磁通量等于0.5Φ_m时，线框中感应电动势不等于0.5E_m

D.线框转动的角速度等于

13．用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2 m，正方形的一半放在垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示.当磁场以10 T/s的变化率增强时，线框中点a、b两点间的电势差是（　  ）

　　　　　

A.U_ab=0.1 V　　　　　B.U_ab=-0.1 V　　　　 C.U_ab=0.2 V　　　　　D.U_ab=-0.2 V

14．将一磁铁缓慢或者迅速插到闭合线圈中的同一位置处，不发生变化的物理量是 …（　　）

A.感应电动势　　　　　　　　　　　　  　B.磁通量的变化率

C.感应电流　　　　　　　　　　　　　　　  D.流过导体横截面的电荷量

15．如图所示的电路中，A₁、A₂为完全相同的灯泡，线圈L的电阻忽略不计.下列说法中正确的是（　  ）

A.合上开关K接通电路时，A₂先亮A₁后亮，最后一样亮

B.合上开关K接通电路时，A₁和A₂始终一样亮

C.断开开关K切断电路时，A₂立即熄灭，A₁过一会儿才熄灭

D.断开开关K切断电路时，A₁、A₂同时立即熄灭

16．德国《世界报》报道，个别西方发达国家正在研制电磁脉冲武器——电磁炸弹.若一枚原始脉冲波功率10千兆瓦、频率5千兆赫兹的电磁炸弹在不到100 m的高空爆炸，它将使方圆400—500 m²地面范围内的电场强度达到每米数千伏.使得电网设备、通信设施和计算机硬盘、软件遭到破坏，电磁炸弹有如此破坏力的主要原因是（　  ）

A.电磁脉冲引起的电磁感应现象　　　　　  B.电磁脉冲能产生动能

C.电磁脉冲产生高温　　　　　　　　　　　　　　　D.电磁脉冲产生的强光

17．如图所示,OO′为一金属转轴(只能转动不能移动),M为与OO′固定连接且垂直于OO′的金属杆,当OO′转动时,M的另一端在固定的金属环N上滑动,并保持良好的接触.整个装置处于一匀强磁场中,磁场方向平行于OO′轴,磁感应强度的大小为B₀.图中V为一理想电压表,一端与OO′接触,另一端与环N连接.已知当OO′的角速度ω=ω₀时,电压表读数为U₀;如果将磁场变为磁感应强度为nB₀的匀强磁场,而要电压表的读数为mU₀时,则OO′转动的角速度应变为（　  ）

A.nω₀　　　　　　　 B.mω₀　　　　　　 C.ω₀　　　　　　 D.ω₀

18．在水平桌面上，一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图（甲）所示，0—1 s内磁场方向垂直线框平面向下。圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L、电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，如图（乙）所示。若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是图中的（设向右的方向为静摩擦力的正方向）（　  ）

计算题

1．为了诊断病人的心脏功能和动脉中血液粘滞情况，需测量血管中血液的流速和流量(单位时间内流过血管横截面的血液的体积).如图所示是电磁流量计示意图,将血管置于磁感应强度为B的匀强磁场中,测得血管两侧电压为U.已知血管的直径为d,则血液在血管中的流速v=___________,流量Q=__________.

2．如图所示，空间某区域内存在水平方向的匀强磁场，在磁场区域内有两根相距L=0.8 m的平行光滑金属导轨PQ、MN固定在竖直平面内，P、M间连接有R₀=1 Ω的电阻，Q、N间连接着两块水平放置的平行金属板a、b，两板相距d=0.2 m。一根电阻r=3 Ω的细导体棒AB可以沿导轨平面向右运动，导体棒与导轨接触良好，不计导轨和导线的电阻。现使导体棒AB以速率v向右匀速运动，在平行金属板a、b之间有一个带电液滴恰好以速率v在竖直平面内做匀速圆周运动，设导轨足够长，取g=10 m/s²。

（1）试确定液滴带何种电荷，并说明理由。

（2）要使液滴在金属板间做匀速圆周运动而不与两板相碰，求导体棒AB运动速率v的取值范围。

（3）对于确定的速率v，带电液滴做匀速圆周运动，求其从某点开始发生的位移大小等于圆周运动的直径所需的时间。

3．在图所示区域（图中直角坐标系xOy的一、三象限）内有匀强磁场，磁感应强度方向垂直于图面向里，大小为B.半径为l、圆心角为60°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在图面内沿逆时针方向匀速转动，导线框回路电阻为R.

(1)求线框中感应电流I和交变感应电流的频率f.

(2)在图中画出线框转一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象并求出频率f.(规定与图12-2-14中线框的位置相应的时刻为t＝0，且以此时电流方向为正方向)

4．如图所示，倾角θ=30°、宽度L=1 m的足够长的U形平行光滑金属导轨，固定在磁感应强度B=1 T、范围充分大的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直。用平行于导轨、功率恒为6 W的牵引力F牵引一根质量为m=0.2 kg、电阻R=1 Ω的放在导轨上的金属棒ab，由静止开始沿导轨向上移动(ab始终与导轨接触良好且垂直)。当ab棒移动2.8 m时，获得稳定速度，在此过程中，克服安培力做功为5.8 J(不计导轨电阻及一切摩擦，g取10 m/s²)，求：

(1)ab棒的稳定速度。

(2)ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间。