高二人教版物理下会考复习（五）磁场 电磁感应 交流电 电磁
振荡 电磁波
知识要点：
（一）磁场、磁感线： 1. 磁场：
（1）定义：磁场是存在于磁极（或电流）周围的一种特殊物质。
（2）磁场的方向规定：在磁场中的任一点的小磁针北极受力的方向，即是小磁针静止时，北极所指的方向。 2. 磁感线：
（1）定义：在磁场中画出的一系列有向曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。
（2）特征：磁感线都是从北极出来进入南极，在磁体的内部由南极通向北极形成一条闭合曲线；任意两条磁感线永不相交。
（3）应用：表示磁场方向和强弱的分布（磁感线越密的地方磁场越强）。 3. 电流产生的磁场的方向判定：应用安培定则（右手螺旋定则）进行判定。
注意：在直线电流和环形电流（通电螺线管）两种情况下“四指”和“拇指”指向所代表的方向是什么方向。
4. 几种常见磁场的磁感线分布（包括条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线，环形电流和通电螺线管）。 注意：
（1）磁感线疏密分布、方向。
（2）各种侧视图、投影图、立体图等的磁感线画法。
（二）安培力、磁感应强度： 1. 磁感强度：
（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场作用力F 跟电流I 和导线长度l 乘积的比值，叫做通电导线所在处的磁感强度。
（2）定义式：
Il F B =
。
注意：磁感强度B 由磁场本身决定，与F 、I 、l 无关（可以与电阻定义I U
R =
比较
掌握）。
（3）单位：特斯拉（符号T ），)(11m A N T ?=。
（4）磁感强度B 是矢量，方向与该点磁场方向相同。 （5）物理意义：表示磁场的强弱和方向。
2. 匀强磁场：如果在磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是互相平行且均匀分布的直线（与匀强电场的电场线相似）
3. 安培力的大小：
（1）定义：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力。
（2）安培力的大小：θsin BIl F =，式中θ为B 与I 的夹角。
（3）注意：当?=0θ时，即B 与I 平行，F=0；当?=90θ时，即B 与I 垂直，F 最大，BIl F =。
4. 安培力的方向：
（1）判定方法：用左手定则判定。
（2）安培力方向的特点：F ⊥B ，F ⊥I ，即F 垂直于B 和I 所在的平面。（注意：B 和I 可以有任意的夹角）
5. 通电导线在安培力作用下运动情况的判定的方法：（1）画出通电导线所在处的磁感线的方向；（2）用左手定则确定各段通电导线所受的安培力方向；（3）确定导线的运动情况。 由此可得两个有用的推论：（1）两平行导线的电流同向时吸引，反向时排斥，且无转动；（2）两电流不平行时有转动到电流同向的趋势。
（三）磁场对运动电荷的作用：
1. 洛仑兹力的概念：运动电荷所受磁场的作用力。
注意：通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷的洛仑兹力的宏观表现而已。
2. 洛仑兹力的方向：用左手定则判定。
注意：四指指向正电荷运动方向（或负电荷运动的相反方向），洛仑兹力的方向总是与电荷运动的方向垂直。
3. 洛仑兹力的大小：当电荷速度v 方向与磁感强度B 的方向垂直时qvB f =，当B 与v 平行时电荷不受洛仑兹力（0=f ），当电荷相对磁场静止时，电荷不受洛仑兹力（0=f ）。
4. 洛仑兹力永远与速度v 垂直，故洛仑兹力永远不做功。
（四）带电粒子在磁场中的运动：
1. 带电粒子以一定的初速度与磁场方向垂直进入匀强磁场时运动情况分析：由于洛仑兹
力总是跟粒子的运动方向垂直，对粒子不做功，它只改变粒子的运动方向，而不改变粒子的速率，所以粒子受到的洛仑兹力qvB f =的大小是恒定的且f 的方向始终与v 垂直。故这个力f 充当向心力，因此，粒子的运动一定是匀速圆周运动。 2. 轨道的半径和周期： 由向心洛
F f =，得r T m r m r v m qvB 22
2)2(πω===
∴ 轨道半径为
qB mv
r =
，运动周期为
qB m v r T ππ22=
=。 注意：带电粒子的运动周期与轨道半径和粒子的速率无关，只跟粒子的荷质比q m
成
正比，跟磁感应强度成反比。
3. 在磁场中作匀速圆周运动的带电粒子，其轨迹半径变化有两种情况：
（1）由于动能变化，也即是速率v 变化，由Bq mv
r =
得知r 也随之发生变化，动能增
大半径r 增大，动能减小半径r 减小。
（2）由于B 变化，由
qB mv
r =
知r 也变化。
4. 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法和注意问题： （1）牢记向洛F f =，进而导出周期和轨道半径，
qB mv r =
，
Bq m
T π2=
。 （2）由运动轨迹找出圆心，进而确定轨道半径的方法：粒子在任意两处的洛仑兹力
延长线一定交于圆心，由圆心和轨迹用几何知识可确定轨迹的半径。
（3）用周期来分析粒子在磁场中运动时间：先判定运动路程相当于多少个周长，再由nT t =求之。
（五）磁通量、电磁感应现象： 1. 磁通量：
（1）定义：穿过某一面积的磁感线的条数称为穿过这一面积的磁通量。
（2）公式：BS =φ。
注意：此公式只适用与S 垂直的匀强磁场。若S 与B 不垂直，应将B 分解到与平面S 垂直的方向（或把S 投影到与B 垂直的方向）来处理。
（3）单位：韦伯（符号Wb ）2
111
m T Wb ?=。 （4）注意：磁通量有大小也有方向，但是标量，遵从代数运算法则。
2. 磁通密度：
（1）定义：单位面积上的磁通量。
（2）公式：B S BS
=。磁通密度在数值上等于磁感强度。
单位：2
/m Wb 1T=12
/m Wb
3. 电磁感应现象：在磁场中的导体产生感应电动势或感应电流的现象。
4. 产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。 注意：
（1）只有同时满足① 电路闭合；② 磁通量变化这两个条件才会产生感应电流。 （2）引起磁通量变化的因素：从θφsin BS =可知当：① 磁感强度B 发生变化；② 线圈的面积S 发生变化；③磁感强度B 与面积S 之间的夹角θ发生变化。这三种情况都可引起磁通量发生变化。
（六）法拉第电磁感应定律——感应电动势的大小： 1. 感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势。 2. 感应电动势的大小：
（1）导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时。 B l v E =（注意：只适用于B v ⊥的情况）
θs i n B l v E =（式中θ为v 与B 方向间的夹角）。
注意：
① l 为有效切割长度，即导体在与v 垂直方向上的投影长度；② v 是导体在一段时间内的平均速度时，E 为平均电动势，v 为即时速度时，E 为瞬时电动势；③ 当?=0θ时，
0=E ；当?=90θ时，Blv E =（最大值）。
（2）法拉第电磁感应定律：
① 内容：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。
② 公式：t n E ??=/φ（n 为线圈匝数，t ??/φ称为磁通量的变化率）。
③ 注意：a. E 的大小与φ?无关，只与t ??/φ成正比。b. 不管电路是否闭合，只要
穿过的磁通量发生变化，都产生感应电动势；电路闭合，就会引起感应电流。c. t
n
E ??=φ
为t ?时间内的平均电动势。
3. 感应电动势的方向：在产生感应电动势的导体（可看作是电源的内电路）内与感应电流的方向相同。
（七）楞次定律——感应电流的方向： 1. 用右手定则判定感应电流的方向：
（1）方法：伸开右手，让大拇指与四指垂直，磁感线垂直穿入掌心，大拇指指向导体运动方向，四指指向则为感应电流的方向。
（2）适用条件：只适用于闭合电路中的部分导体作切割磁感线运动时的感应电流方向判定。
2. 楞次定律：
（1）内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
注意：① 掌握楞次定律关键是理解“阻碍”的含义。“阻碍”既不是阻止，也不等于“反向”，可理解为：当原磁场磁通增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。② 要分清产生感应电流的“原磁场”和感应电流的磁场。
（2）应用楞次定律的步骤是：
① 明确所研究的闭合回路原磁场方向及磁通量的变化（增加或减少）； ② 由楞次定律判定感应电流的磁场方向；
③ 由右手螺旋定则根据感应电流的磁场方向判出感应电流的方向。
（八）单相正弦式电流的规律：
1. 产生：可通过线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动获得。
2. 瞬时表达式：t I i t e m m ωωεsin ,sin ==。
3. 峰值的几种表达：
R I BS l Bl v Bl m m m /,2211εωφωωε=====。
4. 有效值和峰值的关系：
m m m I I U U 707.0,707.0,707.0===εε，在没有说明的前提下，所说的交流电动
势、电压、电流都是指有效值。 5. ω、、f T 的关系：
,/1/1T f f T ==、f T ππω2/2==，（ω的国际单位为s rad /）。
6. 线圈转到线圈平面和中性面重合时的特点：（1）线圈平面与磁感线垂直；（2）φ最大；（3）0/=??t φ；（4）0=e ；（5）0=i 。
7. 线圈转到线圈平面和中性面垂直时的特点：（1）线圈平面与磁感线平行；（2）0=φ；
（3）t ??φ
最大；（4）e 最大；（5）i 最大。
的T 、f 都相同，感应电动势和它们各自匝数成正比。
3. 电压关系： (3)
3
2211===n U n U n U
4. 功率关系：出入P
P = 5. 电流关系：只有一个原线圈和一个副线圈时：1221//n n I I =。
（十）远距离输电： 原理图：（如图三所示）
输电线路上损失功率
r I r U IU P 22/2
2
?===线线线，当输送功率P 一定时，2
12/2U P r P ?=线，P 与1U 平方成反比。
图三
（十一）电磁振荡：
1. 振荡过程（或时刻）的各种说法及特点
在图四中，对于b 时刻的各种说法有：电容器放电完毕；电容器充电开始；电场能向磁场能转化完毕；磁场能向电场能转化b 时刻的特点有：电容器板间电压U 为零、电量Q 为零、电场强度E 为零、电场能电E 为零线圈电流I 最大、磁感应强度B 最大、磁场能磁E 最大，自感电动势自ε为零，对a 到b 的过程说法有：电容器正在放电，极板电量减小，电路电流增大、电场能正向磁场能转化。
图四
2. 电磁振荡的周期和频率： LC T π2=、
LC f π21
=
：T 、f 与电容器的电量Q 、板间电压U 、电路电流I
无关，取决于线圈自感系数L 和电容器的电容C ，LC 乘积最小时的频率为电路的最高频率，LC 乘积最大时的频率为电路的最低频率。
（十二）电磁场和电磁波： 1. 麦克斯韦电磁理论：
不变化的磁场周围无电场，变化的磁场周围有电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，周期性（振荡）变化的磁场周围产生同频率的振荡的电场，周期性变化的电场周围也产生同频率周期性变化的磁场，这样交替产生的电磁场由发生区域向远处传播就形成电磁波。
2. 电磁波传播速度v ：
在真空中s m c v /1038
?==光速。
3. f T v 、、、λ的关系：f f T f v ,/λλ==越高的电磁波波长λ越小。
【典型例题】
[例1] 质子)(1
1H 和α粒子)(4
2He 从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场作圆周运动，则这两粒子的动能之比=21:k k E E ______，轨道半径之比=21:r r _______，周期之比=21:T T ________。
分析和解答：粒子在电场中加速时只有电场力做功，由动能定理得：2
21mv qU =
，
而在洛仑兹力作用下粒子作匀速圆周运动，动能不变。
故2:1:::212121===q q U q U q E E k k
由2
21
mv qU =，得
m qU
v 2=∵ 粒子在磁场中运动的圆周半径 q mU
B
m qU qB mv qB mv r 212=
==故
2:1::2
2
1121==q m q m r r
[例流也为定值，方向为反时针（正）方向；
当ab 、cd 边都进入磁场时，线圈没有感应电流；
当线圈只有cd 边在磁场时，感应电流是顺时针的（负），且数值一定； 当cd 边离开磁场后，线圈无感应电流。 故C 正确。 可见，分析这类问题时，应先分清各个运动阶段，对每个阶段的分析应注意以下三点：（1）有无感应电流；（2）感应电流方向（即正负）怎样；（3）感应电流大小是否变化，若变化又是怎样变化。
[例3] 带电为q +的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是（ ）。
A. 只要速度大小相同，所受洛仑兹力就相同；
B. 如果把q +改为q -，且速度反向大小不变，则洛仑兹力的大小，方向均不变；
C. 洛仑兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直；
D. 粒子只受到洛仑兹力作用下运动的动能、动量均不变。 分析和解答：正确答案是B 。
∵ 洛仑兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时qvB f =，当粒子速度与磁场平行时0=f 。再者由于洛仑兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同时，洛仑兹力的方向也不同。
∴ A 选项错。
∵ q +改为q -且速度反向时所形成的电流方向与原q +运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛仑兹力方向不变，再由qvB f =知大小不变。
∴ B 选项正确。
∵ 电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角。 ∴ C 选项错
∵ 洛仑兹力总与速度方向垂直，因此洛仑兹力不做功，粒子动能不变，但洛仑兹力可改变粒子的运动方向，使动量的方向不断改变。
∴ D 选项错。 [例4] 如图2所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感强度为B ，线圈面积为S ，则穿过线圈的磁通量=φ_______。
分析与解答：此题的线圈平面abcd 与磁感强度B 方向不垂直，不能直接用BS =φ计算。处理时可以用以下两种方法之一：
（1）把S 投影到与B 垂直的方向即水平方向（如图中的cd b a ''），∴ θcos S S =⊥，
故θφcos BS BS ==⊥；
（2）把B 分解为平行于线圈平面的分量//B 和垂直于线圈平面分量⊥B ，显然//B 不穿过线圈，且θcos B B =⊥，故θφcos BS S B ==⊥。
图2
【模拟试题】
一. 单选题（本题包括10小题，共20分）
1. 关于速度和加速度的关系，下列说法正确的是（ ） A. 速度变化得越多，加速度就越大 B.
C. D. 2. A. 3. A. C. 4. A. 41
B. 4
C. 21
D. 2
5. 以下关于分子间引力与斥力的说法哪些是正确的（ ） A. 当分子间距离r 大于平衡态距离0r 时，分子间作用力仅为引力 B. 当分子间距离r 大于平衡态距离0r 时，分子势能将减少 C. 当分子间距离r 小于平衡态距离0r 时，分子势能将减少
D. 当分子间距离r 小于平衡态距离0r 时，分子斥力比引力增长得快，表现为斥力 6. 电磁波从空气传入水中后（ ） A. 频率变小，波长变大 B. 波长变小，频率变大 C. 频率不变，波长变大 D. 频率不变，波长变小
7. 关于导体的电阻（温度影响不计）以下说法正确的是（ ） A. 电阻跟它的电压及电流强度均无关
B. 电阻跟导体里电流强度成反比
C. 电阻跟导体两端电压成正比跟电流强度成反比
D. 电阻跟两端电压成正比
8. 把一个带电量为q 的实验电荷放在电场中的P 点，测得P 点的电场强度为E ，电场强度的方向向东，已知q 为正值（ ）
A. 若把电量为q -的点电荷放在P 点，则测得P 点的电场强度仍为E ，电场强度的方向向西
B. 若把电量为q 2+的点电荷放在P 点，则测得P 点的电场强度为E
21，电场强度的
方向向东
C. 若在P 点不放电荷，则P 点的电场强度等于零
D. 以上说法都不对
9. 面积为S 的矩形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从中性面起以角速度ω匀速转动，在t 时刻线圈磁通量的瞬时值为（ ） A. BS
B. t BS ωcos
C. t BS ωsin
D.
t BS ωsin /
10. 第一个发现电磁感应现象的科学家是（ ） A. 奥斯特 B. 库仑 C. 法拉第 D. 安培
二. 单选题（本题包括10小题，共30分。） 11. 物体保持速率不变，速度方向经t 秒由向东变为向西，则t 秒内物体的加速度（ ） A. t v / 向西
B. t v /2 向西
C. t v /2 向东
D. 0
12. 质量为800㎏的小汽车驶过一半径为50m 的圆形拱桥，到达桥顶时的速度为10m/s 汽车所受向心力的大小为（ ）
A. 1600N
B. 6400N
C. 8000N
D. 9600N 13. 关于惯性，下列说法中正确的是（ ） A. 物体只有在不受力的作用时才有惯性
B. 物体运动的速度越大，它具有的惯性越大，所以不容易停下来
C. 无论物体如何运动只要质量大，则惯性大
D. 物体只有在运动状态发生变化时才具有惯性
14. 当物体温度升高时，下列哪个说法是正确的（ ） A. 组成物体分子的动能都增大 B. 组成物体分子的温度都升高 C. 组成物体分子的平均动能增大 D. 组成物体的分子运动的激烈程度要减小 15. 如图是点电荷电场中的一条电场线，下面说法正确的是（ ）
A. A
B. 在B
C.
D.
16. A、B
r
电力大小变为（
A. F/2
17.
A. 当ab
B. 当ab
C. 当ab
D. 当ab
18. 如图所示（）
A.
B.
C.
D.
19.
A. 有效值是
C. 瞬时值是
20. 在磁感应强度为B 、方向如图所示的匀强磁场中，金属杆PQ 在宽为L 的平行金属导轨上以速度v 向右匀速滑动，PQ 中产生的感应电动势为1E ；若磁感应强度增为2B ，其它条件不变，所产生的感应电动势大小变为2E 。则1E 与2E 之比及通过电阻R 的感应电流方向为（ ） A. 1:2b a →,2:1三. 21. W 22. MHz 510?。
23. 导线中的电流强度为10A ，20s 内有 C 的电量通过导线的横截面。
24. 如图，轻弹簧左端固定，处于水平状态，右端为自由端，弹簧的劲度系数为
N k /10=25.
五. 计算题（本题包括3小题，共30分。）
28. 质量为2t 的汽车以h km /54的速度行驶，前面出现紧急情况，要在15m 内刹住车，汽车的制动力多大？
29. 从静止开始，沿倾角为θ的斜面向上推一个质量为m 的木箱，推力F 与斜面平行，推上的距离s 。此时速度为v ，请完成下述要求： （1）画出题中所述物理情景的示意图； （2）画出木箱的受力示意图； （3）写出各力做功的表达式；
（4）写出各力做功的代数和（即总功的表达式）与动能的关系式。
1.0的导体棒ab沿水平面内的光滑导线框向右做匀速运动，速30. 如图所示，电阻为Ω
【试题答案】
1. B
2. A
3. C
4. D
5. D
6. D
7. A
8. D
9. B 10. C 11. B 12. A 13. C 14. C 15. B 16. D 17. C 18. D 19. B
20. D
21. 16 22. 30；3 23. 200 24. 5 25. 21
26. 23.7mm
27. （1）
（2）
28.
解：汽车刹车时受力如图所示，设加速度为a ，制动力为F ，刹车末速度为零S v a 22
=，
N
ma F s m a 42
105.1/5.715
215
15?===??=
29.
（1）（2）
（3）
=
G F
W
FS
W
fS
W
f
-
=
（4）
sin
-mgS
FSθ
30.
（1）ab棒相当于电源，a点为正极；（2）0.2V；0.4A；
（3）0.016N；水平向左
一．选择题（共30小题） 1．（2015?嘉定区一模）很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率（）A．均匀增大B．先增大，后减小 C．逐渐增大，趋于不变D．先增大，再减小，最后不变 2．（2014?广东）如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块（） A．在P和Q中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在P中的下落时间比在Q中的长 D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大 3．（2013?虹口区一模）如图所示，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行．已知在t=0到t=t1的时间间隔内，长直导线中电流i随时间变化，使线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右．图中箭头表示电流i的正方向，则i 随时间t变化的图线可能是（） A．B．C．D． 4．（2012?福建）如图，一圆形闭合铜环由高处从静止开始加速下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合．若取磁铁中心O为坐标原点，建立竖直向下为正方向的x轴，则图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是（） A．B．C．D． 5．（2011?上海）如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a（） A．顺时针加速旋转B．顺时针减速旋转 C．逆时针加速旋转D．逆时针减速旋转 6．（2010?上海）如图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为L，边长为L的正方形线框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图（） A．B．C．D． 7．（2015春?青阳县校级月考）纸面内两个半径均为R的圆相切于O点，两圆形区域内分别存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，且不随时间变化．一长为2R的导体杆OA绕过O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，角速度为ω，t=0时，OA恰好位于两圆的公切线上，如图所示．若选取从O指向A的电动势为正，下列描述导体杆中感应电动势随时间变化的图象可能正确的是（） A．B．C．D． 8．（2014?四川）如图所示，不计电阻的光滑U形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小．质量为的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形，其有效电阻为Ω．此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B=（﹣）T，图示磁场方向为正方向，框、挡板和杆不计形变．则（） A．t=1s时，金属杆中感应电流方向从C到D B．t=3s时，金属杆中感应电流方向从D到C C．t=1s时，金属杆对挡板P的压力大小为
电磁感应 1.★电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 （1）产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0。 （2）产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 （3）电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。 2.磁通量 （1）定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式：Φ=BS。如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位：Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数。任何一个面都有正、反两个面；磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正。反之，磁通量为负。所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和。 3.★楞次定律 （1）楞次定律：感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割
磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便。 （2）对楞次定律的理解 ①谁阻碍谁---感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量。 ②阻碍什么---阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身。 ③如何阻碍---原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”。 ④阻碍的结果---阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少。 （3）楞次定律的另一种表述：感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种： ①阻碍原磁通量的变化； ②阻碍物体间的相对运动； ③阻碍原电流的变化（自感）。 ★★★★4.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。表达式E=nΔΦ/Δt 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为E=BLvsinθ。当B、L、v三者两两垂直时，感应电动势E=BLv。 （1）两个公式的选用方法E=nΔΦ/Δt计算的是在Δt时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒定不变时，它算出的才是瞬时电动势。E=BLvsinθ中的v 若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势：若v为平均速度，算出的就是平均电动势。
【本讲教育信息】 一. 教学内容： 磁场、电磁感应、交流电、电磁场和电磁波 （一）磁场 1. 磁场 （1）磁体或电流周围存在的一种物质——____________。 （2）性质：对在它里面的磁极或电流有____________的作用。磁场的方向是小磁针____________极受力方向，亦即小磁针静止时____________极所指方向。 2. 磁感应强度 （1）定义式：____________（I垂直B）。 B的大小由磁场本身决定，与F、I、L无关，可用B＝F/IL计算（2）方向：B的方向就是该点____________方向。 （3）单位：____________、____________。 3. 感磁线 （1）人为在磁场中描绘出来的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向和该点的磁场方向____________。 （2）磁感线是描述磁场的____________和____________，磁感线上某点的切线方向就是该点的____________，磁感线越密表示该处磁感应强度____________。 （3）磁感线是闭合曲线，永不相交。
（4）几种常见磁场的磁感线分布情况，在下图中画出来。 4. 安培力（磁场对电流的作用力） （1）大小：当B与I垂直时____________，当B与I平行时，____________。 （2）方向：用左手定则判定，四指指向____________方向，让磁感线____________穿过掌心，拇指指向____________的方向。 5. 洛伦兹力（磁场对运动电荷的作用力） （1）大小：当v方向与B垂直时____________，当v方向与B平行时____________。 （2）方向：用左手定则判定，其中四指指向与正电荷运动方向____________，与负电荷运动方向____________。 6. 分子电流假说 （1）内容：____________________________________。 （2）磁现象的电本质：一切磁现象的本质都可以归结为____________的运动。 （二）电磁感应 1. 磁通量： （1）定义：____________________________________；
电磁感应三十道新题(附答案) 一．解答题（共30小题） 1．如图所示，MN和PQ是平行、光滑、间距L=0.1m、足够长且不计电阻的两根竖直固定金属杆，其最上端通过电阻R相连接，R=0.5Ω．R两端通过导线与平行板电容器连接，电容器上下两板距离d=lm．在R下方一定距离有方向相反、无缝对接的两个沿水平方向的匀强磁场区域I和Ⅱ，磁感应强度均为B=2T，其中区域I的高度差h1=3m，区域Ⅱ的高度差h2=lm．现将一阻值r=0.5Ω、长l=0．lm的金属棒a紧贴MN和PQ，从距离区域I上边缘h=5m处由静止释放；a进入区域I后即刻做匀速直线运动，在a进入区域I的同时，从紧贴电容器下板中心处由静止释放 一带正电微粒A．微粒的比荷=20C/kg，重力加速度g=10m/s2．求 （1）金属棒a的质量M； （2）在a穿越磁场的整个过程中，微粒发生的位移大小x； （不考虑电容器充、放电对电路的影响及充、放电时间） 2．如图（甲）所示，MN、PQ为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距L为0.5m，导轨左端连接一个阻值为2Ω的定值电阻R，将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒cd的电阻r=2Ω，导轨电阻不计，整个装置处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度B=2T．若棒以1m/s的初速度向右运动，同时对棒施加水平向右的拉力F作用，并保持拉力的功率恒为4W，从此时开始计时，经过2s金属棒的速度稳定不变，图（乙）为安培力与时间的关系图象．试求： （1）金属棒的最大速度； （2）金属棒的速度为3m/s时的加速度； （3）求从开始计时起2s内电阻R上产生的电热．
“逼近高考—选择题总结性训练” 电磁感应并交变电流 一、考点及说明 二、类型、情景、知识与方法 一、单项选择题 1．如图所示，闭合开关S ，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用时0.2s ，第二次用时0.4s ，并且两次磁铁的起始和终止位置相同，则（A ） A ．第一次线圈中的磁通量变化较快 B ．第一次电流表○G 的最大偏转角较小 C ．第二次电流表○G 的最大偏转角较大 D ．若断开S ，电流表○G 均不偏转，故两次线圈两端均无感应电动势 2．如图，两个圆形线圈P 和Q ，悬挂在光滑绝缘杆上．通以方向相同的电流，若I 1>I 2，P 、 Q 受到安培力大小分别为为F 1和F 2，则P 和Q (D) A ．相互吸引，F 1>F 2 B ．相互排斥，F 1>F 2 C ．相互排斥，F 1=F 2 D ．相互吸引，F 1=F 2 3．用绝缘丝线悬吊一个轻质闭合铝环P ．用磁铁的N 极靠近P 环时，可观察到P 环远离磁铁，现改用磁铁的S 极用同样方式靠近P 环（如图），则P 环（D ） A ．静止不动 B ．靠近磁铁 C ．没有感应电流 D ．产生顺时针方向电流 4．铺设海底金属油气管道时，焊接管道需要先用感应加热的方法对焊口两侧进行预热.将被加热管道置于感应线圈中，当感应线圈中通以电流时管道发热.下列说法中正确的是（D ） A ．管道发热是由于线圈中的电流直接流经管道引起的 B ．感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热加热管道的 C ．感应线圈中通以恒定电流时也能在管道中产生电流 D ．感应线圈中通以正弦交流电在管道中产生的涡流也是交流电 5．如图所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在 两金属板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小球的运动情况是（A ） A ．向左摆动 B ．向右摆动 C ．保持静止 D ．无法判定 P Q
高二物理同步测试（5）—电磁感应 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分．满分100分，考试用时60分钟． 第Ⅰ卷（选择题，共40分） 一、选择题（每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确 的，全部选对得4分，对而不全得2分。） 1．在电磁感应现象中，下列说法正确的是 （） A．感应电流的磁场总是跟原来的磁场方向相反 B．闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流 C．闭合线框放在匀强磁场中做切割磁感线运动，一定产生感应电流 D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 2. 为了利用海洋资源，海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量 海水的流速．假设海洋某处的地磁场竖直分量为B＝×10－4T，水流是南北流向，如图将两个电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向．若 两极相距L＝10m，与两电极相连的灵敏电压表的读数为U＝2mV，则海水 的流速大小为（） A．40 m／s B．4 m／s C． m／s D．4×10－3m／s 3．日光灯电路主要由镇流器、起动器和灯管组成，在日光灯正常工作的情况下，下列说法正确的是（） A．灯管点燃后，起动器中两个触片是分离的 B．灯管点燃后，镇流器起降压和限流作用 C．镇流器在日光灯开始点燃时，为灯管提供瞬间高压 D．镇流器的作用是将交变电流变成直流电使用 4．如图所示，磁带录音机既可用作录音，也可用作放音，其主要部件为
可匀速行进的磁带a 和绕有线圈的磁头b ，不论是录音或放音过程，磁带或磁隙软铁会存在磁化现象，下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的说法，正确的是 （ ） A ．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应 B ．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应 C ．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用 D ．放音和录音的主要原理都是电磁感应 5．两圆环A 、B 置于同一水平面上，其中A 为均匀带电绝缘环，B 为导 体环，当A 以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时，B 中产生如图所示方向的感应电流。则（ ） A ．A 可能带正电且转速减小 B ．A 可能带正电且转速增大 C ．A 可能带负电且转速减小 D ．A 可能带负电且转速增大 6．为了测出自感线圈的直流电阻，可采用如图所示的电路。在测量完毕后将电路解体时应该（ ） A ．首先断开开关S 1 B ．首先断开开关S 2 C ．首先拆除电源 D ．首先拆除安培表 7．如图所示，圆形线圈垂直放在匀强磁场里，第1秒内磁场方向指向纸里，如图（b ）．若磁感应强度大小随时间变化的关系如图（a ），那么，下面关于线圈中感应电流的说法正确的是 （ ） A ．在第1秒内感应电流增大，电流方向为逆时针 B ．在第2秒内感应电流大小不变，电流方向为顺时针 C ．在第3秒内感应电流减小，电流方向为顺时针 D ．在第4秒内感应电流大小不变，电流方向为顺时针 8．如图所示，xoy 坐标系第一象限有垂直纸面向外的匀强磁 场，第 x y o a b
例5 如图11－18所示，A，B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计。当电键K闭合时，下列说法正确的是 [ ] A．A比B先亮，然后A熄灭 B．B比A先亮，然后B逐渐变暗，A逐渐变亮 C．AB一齐亮，然后A熄灭 D．A、人一齐亮．然后八逐渐变亮．D的亮度不变 【错解】 当电键闭合时．A灯与线圈L串联，B灯与R串联后分别并联于电源两端。虽然K闭合瞬间线圈会产生自感，即阻碍通过线圈支路电流的的增加。但A灯与L串联后并联接在电源上。电源两端有电压，就会有电流，所以AB都应该同时亮起来。只是闭合K的瞬间A灯不能达到应有的电流而亮度发暗。K闭合一段时间后两灯达到同样的亮度。所以A灯逐渐变亮，B灯亮度不发生变化，选D。 【错解原因】 选择D选项时对自感现象理解不够。在K闭合的瞬间，通过每盏灯的电流到底怎样变化不清楚。 【分析解答】 电键闭合的瞬间，线圈由于自感产生自感电动势，其作用相当于一个电源。这样对整个回路而言相当于两个电源共同作用在同一个回路中。两个电源各自独立产生电流，实际上等于两个电流的叠加。根据上述原理可在电路中标出两个电源各自独立产生的电流的方向。
图11-19a、b是两电源独立产生电流的流向图，C图是合并在一起的电流流向图。由图可知、在A灯处原电流与感应电流反向，故A灯不能立刻亮起来。在B灯处原电流与感应电流同向，实际电流为两者之和，大于原电流。故B灯比正常发光亮（因正常发光时电流就是原电流）。随着自感的减弱，感应电流减弱，A灯的实际电流增大，B灯实际电流减少，A变亮，B灯变暗，直到自感现象消失，两灯以原电流正常发光。应选B。
高中物理总复习—电磁感应 本卷共150分，一卷40分，二卷110分，限时120分钟。请各位同学认真答题，本卷后附答案及解析。 一、不定项选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的不得分． 1．图12-2，甲、乙两图为与匀强磁场垂直放置的两个金属框架，乙图除了一个电阻为零、自感系数为L的线圈外，其他部分与甲图都相同，导体AB以相同的加速度向右做匀加速直线运动。若位移相同，则（） A．甲图中外力做功多B．两图中外力做功相同 C．乙图中外力做功多D．无法判断 2．图12-1，平行导轨间距为d，一端跨接一电阻为R，匀强磁场磁感强度为B，方向与导轨所在平面垂直。一根足够长的金属棒与导轨成θ角放置，金属棒与导轨的电阻不计。当金属棒沿垂直于棒的方向以速度v滑行时，通过电阻R的电流强度是（） A． Bdv R B．sin Bdv R θ C．cos Bdv R θ D． sin Bdv Rθ 3．图12-3，在光滑水平面上的直线MN左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，右侧是无磁场空间。将两个大小相同的铜质矩形闭合线框由图示位置以同样的速度v向右完全拉出匀强磁场。已知制作这两只线框的铜质导线的横截面积之比是1:2.则拉出过程中下列说法中正确的是（）A．所用拉力大小之比为2:1 B．通过导线某一横截面的电荷量之比是1:1 C．拉力做功之比是1:4 D．线框中产生的电热之比为1:2 4．图12-5，条形磁铁用细线悬挂在O点。O点正下方固定一 个水平放置的铝线圈。让磁铁在竖直面内摆动，下列说法中正确的 是（） R v a b θ d 图12-1 M N v B 图12-3
1.如图所示，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 2. 穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每 秒钟均匀地减少了2Wb，则 A．线圈中感应电动势每秒增加2V B．线圈中感应电动势每秒减少2V C．线圈中无感应电动势 D．线圈中感应电动势大小不变 3.在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒AB，以初速度v水平抛出。空气阻力不计，如图5所示，运动过程中棒保持水平，那么下列说法中正确的是（）（A）AB棒两端的电势U A < U B（B）AB棒中的感应电动势越来越大 （C）AB棒中的感应电动势越来越小（D）AB棒中的感应电动势保持不变 4.如图所示，一闭合的小金属环用一根绝缘细杆挂在固定点O处，使金 属圆环在竖直线OO′的两侧来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁 场区域，磁感线的方向和水平面垂直。若悬点摩擦和空气阻力均不计， 则AD A．金属环进入和离开磁场区域都有感应电流，而且感应电流的方向相反 B．金属环进入磁场区域后越靠近OO′线时速度越大，而且产生的感应 电流越大 C．金属环开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后不再减小 D．金属环在摆动过程中，机械能将完全转化为环中的电能 5.如题图3所示，先后两次将一个矩形线圈由匀强磁场中拉出， 两次拉动的速度相同。第一次线圈长边与磁场边界平行，将线 圈全部拉出磁场区，拉力做功W1，第二次线圈短边与磁场边界 平行，将线圈全部拉出磁场区，拉力做功W2，则： A．W1> W2B．W1= W2C．W1< W2D．条 件不足，无法比较 6.如图所示，上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨
A 1S 1234 2 S 1 R R 3 S 第三讲 电磁感应与交流电 1．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（ ） A ．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B ．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化 C ．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化 D ．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化 2．如图所示，若套在条形磁铁上的弹性金属导线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ，则关于线圈的感应电流及其方向(从上往下看) 是( ) A ．有顺时针方向的感应电流 B ．有逆时针方向的感应电流 C ．先逆时针后顺时针方向的感应电流 D ．无感应电流 3．如图所示有界匀强磁场区域的半径为r ，磁场方向与导线环所在平面垂直，导线环半径也为r, 沿两圆的圆心连线方向从左侧开始匀速穿过磁场区域。此过程中关于导线环中的感应电流i 随时间t 的变化关系图象（规定逆时针方向的电流为正）最符合实际的是（ ） 4．图中A 、B 为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置．A 线圈中通有如图(a)所示的交变电流i ，则 （ ） A ．在t 1到t 2时间内A 、 B 两线圈相吸； B ．在t 2到t 3时间内A 、B 两线圈相斥； C ．t 1时刻两线圈间作用力为零； D ．t 2时刻两线圈间吸力最大 5．如图所示，在磁感应强度B=1.0 T 的匀强磁场中，金属杆PQ 在外力F 作用下在粗糙U 型导轨上以速度向右匀速滑动，两导轨间距离L=1.0 m ，电阻R=3.0 ，金 属杆的电阻r=1.0 ，导轨电阻忽略不计，则下列说法正确的是（ ） A 、通过R 的感应电流的方向为由d 到a B ．金属杆PQ 切割磁感线产生的感应电动势的大小为2.0 V C. 金属杆PQ 受到的安培力大小为0.5 N D ．外力F 做功大小等予电路产生的焦耳热 6. 如图所示，平行金属导轨和水平面成θ角，导轨与固定电阻R 1、R 2相连，匀强磁场垂直 穿过导轨平面。有一导体棒ab ，质量为m ，导体棒的电阻与固定电阻R 1和R 2的阻值 均相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab 沿导轨向上匀速滑动，当上滑的速度为v 时，受到的安培力为F ，则此时（ ） A.电阻R 1的电功率为Fv/3 B. 电阻R 1的电功率为Fv/6 C.整个装置因摩擦而产生的热功率为μmgv cos θ D.整个装置消耗的机械功率为(F+μmg cos θ)v 7.如图所示，相距为d 的两条水平虚线L 1、L 2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，正方形线圈abcd 边长为L （L 1. 如图所示，水平面上有两根平行导轨，上面放两根金属棒a 、b 。当条形磁铁如 图向下移动时（不到达导轨平面），a 、b 将如何移动？ 2. 如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S 极向下以初速度v 0沿过导体环圆心的竖直线下落的过程中，导体环中的感应电流方向如何？ 3.如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？ 4.如图所示装置中，cd 杆原来静止。当ab 杆做如下那些运动时，cd 杆将 向右移动？ A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动 5．如图所示，闭合金属铜环从高为h 的曲面滚下，沿曲面的另一侧上升，设闭合环初速度为零，不计摩擦，则（ ） A ．若是匀强磁场，环上升的高度小于h B ．若是匀强磁场，环上升的高度大于h C ．若是非匀强磁场，环上升的高度等于h D ．若是非匀强磁场，环上升的高度小于h 6．如图（a ），圆形线圈P 静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q ， P 和Q 共轴.Q 中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b ）所示.P 所受的重 力为G ，桌面对P 的支持力为N ，则 A.t 1时刻N ＞G B.t 2时刻N ＞G C.t 3时刻N ＜G D.t 4时刻N =G 7.如图所示，长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ， 处于磁感应强度为B 的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v 匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力F 大小； ⑵拉力的功率P ； ⑶拉力做的功W ； ⑷线圈中产生的电热Q ；⑸通过线圈某一截面的电荷量q 。 8.如图所示，竖直放置的U 形导轨宽为L ，上端串有电阻R （其余导体部分的 电阻都忽略不计）。磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab 的质量为m ，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab 保持水平而下滑。试求ab 下滑的最大速度v m 9.如图所示的电路中，A 1和A 2 是完全相同的灯泡，线圈L 的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（ ） A ．合上开关S 接通电路时，A 2先亮A 1后亮，最后一样亮 B ．合上开关S 接通电路时，A 1和A 2始终一样亮 C ．断开开关S 切断电路时，A 2立即熄灭，A 1过一会熄灭 D ．断开开关S 切断电路时，A 1和A 2都要过一会才熄灭 10. 如图所示，平行金属导轨间距为d ，一端跨接电 阻为R ，匀强磁场磁感强度为B ，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与 导轨成θ角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v 在导轨上滑行时，通过电阻的电流是 （ ） A ．Bdv /(R sin θ) B ．Bdv/R C ．Bdv sin θ/R D ．Bdv cos θ/R 11. 如图所示，圆环a 和b 的半径之比R 1∶R 2=2∶1，且是粗细相 同，用同样材料的导线构成，连接两环导线的电阻不计，匀强磁场的 磁感应强度始终以恒定的变化率变化，那么，当只有a 环置于磁场中 a b 专题八电磁感应交流电和能量变化 高考要求： 1、电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律Ⅱ 2、导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则Ⅱ 3、自感现象Ⅰ 4、日光灯Ⅰ 5、交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达，最大值与 有效值，周期与频率Ⅱ 6、电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗Ⅰ 电磁感应综合问题，涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、动量和能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等）等多个知识点，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。因此，本专题涉及的内容是历年高考考查的重点，年年都有考题，且多为计算题，分值高，难度大，对考生具有较高的区分度。因此，本专题是复习中应强化训练的重要内容。 知识整合： 1．受力情况、运动情况的动态分析。思考方向是：导体受力运动产生感 应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化 →速度变化→感应电动势变化→……，周而复始，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态。要画好受力图，抓住a =0时，速度v达最大值的特点。 ２．功能分析，电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化。例如：如图所示中的金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减小，一部分用来克服安培力做功转化为感应电流的电能，最终在R上转转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能．若导轨足够长，棒最终达到稳定状态为匀速运动时，重力势能用来克服安培力做功转化为感应电流的电能，因此，从功和能的观点人手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径． 互动课堂 棒的最大速度。已知ab与导轨 ，导轨和金属棒的电阻都不计。 第九章电磁感应与交变电流考纲要求 电磁感应电磁感应现象 磁通量 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感、涡流 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ 交变电流交变电流、交变电流的图像 正弦交变电流的函数表达式、峰值 和有效值 理想变压器 远距离输电 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 第一节电磁感应现象楞次定律 一、磁通量 (1)定义：磁感应强度与面积的乘积，叫做穿过这个面的磁通量. (2)定义式：Φ＝BS. 说明：该式只适用于匀强磁场的情况，且式中的S是跟磁场方向垂直的面积；若不垂直，则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积，即Φ＝BS⊥＝BS sin θ，θ是S与磁场方向的夹角. (3)磁通量Φ是标量，但有正负.Φ的正负意义是：从正、反两面哪个面穿入，若从一面穿入为正，则从另一面穿入为负. (4)单位：韦伯，符号：Wb. (5)磁通量的意义：指穿过某个面的磁感线的条数，多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小． (6)磁通量的变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1，即末、初磁通量之差. ①磁感应强度B不变，有效面积S变化时，则 ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS ②磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变时，则ΔΦ＝Φ2－Φ1 ＝ΔB·S ③磁感应强度B和有效面积S同时变化时，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1 【复习巩固题】 1、如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当a线圈中有电 流I通过时，它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc，下列判断正确的是() A ．Φa <Φb <Φc B ．Φa >Φb >Φc C ．Φa <Φc <Φb D ．Φa >Φc >Φb 2、如图所示,两个同心放置的同平面金属圆环,条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,则比较通过两圆环的磁通量Φa ,Φb ( ) A.Φa ＞Φb B.Φa ＜Φb C.Φa =Φb D.不能比较 3、如图所示，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一面积为S 的矩形线圈 abcd ，垂直于磁场方向放置，现使线圈以ab 边为轴转180°，求此过程磁通量的变化？ 二、电磁感应现象 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. ●模拟法拉第的实验 (1) 产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化 ，即ΔΦ≠0. (2)产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线 操作 现象 开关闭合瞬间 开关断开瞬间 开关闭合时，滑动变阻器不动 开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片 结论： §5、3电磁振荡与电磁波 5．3．1、电磁振荡 电路中电容器极板上的电荷和电路中的电流及它们相联系的电场和磁场作周期性变化的现象，叫做电磁振荡。在电磁振荡过程中所产生的强度和方向周期性变化的电流称为振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。最简单的振荡电路，是由一个电感线圈和一个电容器组成的LC 电路，如图5-3-1所示。 在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡应该永远持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡 叫做自由振荡或等幅振荡。但是，由于任何电路都有电阻，有一部分能量要转变成热，还有一部分能量要辐射到周围空间中去，这样振荡电路中的能量要逐渐减小，直到最后停止下来。这种振荡叫做阻尼振荡或减幅振荡。 电磁振荡完成一次周期性变化时需要的时间叫做周期。一秒钟内完成的周期性变化的次数叫做频率。 振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其它外界的影响，即电路中发生自由振荡时的周期和频率，叫做振荡电路的固有周期和固有频率。 LC 回路的周期T 和频率f 跟自感系数L 和电容C 的关系是:. LC f LC T ππ21 ,2==。 5．3．2、电磁场 任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在周围空间产生电场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的场，这就是电磁场。麦克斯韦理论是描述电磁场运动规律的理论。 L 图5-3-1 变化的磁场在周围空间激发的电场，其电场呈涡旋状，这种电场叫做涡旋电场。涡旋电场与静电场一样对电荷有力的作用；但涡旋电场又与静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。 当导体作切割磁感线运动时，导体中的自由电子将受到洛仑兹力而在导体中定向移动，使这段导体两端分别积累正、负电荷，产生感应电动势，这种感应电动势又叫做动生电动势。它的计算公式为 θεsin Blv = 当穿过导体回路的磁通量发生变化时（保持回路面积不变），变化的磁场周围空间产生涡旋电场，导体中的自由电子在该电场的电场力作用下定向移动形成电流，这样产生的感应电动势又叫感生电动势。它的计算公式为 t B S ??=ε 5．3．3、电磁波 如果空间某处产生了振荡电场，在周围的空间就要产生振荡的磁场，这个振荡磁场又要在较远的空间产生新的振荡电场，接着又要在更远的空间产生新的振荡磁场，……，这样交替产生的电磁场由近及远地传播就是电磁波。 电磁波的电场和磁场的方向彼此垂直，并且跟传播方向垂直，所以电磁波是横波。 电磁波不同于机械波，机械波要靠介质传播，而电磁波它可以在真空中传播。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空个的传播速度8 1000.3?=C 米/秒。 电磁波在一个周期的时间内传播的距离叫电磁波的波长。电磁波在真空中的波长为:. 电磁振荡和电磁波 一、教法建议 抛砖引玉 本章教材的核心内容是麦克斯韦的电磁理论，但由于考查重心以电磁振荡的过程和电磁波特性为主，所以教学时这方面内容应详讲重练，而其它则简单地阐述。 指点迷津 教材对电磁振荡产生过程的分析是从能量转换着眼，重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化上。教学时可引导学生逐步分析教科书中图6-2甲、乙、丙、丁、戊所示的电磁振荡过程要使学生明确何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大。电场能与磁场能间的转化条件是电感线圈的自感作用和电容器的充放电作用。要启发学生从电磁感应的角度搞清楚：为什么充好电的电容器开始放电时电路里的电流不能立刻达到最大值，电场能为什么不能转化为磁场能，为什么电容器放电完毕时电路里的电流还要继续流动。 电磁振荡产生的物理过程比较抽象，为了帮助学生理解可用单摆的摆动作类比，电容器充完电时相当于把摆球从平衡位置拉到最高点，电场能相当于摆球势能，磁场能相当于摆球动能。电容器在放电过程中电场能转化为磁场能，相当于摆球由最高点向平衡位置运动。摆球势能转化为动能。电容器放电完毕电场能全部转化为磁场能，相当于摆球到达平衡位置时摆球势能全部转化为动能。 如果想使学生建立起较完整的电磁振荡概念，就要使学生明确“电”不仅指电容器两极板上的电荷，也指该电荷产生的电场，“磁”不仅指电感线圈中的电流，也指该电流产生的磁场。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性的正弦变化的现象，为了使学生分清振荡电流与前章所讲的交变电流的区别，要指出振荡电流是一种频率很高的交变电流，很难用交流发电机产生，一般用LC回路产生。可说明在演示实验中我们有意加大电感线圈的电感L和电容器的电容C使振荡电流周期变大（频率减小）以便观察，无线电技术中所应用的振荡电流频率约1兆赫左右或几十兆赫。 阻尼振荡和无阻尼振荡除了按教材内容介绍外，可与单摆的摆动进行对比说明，还可用示波器演示LC回路产生阻尼振荡时的情形，让同学观察振幅衰减的情况，并用示波器观察补充能量后产生的无阻尼振荡波形，看到振幅一定的情况，通过观察示波器的波形能对教科书中图6-3的图象留下深刻的印象。 教科书在解释什么叫振荡电路的固有周期和固有频率后，通过演示实验改变LC回路中的电感L或电容C，使同学看到电路的振荡周期、频率随之变化，由实验中得出电感L大（小）、电容C大（小）、周期长（短的结论，要启发学生体会到：LC回路的周期频率由电路本身的特性（L，C值）决定，所以把电路的周期、频率叫做固有周期、固有频率，教材没有做进一步的分析和证明，直接给出了周期公式和频率公式，这两个公式的证明在中学不易讲清楚。我们的目的是让学生通过实验现象的观察了解公式内容，能应用公式对有关总是进行简单的分析、计算。教材强调了公式中各个物理量的单位，这是有的学生容易出错的地方，课堂上可以让学生做一些简单的基本练习。 （1）电磁场和电磁波：从理论上说，是磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程，但这些内容非常抽象，在中学阶段还没有很好的方法让学生接受，只能要求学生对电磁场的理论有一个初步的定性的了解，教材突出了电磁场理论中最核心的内容：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波。 电磁场理论建立的历史过程是对我们有极大启发的激动人心的过程，适当介绍这一历史过程对学生有教育作用，在思想方法上也会受益。我们可简单介绍法拉第关于场的要领和法拉第的一些设想，介绍麦克斯韦的追求和电磁理论的提出、电磁波设想的提出，介绍赫兹对电磁波存在的实验验证。 电磁场理论的核心之一是：变化的磁场产生电场，教材从电磁感应用现象中随时间变化的磁场在线圈中产生感应电动势谈起，为了使学生容易接受，可做一个演示实验，实验装置如图6-1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光，我们可提出问题，线圈中产生感应电动势说明了什么？指出麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中引起了感应电流，我们又提出问题：如果用不导电的塑料线绕制线圈、线圈中还会有电流、电场吗？（有电场，无电流）。再问：想像线圈不存在时线圈所在处的空间还有电 1．如图甲所示，电阻不计且间距为L=1m 的光滑平行金属导轨竖直放置，上端连接阻值为R=1Ω的电阻，虚线OO′下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场．现将质量为m=0.3kg 、电阻R ab =1Ω的金属杆ab 从OO′上方某处以一定初速释放，下落过程中与导轨保持良好接触且始终水平．在金属杆ab 下落0.3m 的过程中，其加速度a 与下落距离h 的关系图象如图乙所示．已知ab 进入磁场时的速度v 0=3.0m/s ，取g=10m/s 2 ．则下列说法正确的是（ ） A ．进入磁场后，金属杆ab 中电流的方向由b 到a B ．匀强磁场的磁感应强度为2.0T C ．金属杆ab 下落0.3 m 的过程中，通过R 的电荷量0.24C D ．金属杆ab 下落0.3 m 的过程中，R 上产生的热量为0.45J 【答案】BC 【解析】 试题分析：由右手定则可知，导体棒进入磁场后，金属杆ab 中电流的方向由a 到b ，选项A 错误； ab 进入磁场时，加速度变为向上的g ，则由牛顿第二定律0 ab BLv B L mg mg R R ，解得B=2T ，选项B 正确； 根据210300602411 (..) .E BLh q I t t t C C R tR R ??????，选项C 正确；当金属杆下落0.3m 时已经做匀速运动，则 mg BIL ，其中m ab BLv I R R ，解得v m =1.5m/s ；根据能量关系 22 0112 2 m Q mv mgh mv ，代入数据可得：Q=9.83J ，选项D 错误。 考点：法拉第电磁感应定律；牛顿定律及能量守恒定律。 2．如图所示，MN 、PQ 是两条在水平面内、平行放置的光滑金属导轨，导轨的右端接理想变压器的原线圈，变压器的副线圈与阻值为R 的电阻组成闭合回路，变压器的原副线圈匝数之比n 1∶n 2 =k ，导轨宽度为L 。质量为m 的导体棒ab 垂直MN 、PQ 放在导轨上，在水平外力作用下，从t=0时刻开始往复运动，其速度随时间变化的规律是 v=v m sin( 2T π t)，已知垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度为B ，导轨、导体棒、导线和线圈的电阻均不计，电流表为理想交流电表，导体棒始终在磁场中运动。则下列说法中正确的是 A ．在t= 4T 22m k R B ．导体棒两端的最大电压为BLv m C ．电阻R 上消耗的功率为222 22m B L v k R 高考物理知识归纳（六） ----------------------磁场、电磁感应和交流电 磁场 基本特性,来源, 方向(小磁针静止时极的指向,磁感线的切线方向,外部(N →S)内部(S →N) 组成闭合曲线 要熟悉五种典型磁场的磁感线空间分布（正确分析解答问题的关健） 脑中要有各种磁源产生的磁感线的立体空间分布观念；会从不同的角度看、 画、识 各种磁感线分布图 能够将磁感线分布的立体、空间图转化成不同方向的平面图（正视、符视、侧视、剖视图） 安培右手定则：电产生磁 安培分子电流假说，磁产生的实质(磁现象电本质)奥斯特和罗兰实验 安培左手定则(与力有关) 磁通量概念一定要指明“是哪一个面积的、方向如何”且是双向标量 F 安=B I L ?推导 f 洛=q B v 建立电流的微观图景(物理模型) 从安培力F=ILBsin θ和I=neSv 推出f=qvBsin θ。 典型的比值定义 (E=q F E=k 2r Q ) (B=L I F B=k 2r I ) (u=q w b a →q W 0 A A →=?) ( R=I u R=S L ρ) (C=u Q C=d k 4s πε) 磁感强度B ：由这些公式写出B 单位，单位?公式 B=L I F ; B=S φ ; E=BLv ? B=Lv E ； B=k 2r I （直导体） ；B=μNI （螺线管） qBv = m R v 2 ? R =qB mv ? B =qR mv ; v v v d u E B qE qBv d u ===?= 电学中的三个力：F 电=q E =q d u F 安=B I L f 洛= q B v 注意：①、B ⊥L 时，f 洛最大，f 洛= q B v （f 、B 、v 三者方向两两垂直且力f 方向时刻与速度v 垂直）?导致粒子做匀速圆周运动。 ②、B || v 时，f 洛=0 ?做匀速直线运动。 ③、B 与v 成夹角时，（带电粒子沿一般方向射入磁场）， 可把v 分解为（垂直B 分量v ⊥，此方向匀速圆周运动；平行B 分量v || ，此方向匀速直线运动。） ?合运动为等距螺旋线运动。 带电粒子在磁场中圆周运动（关健是画出运动轨迹图,画图应规范）。 规律：qB mv R R v m qBv 2=?= (不能直接用) qB m 2v R 2T ππ== 1、找圆心：①(圆心的确定)因f 洛一定指向圆心，f 洛⊥v 任意两个f 洛方向的指向交点为圆心； ②任意一弦的中垂线一定过圆心； ③两速度方向夹角的角平分线一定过圆心。 2、求半径(两个方面)：①物理规律qB mv R R v m qBv 2 =?= ②由轨迹图得出几何关系方程 ( 解题时应突出这两条方程 ) 几何关系：速度的偏向角?=偏转圆弧所对应的圆心角(回旋角)α=2倍的弦切角θ电磁感应、交流电
专题八 电磁感应 交流电和能量变化
高三物理一轮精细化复习讲义电磁感应与交流电
5.3电磁振荡与电磁波
电磁振荡和电磁波
高考交流电电磁感应习题附答案
高考物理知识归纳磁场电磁感应和交流电
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