有关电磁感应的几个小专题(一)

电磁学中有三大实验定律：库仑定律，安培定律及法拉第电磁感应定律；并在此基础上，麦克斯韦进行归纳总结，得出了描述宏观电磁学规律的麦克斯韦方程组。

1 电荷守恒与库伦定律1.1 电荷守恒定律摩擦起电和静电感应实验表明，起电过程是电荷从某一物体转移到另一物体的过程。

电荷守恒定律电荷不能被创造，也不能被凭空消失，只能从一个物体转移到另外的物体，或者是从物体的一部分转移到另一部分。

也就是说，在任何物理过程中，电荷代数式守恒的。

在1897年，英国科学家汤姆逊在实验中发现了电子；1907-1913年，美国科学家密立根通过油滴实验，精确测定除了电荷的量值：e =1.602 177 33×10^-19 C。

这表明电子式量子化的。

1.2 库伦定律库伦定律两个静止电荷q1和q2之间的相互作用力大小和与q1与q2的乘积呈正比，和它们之间的距离r的平方呈反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸，即：其中，ε0为真空介电常数。

ε0 ≈8. 854187817×10-12 C2 / (N?m2)。

在MKSA单位制中，1库伦定义为：如果导线中有1A的恒定电流，在1s内通过导线横截面的电量为1C，即：1 C=1 A?s。

1.3 电场强度电场强度E 这是一个矢量，表示置于该点的点位电荷所受到的力，是描述电场分布的物理量，即：场强叠加原理由于电场是矢量，服从矢量叠加原理，因此我们可以得出：电荷组所产生的电场在某点的场强等于各点电荷单独存在时所产生的电场为该点场强的矢量叠加。

电场线形象描述电场分布，我们可以引入电场线的概念，利用电场线可以得出较为直观的图像。

1.4 电荷分布为了对概念有更清晰的认识，我们介绍实际带电系统中电荷分布的4种形式：体分布电荷；面分布电荷；线分布电荷及点电荷。

电荷体密度：电荷连续分布于体积V 内，用电荷体密度来描述其分布，即：电荷面密度：若电荷分布在薄层上，当仅考虑薄层外、距薄层的距离要比薄层的厚度大得多处的电场，而不分析和计算该薄层内的电场时，可将该薄层的厚度忽略，认为电荷是面分布。

t 《电磁感应定律》专题一．选择题（共10小题）1．物理学中的许多规律是通过实验发现的，下列说法中符合史实的是（）A．法拉第通过实验发现了电磁感应现象B．牛顿通过理想斜面实验发现了物体的运动不需要力来维持C．奥斯特通过实验发现了电流的热效应D．卡文迪许通过扭秤实验测出了静电力常量2．关于电磁感应，以下说法正确的是（）A．只要磁通量发生变化就会产生感应电流B．导体做切割磁感线运动时，导体两端会产生电压C．感应电流的产生是因为静电力做了功D．发生电磁感应，外界不需要提供能量3．如图所示，两个相同的小导线环和大导线环放在同一水平面内，且两小环关于大环圆心对称．当两小环中通过图示方向的电流，电流强度随时间均匀增大且始终相同，大环（）A．无感应电流，不存在扩张收缩趋势B．有顺时针方向的感应电流，存在扩张趋势C．有顺时针方向的感应电流，存在收缩趋势D．有逆时针方向的感应电流，存在收缩趋势4．在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接，如图所示．导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面．欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动可能是（）A．匀速向右运动B．加速向右运动C．匀速向左运动D．加速向左运动5．如图甲所示，在坐标系xOy中，有边长为L的正方形金属线框abcd，其对角线ac和y轴重合，顶点a位于坐标原点O处．在y轴右侧的第I象限内有一等腰直角三角形区域，直角边边长为L，底边的左端位于坐标原点O处，内有垂直纸面向里的匀强磁场．t=0时刻，线圈从图示位置沿cb方向，匀速穿过磁场区域．取a→b→c→d→a为感应电流的正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i、ab间的电势差U ab．随时间t变化的图线应是乙图中的（）A．B．C．D．6．在如图所示的倾角为θ的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小均为B的强磁场区域，区域I的磁场方向垂直斜面向上，区域II的磁场方向垂直斜面向下，磁场和宽度H P及PN均为L，一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，1时刻ab边刚越GH进入磁场I区域，此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动；t2时刻ab边下滑到JP与MN的中间位置，此时导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动．重力加速度为g，下列说法中正确的是（）A．当ab边刚越好JP时，导线框具有加速度大小为a=gsinθB．导线框两次匀速直线运动的速度v1：v2=4：1C．从t1到t2的过程中，导线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少D．从t1到t2的过程中，有+机械能转化为电能7．如图所示，磁场垂直于纸面向外，磁场的磁感应强度随水平向右的x轴按B=B0+kx（B0、k为常量）的规律均匀增大．位于纸面内的正方形导线框ab cd处于磁场中，在外力作用下始终保持dc边与x轴平行向右匀速运动．若规定电流沿a→b→c→d→a的方向为正方向，则从t=0到t=t1的时间间隔内，下列关于该导线框中产生的电流i随时间t变化的图象，正确的是（）A．B．C．D．8．如图电路中，A1、A2是两个指示灯，L是自感系数很大的线圈，电阻R阻值较小，开关S1断开、S2闭合．现闭合S1，一段时间后电路稳定．下列说法中正确的是（）A．闭合S1，通过电阻R的电流先增大后减小B．闭合S1，A l亮后逐渐变暗C．闭合S1，A2逐渐变亮，然后亮度不变D．断开电路时，为保护负载，应先断开S2，再断开S19．如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，与灯泡L1连接的是一只理想二极管D．下列说法中正确的是（）A．闭合开关S稳定后L1、L2亮度相同B．断开S的瞬间，L2会逐渐熄灭C．断开S的瞬间，L1中电流方向向左D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高10．下列关于日光灯电路的接法中，正确的是（）A．B．C．D．二．解答题（共4小题）11．如图所示，间距为L的光滑M、N金属轨道水平放置，ab是电阻为R0的金属棒，此棒可紧贴平行导轨滑动．导轨右侧连接一水平放置的平行板电容器，板间距为d，板长也为L，导轨左侧接阻值为R的定值电阻，其它电阻忽略不计．轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下，电容器处的磁场垂直纸面向里，磁感应强度均为B．当ab以速度v0向右匀速运动时，一带电量大小为q的粒子以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内，恰好做匀速圆周运动，并从C板右侧边缘离开．试求：（1）AC两板间的电压U；（2）带电粒子的质量m；（3）带电粒子的速度大小v．（ 12．如图甲所示，单匝矩形闭合导线框 αbed 处于匀强磁场中，线框电阻为 R ，αb 、αd 的边长分别为 L l 、L 2；磁感应 强度 B 的大小随时间变化的规律如图乙所示．（1）求 0～2t 0 时间内，回路中电流 I 1 的大小和方向；（2）求 t 0 时刻 ab 边受到的安培力大小 F ；（3）在 2t 0 时刻后线框绕 cd 边以角速度 ω 匀速转动，计算线框中感应电流的有效值 I 2，并求线框从中性面开始转过 90°的过程中，通过导线横截面的电量 q ．13．如图 A 所示，一能承受最大拉力为 16N 的轻绳吊一质量为 m=0.8k g 边长为 L= m 正方形线圈 ABCD ，已知线圈 总电阻为 R=0.5Ω，在线圈上半部分布着垂直于线圈平面向里，大小随时间变化的磁场，如图B 所示，已知 t 0 时刻轻绳 刚好被拉断，g=10m/s 2求：1）在轻绳被拉断前线圈感应电动势大小及感应电流的方向；（2）t=0 时 AB 边受到的安培力的大小；（3）t 0 的大小．14．如图所示，正方形单匝均匀线框 a b cd ，边长 L=0.4m ，每边电阻相等，总电阻 R=0.5Ω． 一根足够长的绝缘轻质细 线跨过两个轻质光滑定滑轮，一端连接正方形线框，另一端连接 绝缘物体 P ，物体 P 放在一个光滑的足够长的固定斜 面上，斜面倾角 θ=30°，斜面上方的 细线与斜面平行．在正方形线框正下方有一有界的勻强磁场，上边界 I 和下边界 II 都水平，两边界之间距离也是 L=0.4m ．磁场方向水平，垂直纸面向里，磁感应强度大小 B=0.5T ． 现让正方形线框 的 cd 边距上边界 I 的正上方高度 h=0.9m 的位置由静止释放，且线框在 运动过程中始终与磁场垂直，cd 边始终保持水 平，物体 P 始终在斜面上运动，线框刚好能 以 v=3m/s 的速度进入勻强磁场并匀速通过匀强磁场区域．释放前细线绷 紧，重力加速度 g=10m/s 2，不计空气阻力．（1）线框的 cd 边在匀强磁场中运动的过程中，c 、d 间的电压是多大？（2）线框的质量 m 1 和物体 P 的质量 m 2 分别是多大？（3）在 cd 边刚进入磁场时，给线框施加一个竖直向下的拉力 F 使线框以进入磁场前 的加速度匀加速通过磁场区域， 在此过程中，力 F 做功 w=0.23J ，求正方形线框 cd 边产生的焦耳热是多少？（ 由 《电磁感应定律》专题参考答案与试题解析一．选择题（共 10 小题）1．物理学中的许多规律是通过实验发现的，下列说法中符合史实的是（ ）A ．法拉第通过实验发现了电磁感应现象B ．牛顿通过理想斜面实验发现了物体的运动不需要力来维持C ．奥斯特通过实验发现了电流的热效应D ．卡文迪许通过扭秤实验测出了静电力常量解：A 、法拉第通过实验发现了电磁感应现象．故 A 正确．B 、伽利略通过理想斜面实验发现了物体的运动不需要力来维持．故 B 错误．C 、奥斯特通过实验发现了电流的磁效应．故 C 错误．D 、卡文迪许通过实验测出了引力常量，故 D 错误．故选：A ．2．（2014•长宁区一模）关于电磁感应，以下说法正确的是（ ） A ．只要磁通量发生变化就会产生感应电流 B ．导体做切割磁感线运动时，导体两端会产生电压C ．感应电流的产生是因为静电力做了功D ．发生电磁感应，外界不需要提供能量解：A 、当闭合电路中的磁通量发生变化，才会产生感应电流，故 A 错误；B 、导体做切割磁感线运动时，导体两端会产生电压，故 B 正确；C 、感应电流现象是产生电能，而静电力做功是消耗电能，故 C 错误；D 、在电磁感应现象中，消耗了机械能而产生了电能，即机械能转化为了电能，故D 错误；故选：B ．3． 2013•嘉定区一模）如图所示，两个相同的小导线环和大导线环放在同一水平面内，且两小环关于大环圆心对称．当 两小环中通过图示方向的电流，电流强度随时间均匀增大且始终相同，大环（ ）A ．无感应电流，不存在扩张收缩趋势B ．有顺时针方向的感应电流，存在扩张趋势C ．有顺时针方向的感应电流，存在收缩趋势D ．有逆时针方向的感应电流，存在收缩趋势解：根据安培定则判断可知，两个小环产生的磁场方向相反，面积又相等，则知穿过大环的磁通量 完 全抵消，即总的磁通量为零，而且不会变化，故大环中无感应电流，也就不受磁场的安培力作用，不存在扩张或收缩 趋势．故选 A4．（2014•上海二模）在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈 M 相接，如图所示．导轨上放一根 导线 ab ，磁感线垂直于导轨所在平面．欲使 M 所包围的小闭合线圈 N 产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动可 能是（ ）A ．匀速向右运动B ．加速向右运动C ．匀速向左运动D ．加速向左运动解：A 、导线 ab 匀速向右运动时，导线 ab 产生的感应电动势和感应电流恒定不变，大线圈M 产生的磁场恒定不变，穿过小线圈 N 中的磁通量不变，没有感应电流产生．故 A 错误．B 、导线 ab 加速向右运动时，导线 ab 中产生的感应电动势和感应电流增加， 右手定则判断出来 a b 电流方向由 a →b ，根据安培定则判断可知：M 产生的磁场方向：垂直纸面向里，穿过N 的磁通量增大，由楞次定律判断得知：线圈N 产 生逆时针方向的感应电流，不符合题意．故 B 错误．C 、导线 ab 匀速向左运动时，导线 ab 产生的感应电动势和感应电流恒定不变，大线圈 M 产生的磁场恒定不变， 穿过小线圈 N 中的磁通量不变，没有感应电流产生，不符合题意．故 C 错误．D 、导线 ab 加速向左运动时，导线 ab 中产生的感应电动势和感应电流增加，由右手定则判断出来 ab 电流方向由 b →a ，根据安培定则判断可知：M 产生的磁场方向：垂直纸面向外，穿过 N 的磁通量增大，由楞次定律判断得知：线 圈 N 产生顺时针方向的感应电流，符合题意．故 D 正确．故选 D（ t =5．（2014•德州二模）如图甲所示，在坐标系 xOy 中，有边长为 L 的正方形金属线框 abcd ，其对角线 ac 和 y 轴重合， 顶点 a 位于坐标原点 O 处．在 y 轴右侧的第 I 象限内有一等腰直角三角形区域，直角边边长为 L ，底边的左端位于坐 标原点 O 处，内有垂直纸面向里的匀强磁场．t=0 时刻，线圈从图示位置沿 cb 方向，匀速穿过磁场区域．取 a →b →c →d →a 为感应电流的正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流 i 、ab 间的电势差 U ab ．随时间 t 变化的图线应是乙 图中的（ ）A ．B ．C ．D ． 解：A 、在 d 点运动到 O 点过程中，ab 边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为逆时针方向，即正方 向，电动势均匀减小到 0，则电流均匀减小到 0；然后 cd 边开始切割，感应电流的方向为顺时针方向，即负方向，电 动势均匀减小到 0，则电流均匀减小到 0．故 A 错误，B 正确．C 、d 点运动到 O 点过程中，ab 边切割磁感线，ab 相当于电源，电流由 a 到 b ，b 点的电势高于 a 点，ab 间的电势差 Uab 为负值，大小等于电流乘以 bcd a 三条边的电阻，并逐渐减小．ab 边出磁场后后，cd 边开始切割，cd 边相当于电 源，电流由 b 到 a ，ab 间的电势差 Uab 为负值，大小等于电流乘以 ab 边得电阻，并逐渐减小，且电压的最大值小于前 阶段的最大值．故 C 错误，D 也错误．故选：B ．6． 2014•陕西校级二模）在如图所示的倾角为 θ 的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小均为B 的强磁场区域，区 域 I 的磁场方向垂直斜面向上，区域 II 的磁场方向垂直斜面向下，磁场和宽度 HP 及 PN 均为 L ，一个质量为 m 、电阻 为 R 、边长也为 L 的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，t 1 时刻 ab 边刚越 GH 进入磁场 I 区域，此时导线框恰好 以速度 v 1 做匀速直线运动；2 时刻 ab 边下滑到 JP 与 MN 的中间位置，此时导线框又恰好以速度 v 2 做匀速直线运动．重 力加速度为 g ，下列说法中正确的是（ ）A ．当 ab 边刚越好 JP 时，导线框具有加速度大小为 a=gsin θB ．导线框两次匀速直线运动的速度 v 1：v 2=4：1C ．从 t 1 到 t 2 的过程中，导线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少D ．从 t 1 到 t 2 的过程中，有+ 机械能转化为电能【解答】解：A 、t 1 时刻，线圈做匀速直线运动，所受的安培力与重力的下滑分力平衡，则得：F 1==mg sin θ；当 ab 边刚越好 JP 时，线圈的上下两边都切割磁感线，产生感应电动势，回路中产生的总感应电动势为 E=2BLv 1，线圈所受的安培力的合力为 F=2BIL=2BL •=4mgsin θ 根据牛顿第二定律得：F ﹣mgsin θ=ma ，解得：a=3gsin θ，故 A 错误．B 、t 2 时刻，有安培力 F 2=2BLI 2=2BL= =mg sin θ，由两式比较得，v 1：v 2=4：1．故 B 正确．C 、从 t 1 到 t 2 过程中，导线框克服安培力做功的大小等于回路中产生的焦耳热，此过程中，线框的重力势能和动能均 减小，根据功能关系得知，线圈克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量与动能减小量之和．故C 错误．D 、根据能量守恒定律得从 t 1 到 t 2，线框中产生的电能为：E 电 + ．故 D 正确．故选：BD7．（2014•吉林校级二模）如图所示，磁场垂直于纸面向外，磁场的磁感应强度随水平向右的 x 轴 按 B=B 0+kx （B 0、k 为常量）的规律均匀增大．位于纸面内的正方形导线框 abcd 处于磁场中，在外力作用下始终保持dc边与x轴平行向右匀速运动．若规定电流沿a→b→c→d→a的方向为正方向，则从t=0到t=t1的时间间隔内，下列关于该导线框中产生的电流i随时间t变化的图象，正确的是（）A．B．C．D．【解答】解：由题意可知，ad、bc两边均在切割磁感线，产生感应电动势的方向相反，大小相减，根据题意，bc、ad两边的磁场之差为：△B=B0+k（L+x）﹣B0﹣kx=kL根据法拉第电磁感应定律E=BLv，则有：△E=BLv=Lv•kL；而感应电流i==，是定值，故A正确，BCD错误；故选：A8．（2014•宿迁二模）如图电路中，A1、A2是两个指示灯，L是自感系数很大的线圈，电阻R阻值较小，开关S1断开、S2闭合．现闭合S1，一段时间后电路稳定．下列说法中正确的是（）A．闭合S1，通过电阻R的电流先增大后减小B．闭合S1，A l亮后逐渐变暗C．闭合S1，A2逐渐变亮，然后亮度不变D．断开电路时，为保护负载，应先断开S2，再断开S1解：A、闭合开关S1的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，通过电阻R的电流慢慢增加．故A错误．B、闭合开关S1，虽因存在自感作用，但通过R的电流逐渐增加，干路电流逐渐增加，通过A l逐渐变亮．故B错误．C、当闭合S1，线圈对电流的阻碍渐渐变小，导致A2逐渐变暗，故C错误；D、断开电路时，为保护负载，由于线圈L产生自感电动势，应先断开S2，再断开S1．故D正确，故选：D．9．（2013•扬州模拟）如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，L1、L2为两个相同的灯泡，线圈L的直流电阻不计，与灯泡L1连接的是一只理想二极管D．下列说法中正确的是（）A．闭合开关S稳定后L1、L2亮度相同B．断开S的瞬间，L2会逐渐熄灭C．断开S的瞬间，L1中电流方向向左D．断开S的瞬间，a点的电势比b点高解：A、闭合开关S稳定后，因线圈L的直流电阻不计，所以L1与二极管被短路，导致灯泡L1不亮，而L2将更亮，因此L1、L2亮度度不同，故A错误；B、断开S的瞬间，L2会立刻熄灭，故B错误；C、断开S的瞬间，线圈L与灯泡L1及二极管构成回路，因线圈产生感应电动势，a端的电势高于b端，所以回路中没有电流，故C错误，D正确；故选：D10．（2009•肇庆一模）下列关于日光灯电路的接法中，正确的是（）A．B．C．D．解：启辉器是一个自动开关，开始时闭合，然后迅速断开，整流器线圈中产生瞬时高电压，点燃灯管；故启辉器与灯管并联后与整流器串流，故AD错误，BC正确；故选BC．二．解答题（共4小题）11．（2014惠州模拟）如图所示，间距为L的光滑M、N金属轨道水平放置，ab是电阻为R0的金属棒，此棒可紧贴平行导轨滑动．导轨右侧连接一水平放置的平行板电容器，板间距为d，板长也为L，导轨左侧接阻值为R的定值电阻，其它电阻忽略不计．轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下，电容器处的磁场垂直纸面向里，磁感应强度均为B．当ab 以速度v0向右匀速运动时，一带电量大小为q的粒子以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内，恰好做匀速圆周运动，并从C板右侧边缘离开．试求：（1）AC两板间的电压U；（2）带电粒子的质量m；（3）带电粒子的速度大小v．解：（1）棒ab向右运动时产生的电动势为：E=BLv0AC间的电压即为电阻R的分压，由分压关系可得：（或：，U=IR）解得：（2）带电粒子在AC板间电磁场中做匀速圆周运动，则重力与电场力平衡，则有：解得：（3）粒子由牛顿第二定律可得：粒子运动轨迹如图所示，由几何关系可得：L2+（r﹣d）2=r2解得：v=答：（1）AC两板间的电压U为；（2）带电粒子的质量m为；（3）带电粒子的速度大小v为．12．（2014•南通三模）如图甲所示，单匝矩形闭合导线框αbed处于匀强磁场中，线框电阻为R，αb、αd的边长分别为L l、L2；磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图乙所示．（1）求0～2t0时间内，回路中电流I1的大小和方向；（2）求t0时刻ab边受到的安培力大小F；（3）在2t0时刻后线框绕cd边以角速度ω匀速转动，计算线框中感应电流的有效值I2，并求线框从中性面开始转过90°的过程中，通过导线横截面的电量q．解：（1）在0到2t0时间内，回路中的感应电动势：E1=；由图乙可知，；由闭合电路欧姆定律，则有：电流大小I1=；解得：；由楞次定律，可知，在0到2t0时间内，回路中的电流方向逆时针；（2）安培力的大小F=BI1L1；t0时刻的磁场为B=；那么安培力的大小为，F=；（3）线框匀速转动时，产生正弦交流电，感应电动势的最大值E2m=B0L1L2ω；感应电动势的有效值E2=；感应电流的有效值I2==；平均感应电流；通过导线横截面的电量q=；解得：答：（1）0～2t0时间内，回路中电流I1的大小和方向为逆时针；（2）t0时刻ab边受到的安培力大小F=（3）线框中感应电流的有效值I2=．；；线框从中性面开始转过90°的过程中，通过导线横截面的电量：， 13．（2014•潮州二模）如图 A 所示，一能承受最大拉力为 16N 的轻绳吊一质量为 m=0.8k g 边长为 L= m 正方形线圈 ABCD ，已知线圈总电阻为 R=0.5Ω，在线圈上半部分布着垂直于线圈平面向里，大小随时间变化的磁场，如图 B 所示， 已知 t 0 时刻轻绳刚好被拉断，g=10m/s 2求：（1）在轻绳被拉断前线圈感应电动势大小及感应电流的方向；（2）t=0 时 AB 边受到的安培力的大小；（3）t 0 的大小．解：（1）由法拉第电磁感应定律，则有：E= = ，代入数据，解得：E==1V ；根据楞次定律可知，感应电流的方向：逆时针方向；（2）根据闭合电路欧姆定律，则有：I= ； 而 AB 受到的安培力大小为：F=BIL=1×2×N=2 N ； （3）当轻绳刚好被拉断，对其受力分析，如图所示，则有：2Fcos45°+mg=T解得：F=4 N ； 而安培力 F ﹣BIL ，可得：B=； 再根据图象可得：t 0=1s ；答：（1）在轻绳被拉断前线圈感应电动势大小 1V 及感应电流的方向逆时针；（2）t=0 时 AB 边受到的安培力的大小 2 N ；（3）t 0 的大小 1s ．14．（2014•福州二模）如图所示，正方形单匝均匀线框 a bcd ，边长 L=0.4m ，每边电阻相等，总电阻 R=0.5Ω． 一根足 够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮，一端连接正方形线框，另一端连接 绝缘物体 P ，物体 P 放在一个光滑 的足够长的固定斜面上，斜面倾角 θ=30°，斜面上方的 细线与斜面平行．在正方形线框正下方有一有界的勻强磁场， 上边界 I 和下边界 II 都水平，两边界之间距离也是 L=0.4m ．磁场方向水平，垂直纸面向里，磁感应强度大小 B=0.5T ． 现 让正方形线框的 cd 边距上边界 I 的正上方高度 h=0.9m 的位置由静止释放，且线框在 运动过程中始终与磁场垂直，cd 边始终保持水平，物体 P 始终在斜面上运动，线框刚好能 以 v=3m/s 的速度进入勻强磁场并匀速通过匀强磁场区域．释 放前细线绷紧，重力加速度 g=10m/s 2，不计空气阻力．（1）线框的 cd 边在匀强磁场中运动的过程中，c 、d 间的电压是多大？（2）线框的质量 m 1 和物体 P 的质量 m 2 分别是多大？（3）在 cd 边刚进入磁场时，给线框施加一个竖直向下的拉力 F 使线框以进入磁场前 的加速度匀加速通过磁场区域，在此过程中，力 F 做功w=0.23J ，求正方形线框 cd 边产生的焦耳热是多少？【解答】解：（1）正方形线框匀速通过匀强磁场区域的过程中，设 c d 边上的感应电动势为 E ，线框中的电流强度为 I ， c 、d 间的电压为 U cd ，则E=BLv由欧姆定律，得 解得 U cd =0.45V（2）正方形线框匀速通过磁场区域的过程中，设受到的安培力为 F ，细线上的张力为 T ，则F=BIL T=m 2gsin θ m 1g=T+F正方形线框在进入磁场之前的运动过程中，根据能量守恒，则解得 m 1=0.032kg ，m 2=0.016kg（3）因为线框在磁场中运动的加速度与进入前的加速度相同（只受重力） 所以在通过磁场区域的过程中，线框和物体 P 的总机械能保持不变，故力 F 做功 W 等于整个线框中产生的焦耳热 Q ，即 W=Q 设线框 cd 边产生的焦耳热为 Q cd ，根据 Q=I 2Rt 得 解得 Q cd =0.0575J。

1.感应电动势大小的计算公式(1):E ＝tn ∆∆Φ〔任何条件下均适用；t ∆∆Φ为斜率，斜率的符号相同，表示感应电流的方向相同。

斜率的大小就表示感应电动势或感应电流的大小〕(2):E ＝tB nS ∆∆〔S 为有磁感线穿过的面积，适用于S 不变时；t B ∆∆为斜率，斜率的符号相同，表示感应电流的方向相同。

斜率的大小就表示感应电动势或感应电流的大小〕 (3):E ＝nBLV适用于导体棒垂直切割磁感线时；B 、L 和V 两两互相垂直，不垂直时，把B 或V 正交分解 L 为有效长度；切割的磁感线越多，E 就越大，切割的磁感线相同，E 就相同 B 为导体棒垂直切割处的磁感强度大小 B 可为非匀强磁场(4):E ＝nB 1L 1V 1 ± nB 2L 2V 2适用于两根以上导体棒垂直切割磁感线时，B 、L 和V 两两互相垂直，不垂直时，把B 或V 正交分解感应电流相互抵消时用减号L 为有效长度；切割的磁感线越多，E 就越大； B 为导体棒垂直切割处的磁感强度大小； B 可为非匀强磁场(5):E ＝ω221BL 用于导体一端固定以角速度ω旋转切割磁感线，ω单位必须用rad/s ；B 、L 和V 两两互相垂直，不垂直时，把B 或V 正交分解；L 为有效长度；切割的磁感线相同，E 就相同，切割的磁感线越多，E 就越大；； B 为导体棒垂直切割处的磁感强度大小； B 可为非匀强磁场(6):e= θωsin NBS = t NBS ωωsin 〔用于从中性面开始计时，即线圈垂直于磁感线开始计时〕e 为交流发电机的瞬时感应电动势〔V 〕； B 为匀强磁场(T)；S 为有磁感线穿过的面积(m 2)ω为线圈的角速度，其单位必须用rad/s ；450=4π rad ；5r/s(转/秒)=5⨯2π rad/s ω＝2πf 〔f 为交流电的频率〕θ为线圈和中性面的夹角〔rad 〕；线圈处于中性面时，Φ最大，感应电动势e=0应从切割磁感线的角度理解该公式，切割的磁感线越多，E 就越大；(7):e= βωcos NBS =t NBS ωωcos (从线圈平行于磁感线开始计时)e 为交流发电机的瞬时感应电动势〔V 〕； B 为匀强磁场(T)；S 为有磁感线穿过的面积(m 2)ω为线圈的角速度，其单位必须用rad/s ；300= 6π rad ；5r/s(转/秒)=5⨯2π rad/s ω＝2πf 〔f 为交流电的频率〕θ为线圈和磁感线的夹角〔rad 〕；线圈和中性面垂直时，即线圈和磁感线平行，Φ=0，感应电动势e 最大 应从切割磁感线的角度理解该公式，切割的磁感线越多，E 就越大；(8):E=U 外+Ir 〔适用条件：适用于任何电路；U 外为电源两端的电压〔即外电路的总电压〕，I 为总电流，r 为电源的内阻〕2：公式的推导：（1）:E = BLV (如右图)E=t n ∆∆Φ=n BLv tBLdvt d BL tBLdS d BL tt ===-+-+∆Φ-∆Φ)()(0 （2）:E=NBS ωsin θ(如右图)一矩形线圈绕oo ´轴转动〔t=0时，线圈处于中性面〕E=BL ad V ad sin θ + BL bc V bc sin θ E=BL ad ω21L ab sin θ + BL bc ω21L ab sin θE=21B ωS sin θ+ 21B ωS sin θ E=B ωS sin θ当线圈有N 匝时：E=NBS ωsin θθ=ωt∴ E=NBS ωsin ωt 即 e=NBS ωsin ωt3.磁通量:表示穿过某截面的磁感线数量，穿过的磁感线数量越多，磁通量越大；穿过的磁感线数量相同，磁通量就相同〔1〕：Φ＝BS 使用条件：B 和S 垂直时，S 为有磁感线穿过的面积(m 2) 〔2〕：Φ＝0 使用条件：B 和S 平行时〔3〕：当B 、S 既不平行也不垂直时，可以把B 拿来正交分解或把S 投影到B 的方向上，0<Φ<BS〔4〕：0Φ-Φ=∆Φt ，Φ是标量，但是它有正负，如：某线圈的磁通量为6 wb ，当它绕垂直于磁场的轴转过1800，此时磁通量为-6 wb ，在这一过程中，∆Φ=12 wb 而不是04：感应电动势E 与∆Φ的大小、B 的大小无关，E 与B 的变化快慢、∆Φ的变化快慢有关。

法拉第电磁感应定律一：感应电流（电动势)产生的条件（1）感应电流产生条件：（2）感应电动势产生条件：1.关于电磁感应，下列说法正确的是()A. 线圈中磁通量变化越大，产生的感应电动势越大B. 在电磁感应现象中，有感应电动势，就一定有感应电流产生C. 闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生D. 磁感应强度与导体棒及其运动方向相互垂直时，可以用右手定则判断感应电流的方向2.图中能产生感应电流的是()A. B. C. D.3.如图所示，一个闭合三角形导线框位于竖直平面内，其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且相距很近(但不重叠)的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流。

不计阻力，线框从实线位置由静止释放至运动到直导线下方虚线位置过程中()A. 线框中的磁通量为零时其感应电流也为零B. 线框中感应电流方向先为顺时针后为逆时针C. 线框减少的重力势能全部转化为电能D. 线框受到的安培力方向始终竖直向上4.如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一根金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。

在下列各过程中，一定能在闭合回路中产生感应电流的是()A. ab向右运动，同时使θ角增大(0<θ<90°)B. 磁感应强度B减小，同时使θ角减小C. ab向左运动，同时减小磁感应强度BD. ab向右运动，同时增大磁感应强度B和角θ(0<θ<90°)5.如图所示，有一矩形闭合导体线圈，在范围足够大的匀强磁场中运动、下列图中回路能产生感应电动势的是()A. 水平运动B. 水平运动C. 绕轴转动D. 绕轴转动二：楞次定律（右手定则）内容：6.如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。

金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。

高二物理《电磁感应》测试题（一）1．关于磁通量的概念，下面说法正确的是（ ）A ．磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大B ．磁感应强度大的地方，线圈面积越大，则穿过线圈的磁通量也越大C ．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零D ．磁通量的变化，不一定由于磁场的变化产生的 2．下列关于电磁感应的说法中正确的是（ ）A ．只要闭合导体与磁场发生相对运动，闭合导体内就一定产生感应电流B ．只要导体在磁场中作用相对运动，导体两端就一定会产生电势差C ．感应电动势的大小跟穿过回路的磁通量变化成正比D ．闭合回路中感应电动势的大小只与磁通量的变化情况有关而与回路的导体材料无关 5．如图1所示，一闭合金属圆环用绝缘细绳挂于O 点，将圆环拉离平衡位置并释放， 圆环摆动过程中经过匀强磁场区域，则（空气阻力不计） （ ）A ．圆环向右穿过磁场后，还能摆至原高度B ．在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流C ．圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大D ．圆环最终将静止在平衡位置6．如图（2），电灯的灯丝电阻为2Ω，电池电动势为2V ，内阻不计，线圈匝数足够多，其直流电阻为3Ω．先合上电键K ，稳定后突然断开K ，则下列说法正确的是（ ）A ．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相同B ．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相反C ．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相同D ．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相反 7．如果第6题中，线圈电阻为零，当K 突然断开时，下列说法正确的是（ ） A ．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相同 B ．电灯立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前方向相反 C ．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前相同 D ．电灯会突然比原来亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K 断开前相反8．如图（3），一光滑的平面上，右方有一条形磁铁，一金属环以初速度V 沿磁铁的中线向右滚动，则以下说法正确的是（ ）A 环的速度越来越小B 环保持匀速运动C 环运动的方向将逐渐偏向条形磁铁的N 极D 环运动的方向将逐渐偏向条形磁铁的S 极9．如图（4）所示，让闭合矩形线圈abcd 从高处自由下落一段距离后进入匀强磁场，从bc 边开始进入磁场到ad 边刚进入磁场的这一段时间里，图（5）所示的四个V 一t 图象中，肯定不能表示线圈运动情况的是 （ ）10．如图（6）所示，水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R ，轨道所在处有竖直向下的匀强磁场，金属棒ab 横跨导轨，它在外力的作用下向右匀速运动，速度为v 。

高中物理：电磁感应知识点归纳一、电磁感应的发现1.“电生磁”的发现奥斯特实验的启迪：丹麦物理学家奥斯特发现电流能使小磁针偏转，即电流的磁效应2.“磁生电”的发现(1)电磁感应现象的发现法拉第根据他的实验，将产生感应电流的原因分成五类：①变化的电流；②变化的磁场；③运动中的恒定电流；④运动中的磁铁；⑤运动中的导线。

(2)电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的条件，开辟了人类的电气化时代。

二、感应电流产生的条件1. 探究实验实验一：导体在磁场中做切割磁感线的运动实验二：通过闭合回路的磁场发生变化2. 感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生三、感应电动势1. 定义：由电磁感应产生的电动势，叫感应电动势。

产生电动势的那部分导体相当于电源。

2. 产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，无论电路是否闭合，电路中都会有感应电动势。

3. 方向判断：在内电路中，感应电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极，跟内电路中的电流的方向一致。

产生感应电动势的那部分导体相当于电源。

【关键一点】感应电流的产生需要电路闭合，而感应电动势的产生电路不一定需要闭合四、法拉第电磁感应定律1. 定律内容：感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比。

2. 表达式：说明：①式中N为线圈匝数，是磁通量的变化率，注意它与磁通量以及磁通量的变化量的区别。

②E与无关，成正比③在图像中为斜率，所以斜率的意义为感应电动势五、导体切割磁感线时产生的电动势公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度．图中有效长度分别为：甲图：l＝cdsin β(容易错算成l＝absin β)．乙图：沿v1方向运动时，l＝MN；沿v2方向运动时，l＝0.丙图：沿v1方向运动时，沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R.六、右手定则1. 内容：将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心穿入，大拇指指向导体运动方向，这时四指的指向就是感应电流的方向，也就是感应电动势的方向2. 适用情况：导体切割磁感线产生感应电流七、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要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

专题一：电磁感应图像问题电磁感应中经常涉及磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流等随时间（或位移）变化的图像，解答的基本方法是：根据题述的电磁感应物理过程或磁通量（磁感应强度）的变化情况，运用法拉第电磁感应定律和楞次定律（或右手定则）判断出感应电动势和感应电流随时间或位移的变化情况得出图像。

高考关于电磁感应与图象的试题难度中等偏难，图象问题是高考热点。

【知识要点】电磁感应中常涉及磁感应强度B 、磁通量Φ、感应电动势E 和感应电流I 等随时间变化的图线，即B -t 图线、Φ-t 图线、E -t 图线和I -t 图线。

对于切割产生的感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势和感应电流I 等随位移x 变化的图线，即E -x 图线和I -x 图线等。

还有一些与电磁感应相结合涉及的其他量的图象，例如P -R 、F -t 和电流变化率t tI-∆∆等图象。

这些图像问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像，或由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量。

1、定性或定量地表示出所研究问题的函数关系；2、在图象中E 、I 、B 等物理量的方向是通过正负值来反映；3、画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达。

【方法技巧】电磁感应中的图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）是否大小恒定，用楞次定律或右手定则判断出感应电动势（感应电流）的方向，从而确定其正负，以及在坐标中范围。

分析回路中的感应电动势或感应电流的大小，要利用法拉第电磁感应定律来分析，有些图像还需要画出等效电路图来辅助分析。

不管是哪种类型的图像，都要注意图像与解析式（物理规律）和物理过程的对应关系，都要用图线的斜率、截距的物理意义去分析问题。

熟练使用“观察+分析+排除法”。

一、图像选择问题【例1】如图，一个边长为l 的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场； 一个边长也为l 的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab 与导线框的一条边垂直，ba 的延长线平分导线框。

法拉第电磁感应定律(第5讲)倾向于专题单杆平动切割专题1.(2003沪)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场出磁场，如图中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。

现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移所示，则在移出过程中线框一边a 、b 两点间的电势差绝对值最大的是A. B. C. D.2．（2009上海）如图，金属棒ab 置于水平放置的U 形光滑导轨上，在ef 右侧存在有界匀强磁场B ，磁场方向垂直导轨平面向下，在ef 左侧的无磁场区域cdef 内有一半径很小的金属圆环L ，圆环与导轨在同一平面内。

当金属棒ab 在水平恒力F 作用下从磁场左边界ef 处由静止开始向右运动后，圆环L 有_____（填收缩、扩张）趋势，圆环内产生的感应电流______（填变大、变小、不变）。

3．（2009山东）如图所示，一导线弯成半径为a 的半圆形闭合回路。

虚线MN 右侧有磁感应强度为B 的匀强磁场。

方向垂直于回路所在的平面。

回路以速度v 向右匀速进入磁场，直径CD 始络与MN 垂直。

从D 点到达边界开始到C 点进入磁场为止，下列结论正确的是A ．感应电流方向不变B ．CD 段直线始终不受安培力C ．感应电动势最大值E m =BavD ．感应电动势平均值BavE π41=4．（2010新课标）如图所示，两个端面半径同为R 的圆柱铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场。

一铜质细直棒ab 水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直。

让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为0.2R 时铜棒中电动势大小为E 1，下落距离为0.8R 时电动势大小为E 2。

忽略涡流损耗和边缘效应。

关于E 1、E 2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是 A ．E 1>E 2，a 端为正 B ．E 1>E 2，b 端为正 C ．E 1<E 2，a 端为正 D ．E 1<E 2，b 端为正5．（2007四川）如图所示，矩形线圈 abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P 1和P 2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时A ．线圈绕P 1转动时的电流等于绕P 2转动时的电流B ．线圈绕P 1转动时的电动势小于绕P 2转动时的电动势C ．线圈绕P 1和P 2转动时电流的方向相同，都是 a →b →c →dD ．线圈绕P 1转动时dc 边受到的安培力大于绕P 2转动时dc 边受到的安培力B MN6．（2007四川）如图所示，P 、Q 为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为L 1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B 1的匀强磁场中。

电磁感应问题中动量定理应用归类电磁感应是物理学中非常重要的一个分支，与动量定理的关系也
非常密切。

动量定理是物理学中的基本定律之一，它表明了物体的动
量会随时间的推移而改变，这种变化与物体所受的力的大小和方向有关。

在电磁感应问题中，动量定理可以应用于以下几个方面。

1. 电动势的产生
电动势是指电路中电势差的改变所导致的电场力，即带电体感应
产生的电势差。

当外界场改变时，导体中的电子会受到作用力，从而
导致电子动量改变，从而产生电动势。

此时，根据动量定理，受到该
作用力的物质越多，电势差的变化就越大。

2. 磁场的产生
在电磁感应问题中，动量定理还可以应用于磁场的产生。

因为磁
场实际上是由运动电荷产生的，因此当电流流过导体时，会导致电子
的运动并产生动量。

根据动量定理，当电流越大时，电子运动就越快，从而导致的磁场也就越强。

3. 电磁波的传播
电磁波是由振动电场和磁场相互作用产生的，它们通过相互作用
来传播。

在电磁波传播过程中，电磁波会将电子推动，并导致其产生
动量变化。

根据动量定理，越多的电子受到作用力，电磁波的能量就
越大，传播的速度也就越快。

总之，动量定理是应用于电磁感应问题的一个非常重要的定律，它可以帮助我们更好地理解电磁现象的产生和传播。

在物理学的学习和应用中，我们要充分利用这一定律，将其应用到实际问题中，为科学技术的发展做出贡献。

12专题：电磁感应中的动力学、能量、动量的问题一、电磁感应中的动力学问题1.如图所示，两平行且无限长光滑金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为θ＝30°，两导轨之间的距离为L＝1 m，两导轨M、P之间接入电阻R＝0.2 Ω，导轨电阻不计，在abdc区域内有一个方向垂直于两导轨平面向下的磁场Ⅰ，磁感应强度B0＝1 T，磁场的宽度x1＝1 m；在cd连线以下区域有一个方向也垂直于导轨平面向下的磁场Ⅱ，磁感应强度B1＝0.5 T。

一个质量为m＝1 kg的金属棒垂直放在金属导轨上，与导轨接触良好，金属棒的电阻r＝0.2 Ω，若金属棒在离ab连线上端x0处自由释放，则金属棒进入磁场Ⅰ恰好做匀速运动。

金属棒进入磁场Ⅱ后，经过ef时又达到稳定状态，cd与ef之间的距离x2＝8 m。

求：(g取10 m/s2)(1)金属棒在磁场Ⅰ运动的速度大小；(2)金属棒滑过cd位置时的加速度大小；(3)金属棒在磁场Ⅱ中达到稳定状态时的速度大小。

二、电磁感应中的能量问题2.如图甲所示，两条足够长的平行金属导轨间距为0.5 m，固定在倾角为37°的斜面上。

导轨顶端连接一个阻值为1 Ω的电阻。

在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1 T的匀强磁场。

质量为0.5 kg的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的v－t图象如图乙所示。

金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。

(1)求金属棒与导轨间的动摩擦因数；(2)求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；(3)已知金属棒从进入磁场到速度达到5 m/s时通过电阻的电荷量为1.3 C，求此过程中电阻产生的焦耳热。

三、电磁感应中的动量问题1、动量定理在电磁感应中的应用导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时，安培力的冲量为：I安＝B I Lt＝BLq ，通过导体棒或金属框的电荷量为：q＝IΔt＝ER 总Δt＝nΔΦΔt·R总Δt＝nΔФR总，磁通量变化量：ΔΦ＝BΔS＝BLx.当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解．2、正确运用动量守恒定律处理电磁感应中的问题常见情景及解题思路双杆切割式(导轨光滑)杆MN做变减速运动．杆PQ做变加速运动，稳定时，两杆的加速度均为零，以相等的速度匀速运动．系统动量守恒，对其中某杆可用动量定理动力学观点：求加速度能量观点：求焦耳热动量观点：整体动量守恒求末速度，单杆动量定理求冲量、电荷量3.如图所示，光滑平行金属导轨的水平部分处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B＝3 T。