1、第5節(jié)電磁感應現(xiàn)象的兩類情況1電路中電動勢的作用實際上是某種非靜電力對自由電荷作用，使得其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能2變化的磁場在周圍空間激發(fā)出電場，在此空間的閉合導體中的自由電荷，在這種電場的作用下定向運動，產(chǎn)生感應電流或者說導體中產(chǎn)生了感應電動勢(這種電動勢叫感生電動勢)在這種情況下，所謂的非靜電力就是這種感生電場對自由電荷的作用3一段導體在做切割磁感線運動時，導體內(nèi)的自由電荷在洛倫茲力的作用下定向運動形成感應電流，或者說導體中產(chǎn)生了感應電動勢(這種電動勢叫動生電動勢)，這時的非靜電力與洛倫茲力有關4下列說法中正確的是()A感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生B恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場C感生

2、電場的方向也同樣可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定D感生電場的電場線是閉合曲線，其方向一定是沿逆時針方向答案AC解析磁場變化時在空間激發(fā)感生電場，其方向與所產(chǎn)生的感應電流方向相同，可由楞次定律和右手螺旋定則判斷，A、C項正確5如圖1所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v拋出，且棒與磁場垂直，設棒在落下的過程中方向不變且不計空氣阻力，則金屬棒在運動的過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小變化情況是()圖1A越來越大 B越來越小C保持不變 D無法判斷答案C解析在運用公式EBlv進行感應電動勢的運算時，要注意該公式中B、l、v三者必須互相垂直如果不互相垂直，要進行相應的分解后運用分量

3、代入運算本題中切割速度為金屬棒的水平分速度，水平分速度不變，故感應電動勢大小保持不變，選C.【概念規(guī)律練】知識點一電磁感應現(xiàn)象中的感生電場1某空間出現(xiàn)了如圖2所示的一組閉合電場線，方向從上向下看是順時針的，這可能是()圖2A沿AB方向磁場在迅速減弱B沿AB方向磁場在迅速增強C沿BA方向磁場在迅速增強D沿BA方向磁場在迅速減弱答案AC解析感生電場的方向從上向下看是順時針的，假設在平行感生電場的方向上有閉合回路，則回路中的感應電流方向從上向下看也應該是順時針的，由右手螺旋定則可知，感應電流的磁場方向向下，根據(jù)楞次定律可知，原磁場有兩種可能：原磁場方向向下且沿AB方向減弱，或原磁場方向向上，且沿BA

4、方向增強，所以A、C有可能點評感生電場的方向判斷與感應電流方向判斷的方法相同，都用楞次定律2如圖3所示，內(nèi)壁光滑，水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于圓環(huán)直徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動(俯視)，若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場設運動過程中小球帶電荷量不變，那么()圖3A小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力一定不斷增大B小球所受的磁場力一定不斷增大C小球先沿逆時針方向減速運動，過一段時間后沿順時針方向加速運動D磁場力對小球一直不做功答案CD解析變化的磁場將產(chǎn)生感生電場，這種感生電場由于其電場線是閉合的，也稱為渦旋電場，其場強方向可借助電磁感應現(xiàn)象中感應

5、電流方向的判定方法，使用楞次定律判斷當磁場增強時，會產(chǎn)生順時針方向的渦旋電場，電場力先對小球做負功使其速度減為零，后對小球做正功使其沿順時針方向做加速運動，所以C正確；磁場力始終與小球運動方向垂直，因此始終對小球不做功，D正確；小球在水平面內(nèi)沿半徑方向受兩個力作用：環(huán)的壓力FN和磁場的洛倫茲力F，這兩個力的合力充當小球做圓周運動的向心力，其中FBqv，磁場在增強，球速先減小，后增大，所以洛倫茲力不一定總在增大；向心力F向meq f(v2,r)，其大小隨速度先減小后增大，因此壓力FN也不一定始終增大故正確答案為C、D.點評變化的磁場可產(chǎn)生感生電場，感生電場的存在與是否有閉合回路無關，只要在這種電

6、場中存在自由電荷，自由電荷就會在這種感生電場的作用下發(fā)生定向移動知識點二感生電動勢與動生電動勢3在豎直向上的勻強磁場中，水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應電流的正方向如圖4甲所示，當磁場的磁感應強度B隨時間t發(fā)生如圖乙所示變化時，下圖中正確表示線圈中感應電動勢E變化的是()圖4答案A解析在第1 s內(nèi)，由楞次定律可判定電流為正，其產(chǎn)生的感應電動勢E1eq f(1,t1)eq f(B1,t1)S；在第2 s和第3 s內(nèi)，磁場B不變化，線圈中無感應電流；在第4 s和第5 s內(nèi)，B減小，由楞次定律可判定，其電流為負，產(chǎn)生的感應電動勢E2eq f(2,t2)eq f(SB2,t2)，由于

7、B1B2，t22t1，故E12E2，由此可知，A項正確點評計算感生電動勢，需利用公式Eneq f(,t).4如圖5所示，導體AB在做切割磁感線運動時，將產(chǎn)生一個感應電動勢，因而在電路中有電流通過，下列說法中正確的是()圖5A因?qū)w運動而產(chǎn)生的感應電動勢稱為動生電動勢B動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關C動生電動勢的產(chǎn)生與電場力有關D動生電動勢和感生電動勢產(chǎn)生的原因是一樣的答案AB解析根據(jù)動生電動勢的定義，A項正確動生電動勢中的非靜電力與洛倫茲力有關，感生電動勢中的非靜電力與感生電場有關，B項正確，C、D項錯誤點評感生電動勢的產(chǎn)生與感生電場對自由電荷的電場力有關，動生電動勢的產(chǎn)生與洛倫茲力有關；若計

8、算此題中的動生電動勢可用Eeq f(,t)，也可用EBlv.【方法技巧練】一、電磁感應中電路問題的分析技巧5如圖6所示，長為L0.2 m、電阻為r0.3 、質(zhì)量為m0.1 kg的金屬棒CD垂直放在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導軌上，兩導軌間距也為L，棒與導軌接觸良好，導軌電阻不計，導軌左端接有R0.5 的電阻，量程為03.0 A的電流表串聯(lián)在一條導軌上，量程為01.0 V的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導軌平面的勻強磁場向下穿過平面現(xiàn)以向右恒定的外力F使金屬棒右移，當金屬棒以v2 m/s的速度在導軌平面上勻速滑動時，觀察到電路中的一個電表正好滿偏，而另一電表未滿偏問：圖6 (1)此時滿偏的電表

9、是什么表？說明理由(2)拉動金屬棒的外力F有多大？(3)導軌處的磁感應強度多大？答案(1)見解析(2)1.6 N(3)4 T解析(1)假設電流表滿偏，則I3 A，R兩端電壓UIR30.5 V1.5 V，將大于電壓表的量程，不符合題意，故滿偏電表應該是電壓表(2)由能量關系，電路中的電能應是外力做功轉(zhuǎn)化來的，所以有FvI2(Rr)，Ieq f(U,R)，兩式聯(lián)立得，F(xiàn)eq f(U2Rr,R2v)1.6 N.(3)磁場是恒定的，且不發(fā)生變化，由于CD運動而產(chǎn)生感應電動勢，因此是動生電動勢根據(jù)法拉第電磁感應定律有EBLv，根據(jù)閉合電路歐姆定律得EUIr以及Ieq f(U,R)，聯(lián)立三式得Beq f(

10、U,Lv)eq f(Ur,RLv)4 T.方法總結(jié)注意區(qū)分電源和外電路，熟練運用閉合電路的有關規(guī)律6勻強磁場的磁感應強度B0.2 T，磁場寬度l3 m，一正方形金屬框邊長adl1 m，每邊的電阻r0.2 ，金屬框以v10 m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖7所示求：圖7(1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，金屬框內(nèi)感應電流的it圖線；(要求寫出作圖依據(jù))(2)畫出ab兩端電壓的Ut圖線(要求寫出作圖依據(jù))答案見解析解析線框的運動過程分為三個階段：第階段cd相當于電源，ab為等效外電路；第階段cd和ab相當于開路時兩并聯(lián)的電源；第階段ab相當于電源，cd相當于外電路，

11、如下圖所示(1)在第一階段，有I1eq f(E,r3r)eq f(Blv,4r)2.5 A感應電流方向沿逆時針方向，持續(xù)時間為t1eq f(l,v)eq f(1,10) s0.1 sab兩端的電壓為U1I1r2.50.2 V0.5 V(2)在第二階段，有I20，U2EBlv2 Vt20.2 s(3)在第三階段，有I3eq f(E,4r)2.5 A感應電流方向為順時針方向U3I33r1.5 V，t30.1 s規(guī)定逆時針方向為電流正方向，故it圖象和ab兩端Ut圖象分別如下圖所示方法總結(jié)第二階段cd與ab全部進入磁場后，回路中磁通量不變化，無感應電流，但ab、cd都切割磁感線，有感應電動勢，相當于

12、開路時兩個并聯(lián)的電路二、用能量觀點巧解電磁感應問題7如圖8所示，將勻強磁場中的線圈(正方形，邊長為L)以不同的速度v1和v2勻速拉出磁場，線圈電阻為R，那么兩次拉出過程中，外力做功之比W1W2_.外力做功功率之比P1P2_.圖8答案v1v2veq oal(2,1)veq oal(2,2)解析線圈勻速拉出磁場，故其動能未變化線圈中由于電磁感應產(chǎn)生電流，即有電能產(chǎn)生，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故外力做多少功就有多少內(nèi)能產(chǎn)生WQI2Rteq blc(rc)(avs4alco1(f(,tR)2Rteq f(2,Rt)eq f(1,t)v故W1W2v1v2同理，由Peq f(W,t)eq f(Q,t)v2可

13、得P1P2veq oal(2,1)veq oal(2,2)方法總結(jié)兩次均勻速把線框拉出磁場都有F安F外，但兩次的外力不同8光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖9所示，拋物線的方程為yx2，其下半部處在一個水平方向的勻強磁場中，磁場的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線yb(ba)處以速度v沿拋物線下滑，假設拋物線足夠長，則金屬塊在曲面上滑動的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是()圖9Amgb B.eq f(1,2)mv2Cmg(ba) Dmg(ba)eq f(1,2)mv2答案D解析金屬塊在進入磁場或離開磁場的過程中，穿過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生電流，進而產(chǎn)生焦耳熱

14、最后，金屬塊在高為a的曲面上做往復運動減少的機械能為mg(ba)eq f(1,2)mv2，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒可知，減少的機械能全部轉(zhuǎn)化成焦耳熱，即選D.方法總結(jié)在電磁感應現(xiàn)象中，感應電動勢是由于非靜電力移動自由電荷做功而產(chǎn)生的，要直接計算非靜電力做功一般比較困難，因此要根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化及守恒來求解1如圖10所示，一個閉合電路靜止于磁場中，由于磁場強弱的變化，而使電路中產(chǎn)生了感應電動勢，下列說法中正確的是()圖10A磁場變化時，會在空間激發(fā)一個電場B使電荷定向移動形成電流的力是磁場力C使電荷定向移動形成電流的力是電場力D以上說法都不對答案AC解析磁場變化時，會在空間產(chǎn)生感生電場，感生電場的電場力使

15、電荷定向移動形成電流，故A、C正確2如圖11所示，一個帶正電的粒子在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做圓周運動，當磁感應強度均勻增大時，此粒子的動能將()圖11A不變B增大C減少D以上情況都有可能答案B解析當磁場增強時，將產(chǎn)生如圖所示的電場，帶正電的粒子將受到這個電場對它的電場力作用，而使動能增大3在勻強磁場中，ab、cd兩根導體棒沿兩根導軌分別以速度v1、v2滑動，如圖12所示，下列情況中，能使電容器獲得最多電荷量且左邊極板帶正電的是()圖12Av1v2，方向都向右 Bv1v2，方向都向左Cv1v2，v1向右，v2向左 Dv1v2，v1向左，v2向右答案C解析當ab棒和cd棒分別向右和向左運動時，兩棒

16、均相當于電源，且串聯(lián)，電路中有最大電動勢，對應最大的順時針方向電流，電阻上有最高電壓，所以電容器上有最多電荷量，左極板帶正電4如圖13所示，在勻強磁場中，MN和PQ是兩條平行的金屬導軌，而ab與cd為串聯(lián)有電壓表和電流表的兩根金屬棒，當兩棒以相同速度向右運動時，正確的是()圖13A電壓表有讀數(shù)，電流表有讀數(shù)B電壓表無讀數(shù)，電流表無讀數(shù)C電壓表有讀數(shù)，電流表無讀數(shù)D電壓表無讀數(shù)，電流表有讀數(shù)答案B解析當ab與cd以相同速度向右運動時，abcd圍成的閉合回路的磁通量無變化，則回路內(nèi)無感應電流，使電壓表和電流表指針偏轉(zhuǎn)必須有電流流過電表，所以兩表無示數(shù)，故B選項正確5如圖14甲所示，固定在水平桌面上

17、的光滑金屬框架cdeg處于方向豎直向下的勻強磁場中，金屬桿ab與金屬框架接觸良好在兩根導軌的端點d、e之間連接一電阻，其他部分電阻忽略不計現(xiàn)用一水平向右的外力F作用在金屬桿ab上，使金屬桿由靜止開始向右在框架上滑動，運動中桿ab始終垂直于框架圖乙為一段時間內(nèi)金屬桿受到的安培力F安隨時間t的變化關系，則圖中可以表示外力F隨時間t變化關系的圖象是()圖14答案D解析ab切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢EBlv，感應電流為Ieq f(Blv,R)，安培力F安eq f(B2l2v,R)，所以vF安，vt，金屬桿的加速度為定值又由牛頓第二定律FF安ma，即FF安ma，可知D項正確6如圖15所示，在一均勻磁場中有

18、一導線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一段導體桿，它可在ab，cd上無摩擦地滑動，桿ef及線框中導線的電阻都可不計開始時，給ef一個向右的初速度，則()圖15Aef將減速向右運動，但不是勻減速Bef將勻減速向右運動，最后停止Cef將勻速向右運動Def將往返運動答案A解析ef向右運動，在閉合回路中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)楞次定律，ef棒受安培力將阻礙其向右運動，即ef要克服安培力做功而使動能減少，故ef是向右做減速運動但值得注意的是，隨速度v的減小，加速度減小，故不可能做勻減速運動A正確7如圖16所示，豎直放置的螺線管與導線abcd構成回路，導線所圍的區(qū)

19、域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的磁場，螺線管下方水平桌面上有一導體圓環(huán)，導線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度按下圖中哪一圖線所表示的方式隨時間變化時，導體環(huán)將受到向上的磁場力作用()圖16答案A解析bba螺線管dc，螺線管下方的導體環(huán)中有磁通量穿過但由于磁場的變化越來越慢，穿過圓環(huán)的磁通量也越來越小，根據(jù)楞次定律，為阻礙環(huán)中磁通量的減少，環(huán)將靠近螺線管，即環(huán)受向上的磁場力的作用B選項中，磁場變化越來越快，螺線管中磁場變強，圓環(huán)中磁通量增大，為阻礙磁通量增大，環(huán)將向下運動，即受磁場力向下C、D選項中，磁場均勻變化，螺線管中電流恒定，穿過圓環(huán)的磁通量不變，圓環(huán)中無感應電流產(chǎn)生，與螺線管無相互作用的力

20、8如圖17所示，空間某區(qū)域中有一勻強磁場，磁感應強度方向水平，且垂直紙面向里，磁場上邊界b和下邊界d水平在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈，線圈上下邊的距離很短，下邊水平線圈從水平面a開始下落已知磁場上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場中)和d時，線圈所受到的磁場力的大小分別為Fb，F(xiàn)c和Fd，則()圖17AFdFcFb BFcFdFbFd DFcFbvb，即FdFb，答案為D項9如圖18所示，兩根光滑的金屬導軌，平行放置在傾角為的斜面上，導軌的左端接有電阻R，導軌自身的電阻可忽略不計斜面處在一勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向上質(zhì)量為m、電阻可以不計的金屬

21、棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑，并上升h高度，在這一過程中()圖18A作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零B作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于mgh與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和C恒力F與安培力的合力所做的功等于零D恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱答案AD解析金屬棒勻速上滑的過程中，對金屬棒受力分析可知，有三個力對棒做功，恒力F做正功，重力做負功，安培力阻礙相對運動，沿斜面向下，做負功勻速運動時，所受合力為零，故合力做功為零，A正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于R上產(chǎn)生的焦耳熱，故外力F與重力的合力所做的

22、功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，D正確10如圖19所示的勻強磁場中，有兩根相距20 cm固定的平行金屬光滑導軌MN和PQ.磁場方向垂直于MN、PQ所在平面導軌上放置著ab、cd兩根平行的可動金屬細棒在兩棒中點OO之間拴一根40 cm長的細繩，繩長保持不變設磁感應強度B以1.0 T/s的變化率均勻減小，abdc回路的電阻為0.50 .求：當B減小到10 T時，兩可動邊所受磁場力和abdc回路消耗的功率圖19答案均為0.32 N0.012 8 W解析根據(jù)Eeq f(,t)eq f(BS,t)E1.02040104 V0.08 V根據(jù)Ieq f(E,R)，F(xiàn)BILF10eq f(0.08,0.50)20102 N0.32 NPeq f(E2,R)eq f(0.082,0.50) W0.012 8 W11兩根光滑的長直金屬導軌MN、MN平行置于同一水平面內(nèi)，導軌間距為l，電阻不計，M、M處接有如圖20所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為C.長度也為l、阻值同為R的金屬棒ab垂直于導軌放置，導軌處于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中ab在外力作用下向右勻速運動且與導軌保持良好接觸，在ab運動距離為x的過程中，整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求：圖20(1)ab運動速度