电磁感应_知识点总结.pdf

第 16 章:电磁感应 一、知识网络 二、重、难点知识归纳 1.法拉第电磁感应定律（1）.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。（2）.感应电动势产生的条件：穿过电路的磁通量发生变化。闭合电路中磁通量发生变化时产生感应电流 当磁场为匀强磁场，并且线圈平面垂直磁场时磁通量：=BS 如果该面积与磁场夹角为，则其投影面积为 Ssin，则磁通量为=BSsin。磁通量的单位：韦伯，符号：Wb 产生感应电流的方法 自感 电磁感应 自 感 电动势 灯管 镇流器 启动器 闭合电路中的部分导体在做切割磁感线运动 闭合电路的磁通量发生变 感应电流方向的判定 右手定则，楞次定律 感应电动势的大小 E=BLsin tnE 实验：通电、断电自感实验 大小：tILE 方向：总是阻碍原电流的变化方向 应用 日 光 灯构造 日光灯工作原理：自感现象 感应现象：这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。（3）.引起某一回路磁通量变化的原因 a 磁感强度的变化 b 线圈面积的变化 c 线圈平面的法线方向与磁场方向夹角的变化（4）.电磁感应现象中能的转化 感应电流做功，消耗了电能。消耗的电能是从其它形式的能转化而来的。在转化和转移中能的总量是保持不变的。(5).法拉第电磁感应定律：a 决定感应电动势大小因素：穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢 b 注意区分磁通量中，磁通量的变化量，磁通量的变化率的不同 磁通量，磁通量的变化量，c 定律容：感应电动势大小决定于磁通量的变化率的大小，与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。（6）在匀强磁场中，磁通量的变化=t-o有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BSsin B、不变，S改变，这时=SBsin B、S不变，改变，这时=BS(sin2-sin1)在非匀强磁场中，磁通量变化比较复杂。有几种情况需要特别注意：如图16-1 所示，矩形线圈沿a b c在条形磁铁附近移动，穿过上边线圈的磁通量由方向向上减小到零，再变为方向向下增大；右边线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大。如图 16-2 所示，环形导线a中有顺时针方向的电流，a环外有两个同心导线圈b、c，与环形导线a在同一平面。当a中的电流增大a b c a b c a c b M N S 图 16-1 图 16-2 时，b、c线圈所围面积的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以总磁通量向里，a中的电流增大时，总磁通量也向里增大。由于穿过b线圈向外的磁通量比穿过c线圈的少，所以穿过b线圈的磁通量更大，变化也更大。如图 16-3 所示，虚线圆a有垂直于纸面向里的匀强磁场，虚线圆a外是无磁场空间。环外有两个同心导线圈b、c，与虚线圆a在同一平面。当虚线圆a中的磁通量增大时，与的情况不同，b、c线圈所围面积都只有向里的磁通量，且大小相同。因此穿过它们的磁通量和磁通量变化都始终是相同的。（7）感应电动势大小的计算式：线圈匝数nvEstWbtnE 注：a、若闭合电路是一个匝的线圈，线圈中的总电动势可看作是一个线圈感应电动势的 n 倍。E 是时间的平均感应电动势 （6）几种题型 线圈面积 S 不变，磁感应强度均匀变化：磁感强度不变，线圈面积均匀变化：B、S 均不变，线圈绕过线圈平面的某一轴转动时，计算式为：2.导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算式 (1).公式：（2）.题型：a 若导体变速切割磁感线，公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势。b 若导体不是垂直切割磁感线运动，v 与 B 有一夹角，如右图16-4：b c v2 v1 v 图 16-3 图 16-4 c 若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，导体上各点的线速度不同，不能用计算，而应根据法拉第电磁感应定律变成“感应电动势大小等于直线导体在单位时间切割磁感线的条数”来计算，如下图 16-5：从图示位置开始计时，经过时间，导体位置由 oa转到 oa1，转过的角度，则导体扫过的面积 切割的磁感线条数（即磁通量的变化量）单位时间切割的磁感线条数为：，单位时间切割的磁感线条数（即为磁通量的变化率）等于感应电动势的大小：即：计算时各量单位：d.转动产生的感应电动势 转动轴与磁感线平行。如图 16-6，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面以角速度逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时，必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度，在本题中应该是金属棒中点的速度，因此有2212LBLBLE。线圈的转动轴与磁感线垂直。如图，矩形线圈的长、宽分别为L1、L2，所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图 16-7 示的轴以角速度匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得E=BS。如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBS。从图 16-8 示位置开始计时，则感应电动势的瞬时值为e=nBScost。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与B垂直）。o a v a1 O a 图 16-5 图 16-6 实际上，这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势公式。3.楞次定律(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阻碍引起感应电流的磁通量的变化。(2)、楞次定律的应用 对阻碍的理解：（1）顺口溜“你增我反，你减我同”（2）顺口溜“你退我进，你进我退”即阻碍相对运动的意思。楞次定律解决的是感应电流的方向问题。它关系到两个磁场：感应电流的磁场（新产生的磁场）和引起感应电流的磁场（原来就有的磁场）。“你增我反”的意思是如果磁通量增加，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相反。“你减我同”的意思是如果磁通量减小，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相同。在应用楞次定律时一定要注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。a 从“阻碍磁通量变化”的角度来看，无论什么原因，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就一定有感应电动势产生。b 从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。c 从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。自感现象中产生的自感电动势总是阻碍自身电流的变化。(3)、应用楞次定律判定感应电流的方向的步骤：a、判定穿过闭合电路的原磁场的方向.b、判定穿过闭合电路的磁通量的变化.c、根据楞次定律判定感应电流的磁场方向.d、利用右手螺旋定则判定感应电流的方向.4、自感现象（1）自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。在自感现象中产生感a d b c L1 L2 B y o x B a b 图 16-7 图 16-8 应电动势叫自感电动势。自感电动势总量阻碍线圈（导体）中原电流的变化。（2）自感系数简称自感或电感,它是反映线圈特性的物理量。线圈越长,单位长度上的匝数越多,截面积越大,它的自感系数就越大。另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。自感现象分通电自感和断电自感两种。（3）、自感电动势的大小跟电流变化率成正比tIL自。L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利（H）。如是线圈的电流每秒钟变化 1A，在线圈可以产生 1V 的自感电动势，则线圈的自感系数为 1H。还有毫亨（mH），微亨（H）。5、日光灯 日光灯由灯管、启动器和镇流器组成；启动器起了把电路自动接通或断开的作用；镇流器利用自感现象起了限流降压的作用。三、典型例题 例 1、下列说确的是（）A、只要导体相对磁场运动，导体中就一定会有感应电流产生 B、只要闭合电路在磁场中做切割磁感线运动以，就一定会产生感应电流 C、只要穿过闭合回路的磁通量不为零就一定会产生感应电流 D、只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，就一定会产生感应电流 解析：产生感应电流有两个条件：一是电路要闭合，二是闭合电路的磁通量要发生变化。对于 A，如果导体没有构成回路，就不会产生电流。对于 B 如果闭合电路在匀强磁场中，磁通量没有发生改变，也不会有电流产生。对于 C，如果磁通量没有发生变化，回路中就没有电流。答案：D 点拨：此题是一个基础记忆题。考查的是对于产生感应电流的条件的记忆。小试身手 1.1、下述用电器中，利用了电磁感应现象的是（）A、直流电动机 B、变压器 C、日光灯镇流器 D、磁电式电流表 1.2、如图 16-9 所示，a、b 是平行金属导轨，匀强磁场垂直导轨平面，c、d 是分别串有电压表和电流表金属棒，它们与导轨接触良好，当 c、d 以相同速度向右运动时，下列正确的是（）A.两表均有读数 B.两表均无读数 C.电流表有读数，电压表无读数 D.电流表无读数，电压表有读数 1.3、1、下列关于磁通量的说法中正确的有：（）A、磁通量不仅有大小还有方向，所以磁通量是矢量；B、在匀强磁场中，a 线圈的面积比线圈 b 的面积大，则穿过 a 线圈的磁通量一定比穿过 b线圈的大；C、磁通量大磁感应强度不一定大；D、把某线圈放在磁场中的 M、N 两点，若放在 M 处的磁通量较在 N 处的大，则 M 处的磁图 16-9 感强度一定比 N 大。例 2、如图 16-10 所示，有两个同心导体圆环。环有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？解析，由于磁感线是闭合曲线，环部向里的磁感线条数和环外部向外的所有磁感线条数相等，所以外环所围面积（这里指包括环圆面积在的总面积，而不只是环形区域的面积）的总磁通向里、增大，所以外环中感应电流磁场的方向为向外，由安培定则，外环中感应电流方向为逆时针。点拨：此题是一个理解题。考查的是电磁感应现象中磁通量变化的理解。小试身手 2.1、如图 16-11 所示，有一闭合线圈放在匀强磁场中，线圈轴线和磁场方向成 300角，磁场磁感应强度随时间均匀变化.若所用导线规格不变，用下述方法中哪一种可使线圈中感应电流增加一倍？（）A线圈匝数增加一倍 B线圈面积增加一倍 C线圈半径增加一倍 D改变线圈的轴线方向 2.2、一矩形线圈在匀强磁场中向右作加速运动，如图 16-12 所示，下列说确的是（）A线圈中无感应电流，有感应电动势 B线圈中有感应电流，也有感应电动势 C线圈中无感应电流，无感应电动势 Da、b、c、d 各点电势的关系是：UaUb，UcUd，UaUd 例 3、甲、乙两个完全相同的带电粒子，以相同的动能在匀强磁场中运动甲从 B1区域运动到 B2区域，且 B2B1；乙在匀强磁场中做匀速圆周运动，且在t 时间，该磁场的磁感应强度从 B1增大为 B2，如图 16-13 所示则当磁场为 B2时，甲、乙二粒子动能的变化情况为 （）300 B v a b d c 图 16-10 图 16-11 图 16-12 A都保持不变 B甲不变，乙增大 C甲不变，乙减小 D甲增大，乙不变 E甲减小，乙不变 解析：由于本题所提供的两种情境，都是 B2B1，研究的也是同一种粒子的运动对此，可能有人根据“洛仑兹力”不做功，而断定答案“A”正确 其实，正确答案应该是“B”这是因为：甲粒子从 B1区域进入 B2区域，唯一变化的是，根据 f=qvB，粒子受到的洛仑兹力发生了变化由于洛仑兹力不做功，故 v 大小不变，因而由 R=mv/Bq，知其回转半径发生了变化，其动能不会发生变化乙粒子则不然，由于磁场从 B1变化到 B2，根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场将产生电场，结合楞次定律可知，电场力方向与粒子运动方向一致，电场力对运动电荷做正功，因而乙粒子的动能将增大 点拨：此题是一个理解题，考查对电磁感应现象中能量转化的一个理解。小试身手 3.1、如图 16-14 所示，矩形线圈abcd质量为m，宽为d，在竖直平面由静止自由下落。其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d，线圈ab边刚进入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程，产生了多少电热？3.2、如图 16-15 所示，水平面上固定有平行导轨，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。同种合金做的导体棒ab、cd横截面积之比为 21，长度和导轨的宽均为L，ab的质量为m,电阻为r，开始时ab、cd都垂直于导轨静止，不计摩擦。给ab一个向右的瞬时冲量I，在以后的运动中，cd的最大速度vm、最大加速度am、产生的电热各是多少？a b d c B a d b c 图 16-13 图 16-14 例 4、如图 16-16 所示，线圈平面与水平方向成角，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为多大？解析：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 计算。处理时可以用以下两种之一：（1）把 S 投 影到 与 B 垂直 的方向即水平方向（如图中的abcd），所以 S投=Scos，故=BScos ；（2）把 B 分解为平行于线圈平面的分量和垂直于线圈平面分量，显然平行方向的磁场并不穿过线圈，且 B垂直=Bcos，故=BScos。点拨：此题为一个简单计算题。考查对磁通量计算公式的记忆。在计算的过程中应当注意公式的应用。小试身手 4.1 两圆环 a、b 同心同平面放置，且半径 Ra Rb，将一条形磁铁置于两环的轴线上，设通过 a、b 圆环所包围的面积的磁通量分别是a、b，则：（）A、a=b；B、ab；C、a b；D、无法确定a与b的大小关系。4.2、如图 16-17 所示，线圈有理想边界的磁场，当磁场均匀增加时，有一带电微粒静止于平行板(两板水平放置)电容器中间，则此粒子带_电，若线圈的匝数为 n，平行板电容器的板间距离为 d，粒子的质量为 m，带电量为 q，则磁感强度的变化率为_(设线圈的面积为 S)例 5、如图 16-18，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ固定在一水平面上,两导轨间距L=0.2m，电阻R 0.4，电容C2 mF，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1图 16-15 图 16-16 图 16-17 的金属杆CD，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于方向竖直向上B=0.5T 的匀强磁场中。现用一垂直金属杆CD的外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始向右运动。求：若开关S闭合,力F 恒为 0.5N,CD运动的最大速度；若开关S闭合，使CD以问中的最大速度匀速运动，现使其突然停止并保持静止不动，当CD停止下来后，通过导体棒CD的总电量；若开关S断开，在力F作用下，CD由静止开始作加速度a=5m/s2的匀加速直线运动，请写出电压表的读数U随时间t变化的表达式。解析：CD以最大速度运动时是匀速直线运动：即 F=BIL，又rRBLvIm,得。vm=25m/s (2)CD以 25m/s 的速度匀速运动时，电容器上的电压为UC，则有：电容器下极板带正电,电容器带电：Q=CU=410-3C.CD停 下来后,电容通过MP、CD放电,通过CD的电量：(3)电压表的示数为：因为金属杆CD作初速为零的匀加运动，所以：v=at 代入数字得 U=0.4t 即电压表的示数U随时间t 均匀增加 点拨：此题是一个综合计算题,考查的是对安培力的计算和理解。小试身手 5.1、如图 16-19 所示，虚线框是磁感应强度为B的匀强磁场，导线框的三条竖直边的电阻均为r，长均为L，两横边电阻不计，线框平面与磁场方向垂直。当导线框以恒定速度v水平向右运动，ab 边进入磁场时，ab 两端的电势差为U1，当 cd 边进入磁场时，ab 两端的电势差为U2，则 （）AU1=BLv BU1=31BLv CU2=BLv DU2=32BLv 5.2、如图 16-20 所示，P、Q为水平面平行放置的光滑金属长直导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1 的匀强磁场中。一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为r、边长为L2 的正方形金属框abcd置于竖直平面，两顶点a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2 的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。2.0cRUBLvVRr33.2 10CDRQQCRrBLvUIRRRrBLvBLRURatRrRr图 16-18 图 16-19 (1)通过ab边的电流Iab 是多大?(2)导体杆ef的运动速度v是多大?例 6、1、如图 16-21 所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流是由 A 经 R 到 B，则磁铁可能是：A、向下运动；B、向下运动；C、向左平移；D、以上都不可能。解析：分析与解答：判断顺序采用逆顺序。（1）感应电流方向从 A 经 R 到 B，根据安培定则得知感应电流在螺线管产生的磁场方向应是从上到下；（2）由楞次定律判断出螺线管磁通量的变化是向下的减小或向上的增加；（3）由条形磁铁的磁感线分布知螺线管原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左平移或向右平移。所以正确答案是 B、C 点拨：此题是一个理解题，要理解楞次定律在判断电流方向和运动方向的应用 小试身手 图 16-20 图 16-21 6.1、如图 16-22 所示，闭合矩形线圈 abcd 从静止开始竖直下落，穿过一个匀强磁场区域，此磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈 bc 边的长度，不计空气阻力，则（）A从线圈 dc 边进入磁场到 ab 边穿过出磁场的整个过程，线圈中始终有感应电流 B从线圈 dc 边进入磁场到 ab 边穿出磁场的整个过程中，有一个阶段线圈的加速度等于重力加速度 Cdc 边刚进入磁场时线圈感应电流的方向，与 dc 边刚穿出磁场时感应电流的方向相反 Ddc 边刚进入磁场时线圈感应电流的大小，与 dc 边刚穿出磁场时感应电流的大小一定相等 6.2、如图 16-23 所示，导线圈 A 水平放置，条形磁铁在其正上方，N 极向下且向下移近导线圈的过程中，导线圈 A 中的感应电流方向是_，导线圈 A 所受磁场力的方向是_。若将条形磁铁 S 极向下，且向上远离导线框移动时，导线框感应电流方向是_，导线框所受磁场力的方向是_。例 7、如图 16-24 所示，L 为一个纯电感线圈，A 为一灯泡，下列说确的是：A.开关 S 接通瞬间无电流通过灯泡。B.开关 S 接通以后且电路稳定时，无电流通过灯泡。C.开关 S 断开瞬间无电流通过灯泡。D.开关 S 接通瞬间及接通后电路稳定时，灯泡中均有从从 a 到 b 的电流，而在开关断瞬间，灯泡中有从 b 到 a 的电流。解析：开关 S 接通瞬间，线圈的“自感要阻碍原电流（此处为 0）的大小和方向的变化”，通过它的电流将由 0 逐渐增大，但是，由于灯泡无自感作用，立即就有从 a 到 b 的电流；电路稳定后，通过自感线圈的电流不再改变，纯自感线圈又无直流电阻，灯泡将被短路，因而灯泡中无电流通过。开关 S 断开瞬间，由于线圈的“自感要阻碍原电流的大小和方向变化”，线圈的电流将逐渐变小，且方向仍保持向右，该电流经过灯泡形成回路，所以，灯泡中有从 b 到 a 的瞬时电流，故、此题正确答案为 B。图 16-22 图 16-23 图 16-24 点拨：此题是一道基础题，主要考查的是对自感现象的原理和规律的记忆和理解。小试身手 7.1、如图 16-25 所示，自感线圈 L 的自感系数很大，直流电阻为 RL，灯泡 A 的电阻为 RA，开关 S 闭合后，灯 A 正常发光，在 S 断开瞬间，以下说确的是：A.灯泡立即熄灭。B.灯泡要“闪亮”一下，再熄灭。C.如果 RLRA，灯泡要“闪亮”一下，再熄灭。D如果 RLRA，灯泡要“闪亮”一下，再熄灭。7.2、如图 16-26 所示电路，多匝线圈的电阻和电池的电阻可以忽略，两个电阻器的阻值都是 R电键 S 原来打开着，电流 I0=2R，今合下电键将一个电阻器短路，于是线圈中有自感电动势产生，这自感电动势（）A有阻碍电流的作用，最后电流由 I0 减小为零 B有阻碍电流的作用，最后总小于 I0 C有阻碍电流增大作用，因而电流保持为 I0 不变 D有阻碍电流增大作用，但电流最后还是要增大到 2I0 例 8、如图 16-27 所示，水平的平行虚线间距为d=50cm，其间有B=1.0T 的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l=10cm，线圈质量m=100g，电阻为R=0.020。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取g=10m/s2，求：线圈进入磁场过程中产生的电热Q。线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。解析：由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从图中 2 位置到 4 位置产生的电热，而 2、4 位置动能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J 3 位置时线圈速度一定最小，而 3 到 4 线圈是自由落体运动因此有 v02-v2=2g(d-l)，得v=22m/s 2 到 3 是减速过程，因此安培力RvlBF22减小，由F-mg=ma知加速度减小，到 3 位置时加速度最小，a=4.1m/s2 点拨：此题为一道综合计算题，要注意该过程中的重力的作用，以及速度的变化。图 16-25 图 16-26 图 16-27 小试身手 8.1、如图 16-28 所示，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为L，匀强磁场垂直于导轨所在的平面（纸面）向里，磁感应强度的大小为B两根金属杆 1、2 摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为m1、m2和R1、R2两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数皆为已知：杆 1 被外力拖动，以恒定的速度v0沿导轨运动；达到稳定状态时，杆 2 也以恒定速度沿导杆运动，导轨的电阻可忽略求此时杆 2 克服摩擦力做功的功率 8.2、如图 16-29 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vm P M N Q 1 2 v0 R a b m L 图 16-28 图 16-29 8.3、如图 16-30 所示，电感线圈的自感系数 L=1MH，O 点在滑动变阻器的中点，电流表表盘的零刻度线在正中间。当滑动触点 P 在 a 处时，电流表指针左偏，示数为 2A；当触点P 在 b 处时，电流表指针右偏，示数也为 2A。触点 P 由 a 滑到 b 经过的时间为 0.02s，问当 P 由 a 滑到 b 时，在线圈 L 两端出现的平均自感电动势多大？方向如何？四、章节练习 图 16-30 一.填空题:1磁电式电表在没有接入电路（或两接线柱是空闲）时，由于微扰指针摆动很难马上停下来，而将两接线柱用导线直接相连，摆动着的指针很快停下，这是因为 。2 在磁感应强度为 0.1T 的匀强磁场中垂直切割磁感线运动的直导线长20cm。为使直导线中感应电动势每秒钟增加 0.1V，则导线运动的加速度大小应为 。3在图 16-31 虚线所围区域有一个匀强磁场，方向垂直纸面向里，闭合矩形线圈abcd在磁场中做匀速运动，线圈平面始终与磁感线垂直，在图示 位置时ab边所受磁场力的方向向上，那么整个线框正在向 方运动。4水平面中的平行导轨P、Q相距L，它们的右端与电容为C的电容器的两块极板分别相连如图 16-2 所示，直导线ab 放在P、Q上与导轨垂直相交，磁感应强度为 B 的匀强磁场竖直向下穿过导轨面。若发现与导轨P相连的电容器极板上带负电荷，则ab向 沿导轨滑动；如电容器的带电荷量为Q，则ab滑动的速度v=.5把一线框从一匀强磁场中匀速拉出，如图 16-33 所示。第一次拉出的速率是 v，第二次拉出速率是 2 v，其它条件不变，则前后两次拉力大小之比是，拉力功率之比_ ，线框产生的热量之比 通过导线截面 的电量之比是。6一个线圈接通电路时,通过它的电流变化率为 10A/S,产生的自感电动势为 3.0V,切断电路时,电流的变化率为 50A/S,产生的自感电动势为_V,这个线圈的自感系数为_。7一个 100 匝的闭合圆形线圈，总电阻为 15.0，面积为 50cm2，放在匀强磁场中，线圈平面跟磁感线方向垂直，匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图 16-35 所示设 图 16-31 图 16-32 图 16-33 t=0 时，B的方向如图 16-34 所示，垂直于纸面向外。则线圈在 0410-3s 的平均感应电动势的大小是 ,在 2s 线圈中产生的热量是 。8如图 16-36 所示。正方形线圈原来静止在匀强磁场中，ab边与磁场的边界线重合，线圈面与磁场方向垂直。第一次用时间t把线圈匀速向左从磁场中拉出，在此过程中外力做功W1，通过导线横截 面被迁移的电荷量为q1。第二次用时间t把线圈以ab边为轴匀速转过 90离开磁场，外力做功W2，线圈中被迁移 的电荷量为q2则Wl：W2=，q1:q2=:。9如图 13-37 所示，圆形线圈质量m=0.1kg，电阻R=0.8，半径r=0.1m,此线圈放在绝缘光滑的水平面上，在 y 轴右侧有垂直于线圈平面B=0.5T 的匀强磁场，若线圈以初动能E0=5J 沿x轴方向进入磁场，运动一段时间后，当线圈中产生的电能为E=3J 时,线圈恰好有一半进人磁场，则此时磁场力的功率为 W。二.选择题:10在电磁感应现象中，下列说法中正确的是 ()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，一定能产生感应电流 D感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化 11如图 16-38 所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻 可以忽略下列说法中正确的是 ()A合上开关S接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后一样亮 B合上开关S接通电路时，A1和A2始终一样亮 C断开开关S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭 图 16-34 图 16-35 图 16-36 图 16-37 图 16-38 D断开开关S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭 12如图 16-39 所示，甲中有两条不平行轨道而乙中的两条轨道是平行的，其余物理条件都相 同金属棒MN都正在轨道上向右匀速平动，在棒运动的过程中，将观察到 ()AL1，L2小电珠都发光，只是亮度不同 BLl，L2都不发光 CL2发光，Ll不发光 DLl发光，L2不发光 13在研究电磁感应现象的实验中采用了如右图 16-40 所示的装 置，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个相同的电 流表指针的位置如图所示，当滑片P较快地向左滑动时，两表指针的偏转方向是 ()A甲、乙两表指针都向左偏 B甲、乙两表指针都向右偏 C甲表指针向左偏，乙表指针向右偏 D甲表指针向右偏，乙表指针向左偏 14如右图 16-41 所示，在两平行光滑导体杆上，垂直放置两导体ab、cd，其电阻分别为Rl、R2，且R1F2，UabUab BFl=F2，Uab=Ucd CF1F2，Uab=Ucd DFl=F2，UabUcd 15如图 16-42 甲所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环导体abcd所围区域磁场的磁感应强度按下图中哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向 上的磁场作用力?()图 16-39 图 16-40 图 16-41 甲图 A B C D 161931 年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”，1982 年，美国物理学家卡布莱设计了一 个寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有N极的磁单极 子从上向下穿过如右图 16-43 所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈上将出现 ()A先是逆时针方向的感应电动势，后是顺时针方向的感应电流 B先是顺时针方向的感应电动势，后是逆时针方向的感应电流 C顺时针方向持续流动的感应电流 D逆时针方向持续流动的感应电流 17如图 16-44 所示为地磁场磁感线的示意图在北半球地磁场的竖直分量向下飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差 设飞行员左方机翼末端处的电势为2，右方机翼末端处电势为2 ()A若飞机从西往东飞，l比2高 B若飞机从东往西飞，2比1高 C若飞机从南往北飞，l比2高 D若飞机从北往南飞，2比l高 18如图 16-45，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成 一 个 闭 合 回 路，当 一 条 形 磁 铁 从 高 处 下 落 接 近 回 路 时 图 16-42 图 16-43 图 16-44 图 16-45 图 16-46()AP、Q将互相靠拢 BP、Q将互相远离 C磁铁的加速度仍为 g D磁铁的加速度小于 g 19如图 16-46，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面带有负电荷-Q，在A的正上方用丝线 悬挂一个金属环B(丝线未画出)，使B的环面在水平面上与圆盘平行，其轴线与橡胶盘 A的轴线OO重合，现在橡胶圆盘A由静止开始绕其轴线OO按图中箭头方向加速转动，则 ()A金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到的拉力增大 B金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到的拉力减小 C金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到的拉力减小 D金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到的拉力增大 20如右图 16-47 所示，用铝板制成“”形框，将一质量为m的带 电小球用绝缘细线悬挂在框的上方，让整个装置在垂直于水平方向的匀强磁场中向左以速度v匀速运动，若悬线拉力为T，则 ()A悬线竖直，T=mg B悬线竖直，Tmg C适当选择的大小，可使T=0 D因条件不足，T与mg的大小关系无法确定 21 如右图 16-48 所示，相距为d的两水平虚线Ll，L2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(Ld)，质量为m，电阻为R将线圈在磁场上方高h处静止释放，ab边刚进 入磁场时速度为0，ab边刚离 开 磁 场时 速 度 也为0，在 线 圈 全 部穿 过 磁 场 过程 中 ()A感应电流所做的功为mgd B感应电流所做的功为 2mgd C线圈的最小速度可能为 22LBmgR图 16-47 图 16-48 D线圈的最小速度一定为d)L2g(h 22如图 16-49 所示，在一根软铁棒上绕有一个线圈，a、b是线圈的两端，a、b分别与平行导轨 M、N 相连，有匀强磁场与导轨面垂直，一根导体棒横放在两导轨上，要使a点的电势比b点的电势高，则导体棒在两根平行的导轨上应该 （）A向左加速滑动 B向左减速滑动 C向右加速滑动 D向右减速滑动 23如下图 16-50 所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场若第一次用 0.3s 时间拉出，外力所做的功为 W1，通过导线截面的电量为 q1；第二次用 0.9s 时间拉出，外力所做的功为 W2，通过导线截面的电量为 q2，则 （）AW1W2，q1q2 BW1W2，q1=q2 CW1W2，q1=q2 DW1W2，q1q2 24如图 16-51 所示，一闭合直角三角形线框以速度 v 匀速穿过匀强磁场区域从 BC 边进入磁场区开始计时，到 A 点离开磁场区止的过程中，线框感应电流的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是如图所示中的（）三计算题 图 16-49 图 16-50 图 16-51 25如图 16-52 所示，MN、PQ是两条水平放置的平行光滑导轨，其电阻可以忽略不 计，轨道间距l=0.60m。强磁场垂直于导轨平面向下，磁感应强度B=1.010-2T，金属杆ab垂直于导轨放置，与导轨接触良好，ab杆在导轨间部分的电阻r=1.0在导轨的左端连接有电阻Rl、R2，阻值分别为Rl=3.0，R2=6.0。b杆在外力作用下以=5.0ms 的速度向右匀速运动。(1)ab杆哪端的电势高?(2)求通过ab杆的电流I；(3)求电阻R1上每分钟产生的热量Q。26如图 16-53 所示，在倾角为 30的斜面上，固定两条无限长的平行光滑导轨，一个匀强磁场垂直于斜面向上，磁感应强度B=0.4T，导轨间距L=0.5m。根金属棒ab、cd平行地放在导轨上，金属棒质量mab=0.1kg，mcd=0.2kg，两金属棒总电阻r=0.2，导轨电阻不计现使金属棒ab以=1.5m/s 的速度沿斜面向上匀速运动。(1)金属棒cd的最大速度；(2)在cd有最大速度时，作用在金属棒ab上的外力做功的功率。图 16-52 图 16-53 27如图 16-54 所示，光滑平行金属导轨相距 30cm，电阻不计，ab是电阻为 0.3 的 金属棒，可沿导轨滑动。导轨相连的平行金属板A，B相距 6cm，电阻R为 0.1.全部装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中。ab以速度v向右匀速运动时，一带电微粒在A,B板间做半径 2cm 匀速圆周运动，速率也是，试求速率的大小?28 如图 16-55 所示，质量为 100g 的铝框，用细线悬挂起来，框中央离地面h为 0 8m，有一质量 200g 的磁铁以 10ms 的水平速度射入并穿过铝框，落在距铝框原位置水平距离 3.6m 处，则在磁铁与铝框发生相互作用时，求：(1)铝框向哪边偏斜?它能上升多高?(2)在磁铁穿过铝框的整个过程中，框中产生了多少热量?图 16-54 图 16-55 29如图 16-56，导体棒ab质量 100g，用绝缘细线悬挂后，恰好与宽度为 50cm 的光滑水平导轨良好接触导轨上还放有质量 200g 的另一导体棒cd整个装置处于竖直向上的B=0.2T 的匀强磁场中，现将ab棒拉起 0.8m 高后无初速释放当ab第一次摆到最低点与导轨瞬间接触后还能向左摆到 0.45m 高，试：(1)cd棒获得的速度大小；(2)此瞬间通过ab棒的电荷量；(3)此过程回路产生的焦耳热 30如图 16-57 所示，在光滑绝缘的水平面上有一个用一根均匀导体围成的正方形线框abcd，其边长为L，总电阻为R，放在磁感应强度为B方向竖直向下的匀强磁场的左边，图 中虚线MN为磁场的左边界。线框在大小为F的恒力作用下向右运动，其中ab边保持 与MN平行。当线框以速度v0进入磁场区域时，它恰好做匀速运动。在线框进入磁场的过程中，（1）线框的ab边产生的感应电动势的大小为E 为多 图 16-56 少？（2）求线框a、b两点的电势差。（3）求线框中产生的焦耳热。31面积S=0.2m2、n=100 匝的圆形线圈，处在如图 16-58 所示的磁场，磁感应强度随时间 t 变化的规律是B=0.02t，R=3，C=30F，线圈电阻r=1，求：（1）通过R的电流大小和方向（2）电容器的电荷量。32、如图 16-59 所示，MN 为金属杆，在竖直平面贴着光滑金属导轨下滑，导轨的间距l=10cm，导轨上端接有电阻 R=0.5，导轨与金属杆电阻不计，整个装置处于 B=0.5T的水平匀强磁场中若杆稳定下落时，每秒钟有 0.02J 的重力势能转化为电能，则求MN 杆的下落速度 图 16-57 图 16-58 第 16 章:电磁感应参考答案：（改为 1。5 倍行距）小试身手答案：1.1、BC 1.2、B 1.3、C 2.1、C 2.2、AD .3.1、ab刚进入磁场就做匀速运动，说明安培力与重力刚好