电磁感应

 

22. （2008年高考山东理综卷22题）两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L,底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示。除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则

A.释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g

B.金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→b

C.金属棒的速度为v时，所受的按培力大小为F=

D.电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

22.AC 【解析】在释放的瞬间，速度为零，不受安培力的作用，只受到重力，A对。由右手定则可得，电流的方向从b到a，B错。当速度为时，产生的电动势为，受到的安培力为，计算可得,C对。在运动的过程中，是弹簧的弹性势能、重力势能和内能的转化，D错。

18．（17分）（2008年高考广东物理卷18题）如图（a）所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L=0.3m．导轨左端连接R＝0.6　的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面B=0.6T的匀强磁场，磁场区域宽D=0.2 m．细金属棒A₁和A₂用长为2D=0.4m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为t=0.3 ,导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度r=1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒A₁进入磁场（t=0）到A₂离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图（b）中画出．

 

18．解析：

0－t₁（0－0.2s）

A₁产生的感应电动势：

电阻R与A₂并联阻值：

所以电阻R两端电压

通过电阻R的电流：

t₁－t₂（0.2－0.4s）

E=0,   I₂=0

t₂－t₃（0.4－0.6s） 同理：I₃=0.12A

18．【解析】

 

【方法技巧】感应电动势是高中物理知识最重要的一个窗口，通过这个窗口可以与很多知识综合链接在一起。感应电动势是高中物理最重要的知识之一，与之相链接的知识点多，综合形式多，具有明显的“综合”特征。导体切割产生的电动势为，如果产生的感应电动势与电容器、电阻连接，那么我们在解答时就可把感应电动势当作直流电源，联系有关电容器中的电场问题，联系闭合电路欧姆定律进行分析与求解。

 

16. （2008年高考宁夏理综卷16题）如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个最阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是

  A.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a

  B.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a

  C.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b

  D.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b

16．B 【解析】本题考查右手定则的应用。根据右手定则，可判断PQ作为电源，Q端电势高，在PQcd回路中，电流为逆时针方向，即流过R的电流为由c到d，在电阻r的回路中，电流为顺时针方向，即流过r的电流为由b到a。当然也可以用楞次定律，通过回路的磁通量的变化判断电流方向。

1、（2008年高考海南物理卷1题）法拉第通过静心设计的一系列试验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是

A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流

B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流

C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流，那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势

D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势，那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流

1．【答案】：A     

【解析】：对A选项，静止的导线上的稳恒电流附近产生稳定的磁场，通过旁边静止的线圈不会产生感应电流，A被否定；稳恒电流周围的稳定磁场是非匀强磁场，运动的线圈可能会产生感应电流，B符合事实；静止的磁铁周围存在稳定的磁场，旁边运动的导体棒会产生感应电动势，C符合；运动的导线上的稳恒电流周围产生运动的磁场，即周围磁场变化，在旁边的线圈中产生感应电流，D符合。

10、（2008年高考海南物理卷10题）一航天飞机下有一细金属杆，杆指向地心．若仅考虑地磁场的影响，则当航天飞机位于赤道上空

    A．由东向西水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下

    B．由西向东水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下

    C．沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时，金属杆中感应电动势的方向一定由下向上

    D．沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时，金属杆中一定没有感应电动势

10．【答案】：AD 

【解析】： 如图，设观察方向为面向北方，左西右东，则地磁场方向平行赤道表面向北，若飞机由东向西飞行时，由右手定则可判断出电动势方向为由上向下，若飞机由西向东飞行时，由右手定则可判断出电动势方向为由下向上，A对B错；沿着经过地磁极的那条经线运动时，速度方向平行于磁场，金属杆中一定没有感应电动势，C错D对。

20. （2008年高考全国Ⅰ理综卷20题）矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是

 

20、D     解析：0-1s内B垂直纸面向里均匀增大，则由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中产生恒定的感应电流，方向为逆时针方向，排除A、C选项；2s-3s内，B垂直纸面向外均匀增大，同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，排除B选项，D正确。

 

21． （2008年高考全国Ⅱ理综卷21题）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．在t=0时， 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域．以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正．下列表示i-t关系的图示中，可能正确的是

 

 

21、C     解析：从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中，线框切割磁感线的有效长度逐渐增大，所以感应电流也逐渐拉增大，A项错误；从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时，切割磁感线有效长度不变，故感应电流不变，B项错；当正方形线框下边离开磁场，上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中，磁通量减少的稍慢，故这两个过程中感应电动势不相等，感应电流也不相等，D项错，故正确选项为C。

24．（19分）（2008年高考全国Ⅱ理综卷24题）如图，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻（图中未画出）；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v₀。在棒的运动速度由v₀减小至v₁的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。

24、解：导体棒所受的安培力为：F=BIl………………①  （3分）

由题意可知，该力的大小不变，棒做匀减速运动，因此在棒的速度从v₀减小到v₁的过程中，平均速度为：……………………②   （3分）

当棒的速度为v时，感应电动势的大小为：E=Blv………………③   （3分）

棒中的平均感应电动势为：………………④   （2分）

综合②④式可得：………………⑤    （2分）

导体棒中消耗的热功率为：………………⑥    （2分）

负载电阻上消耗的热功率为：…………⑦    （2分）

由以上三式可得：…………⑧      （2分）

22．（16分）（2008年高考北京理综卷22题）均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时，

（1）求线框中产生的感应电动势大小;

（2）求cd两点间的电势差大小;

（3）若此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件。

 

22、【解析】（1）cd边刚进入磁场时，线框速度v=

线框中产生的感应电动势E=BLv＝BL

(2)此时线框中电流   I=

cd两点间的电势差U=I()=

(3)安培力     F=BIL=

根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0

解得下落高度满足    h=

10．（2008年高考上海物理卷10题）如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势ε与导体棒位置x关系的图像是

 

10．A     【解析】：在x=R左侧，设导体棒与圆的交点和圆心的连线与x轴正方向成θ角，则导体棒切割有效长度L=2Rsinθ，电动势与有效长度成正比，故在x=R左侧，电动势与x的关系为正弦图像关系，由对称性可知在x=R右侧与左侧的图像对称。

24．（14分）（2008年高考上海物理卷24题）如图所示，竖直平面内有一半径为r、内阻为R₁、粗细均匀的光滑半圆形金属球，在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接，EF之间接有电阻R₂，已知R₁＝12R，R₂＝4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II，磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，高平行轨道中够长。已知导体棒ab下落r/2时的速度大小为v₁，下落到MN处的速度大小为v₂。

（1）求导体棒ab从A下落r/2时的加速度大小。

（2）若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变，求磁场I和II之间的距离h和R₂上的电功率P₂。

（3）若将磁场II的CD边界略微下移，导体棒ab刚进入磁场II时速度大小为v₃，要使其在外力F作用下做匀加速直线运动，加速度大小为a，求所加外力F随时间变化的关系式。

24．（14分）

解：（1）以导体棒为研究对象，棒在磁场I中切割磁感线，棒中产生产生感应电动势，导体棒ab从A下落r/2时，导体棒在策略与安培力作用下做加速运动，由牛顿第二定律，得

mg－BIL＝ma，式中l＝r

式中　　＝4R

由以上各式可得到

（2）当导体棒ab通过磁场II时，若安培力恰好等于重力，棒中电流大小始终不变，即

式中　　

解得      

导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动，有

得　　

此时导体棒重力的功率为

根据能量守恒定律，此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率，即

＝

所以，＝

（3）设导体棒ab进入磁场II后经过时间t的速度大小为，此时安培力大小为

由于导体棒ab做匀加速直线运动，有

根据牛顿第二定律，有

F＋mg－F′＝ma

即　　

由以上各式解得

25．（2008年高考理综天津卷25题）(22分)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B₀，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v₀沿Ox方向匀速平移。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v(v<v₀)。

(1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理；

(2)为使列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式：

(3)计算在满足第(2)问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。

 

 

25．解析：

(1)由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到的安培力即为驱动力。

(2)为使列车获得最大驱动力，MN、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致框中电流最强，也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大。因此，d应为的奇数倍，即

     或       （）①

(3)由于满足第(2)问条件：则MN、PQ边所在处的磁感应强度大小均为B₀且方向总相反，经短暂的时间，磁场沿Ox方向平移的距离为，同时，金属框沿Ox方向移动的距离为。

    因为v₀>V，所以在时间内MN边扫过磁场的面积

   

    在此时间内，MN边左侧穿过S的磁通移进金属框而引起框内磁通量变化

            ②

    同理，该时间内，PQ边左侧移出金属框的磁通引起框内磁通量变化

           ③

    故在内金属框所围面积的磁通量变化

              ④

    根据法拉第电磁感应定律，金属框中的感应电动势大小

              ⑤

       根据闭合电路欧姆定律有

             ⑥

    根据安培力公式，MN边所受的安培力

   

  PQ边所受的安培力

      

 根据左手定则，MN、PQ边所受的安培力方向相同，此时列车驱动力的大小

         (7)

    联立解得

      (8)

18. （2008年高考重庆理综卷18题）如题18图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力F_N及在水平方向运动趋势的正确判断是

A.     F_N先小于mg后大于mg,运动趋势向左

B.      F_N先大于mg后小于mg,运动趋势向左

C.      F_N先大于mg后大于mg,运动趋势向右

D.     F_N先大于mg后小于mg,运动趋势向右

18、D，本题考查电磁感应有关的知识，本题为中等难度题目。条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时，通过线圈的磁通量先增加后又减小。当通过线圈磁通量增加时，为阻碍其增加，在竖直方向上线圈有向下运动的趋势，所以线圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势，当通过线圈的磁通量减小时，为阻碍其减小，在竖直方向上线圈有向上运动的趋势，所以线圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右运动的趋势。综上所述，线圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势总是向右。

15．(16分) （2008年高考江苏物理卷15题）如图所示，间距为L的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为θ，导轨光滑且电阻忽略不计．场强为B的条形匀强磁场方向与导轨平面垂直，磁场区域的宽度为d₁，间距为d₂．两根质量均为m、有效电阻均为R的导体棒a和b放在导轨上，并与导轨垂直． (设重力加速度为g)

(1)若a进入第2个磁场区域时，b以与a同样的速度进入第1个磁场区域，求b穿过第1个磁场区域过程中增加的动能△E_k．

(2)若a进入第2个磁场区域时，b恰好离开第1个磁场区域；此后a离开第2个磁场区域时，b 又恰好进入第2个磁场区域．且a．b在任意一个磁场区域或无磁场区域的运动时间均相．求b穿过第2个磁场区域过程中，两导体棒产生的总焦耳热Q．

(3)对于第(2)问所述的运动情况，求a穿出第k个磁场区域时的速率

 

 

 

 

 

 

 

 

15．⑴a和b不受安培力作用，由机械能守恒知       ①

⑵设导体棒刚进入无磁场区域时的速度为，刚离开无磁场区域时的速度为，由能量守恒知www.xkb123.com

在磁场区域中，      ②

在无磁场区域中         ③

解得                         ④

⑶在无磁场区域，根据匀变速直线运动规律有         ⑤

且平均速度       ⑥

有磁场区域，棒a受到合力       ⑦

感应电动势           ⑧

感应电流             ⑨

解得       ⑩

根据牛顿第二定律，在t到时间内       11

则有           12

解得             13

联立⑤⑥13解得

由题意知

 

17．（2008年高考理综四川卷17题）在沿水平方向的匀强磁场中，有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直轴自由转动。开始时线圈静止，线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直，所成的锐角为α。在磁场开始增强后的一个极短时间内，线圈平面

A．维持不动   

B．将向使α减小的方向转动

    C．将向使α增大的方向转动        

    D．将转动，因不知磁场方向，不能确定α会增大还是会减小

17、B     解析：由楞次定律可知，当磁场开始增强时，线圈平面转动的效果是为了减小线圈磁通量的增加，而线圈平面与磁场间的夹角越小时，通过的磁通量越小，所以将向使减小的方向转动．