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1、第10讲电磁感应问题的综合分析,1(多选)(2012江苏单科，7)某同学设计的家庭电路保护装置如图4101所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有(),图4101,A家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变 C家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 解析由于零线、火线中电流方向相反，产生磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家
2、庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确 答案ABD,2(2014江苏卷，1)如图4102所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中在t时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为(),图4102,答案B,3(多选)(2014江苏卷，7)如图4103所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来若要缩短上述加热时间，下列措
3、施可行的有() A增加线圈的匝数 B提高交流电源的频率 C将金属杯换为瓷杯 D取走线圈中的铁芯,图4103,解析杯内的水之所以沸腾，是由于金属杯处于下方线圈所产生的交变磁场中，产生涡流，从而使金属杯温度升高，而瓷杯内不会产生涡流，故C错；要想缩短加热时间，则应增大磁场的强度和变化率，因此A、B正确，D错误 答案AB,图4104 (1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em； (2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F； (3)外接电阻上电流的有效值I.,5(2013江苏单科，13)如图4105所示，匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直已知线圈的匝数N100，边长ab1.
4、0 m、bc0.5 m，电阻r2 .磁感应强度B在01 s内从零均匀变化到0.2 T在15 s内从0.2 T均匀变化到0.2 T，取垂直纸面向里为磁场的正方向求： (1)0.5 s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向； (2)在15 s内通过线圈的电荷量q； (3)在05 s内线圈产生的焦耳热Q.,图4105,答案(1)10 Vadcba(2)10 C(3)100 J,主要题型：选择题或计算题 知识热点 (1)楞次定律的理解及应用 (2)法拉第电磁感应定律的应用 (3)用电磁感应现象分析实际问题(如2014年的第7题，分析涡流加热现象) (4)法拉第电磁感应定律和楞次定律的综合应用，如电
5、路问题、图象问题、动力学问题、能量问题等,物理方法 (1)图象法(2)等效法(3)守恒法(4)模型法 命题趋势 (1)预计2015年高考仍将以电磁感应的产生条件，感应电动势和感应电流的计算和图象表达为主 (2)结合新技术，对科技类问题的建模，运用力学和电学知识解决电磁感应类的问题，复习时应予以高度关注,热点一楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用,1(多选)(2014南京一模)匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度B随时间t变化规律如图4106甲所示在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图乙所示令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，f1、f2、f3分
6、别表示I1、I2、I3时，金属环上很小一段受到的安培力，则(),图4106,AI1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 BI2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向 Cf1方向指向圆心，f2方向指向圆心 Df2方向背离圆心向外，f3方向指向圆心 解析在Oa段，磁场垂直纸面向里且均匀增强，根据楞次定律可判断产生的感应电流的方向是逆时针的，同理，ab、bc段产生的感应电流的方向是顺时针的，A正确，B错；根据左手定则可判断Oa、ab、bc段对应金属圆环上很小一段受到的安培力方向，即f1、f3方向指向圆心，而f2背离圆心向外，C错，D正确(或采用“增缩减扩”的方法也可以直接判断) 答案AD,2(多选)(2014陕西
7、省质检二)如图4107所示，用同种电阻丝制成的正方形闭合线框1的边长与圆形闭合线框2的直径相等m和n是1线框下边的两个端点，p和q是2线框水平直径的两个端点.1和2线框同时由静止开始释放并进入上边界水平、足够大的匀强磁场中，进入过程中m、n和p、q连线始终保持水平当两线框完全进入磁场以后，下面说法正确的是(),图4107,Am、n和p、q电势的关系一定有mn，pq Bm、n和p、q间电势差的关系一定有UmnUpq C进入磁场过程中流过1和2线框的电荷量Q1Q2 D进入磁场过程中流过1和2线框的电荷量Q1Q2,答案AD,32014苏、锡、常、镇四市高三调研(二)在半径为r、电阻为R的圆形导线框内
8、，以直径为界，左、右两侧分别存在着方向如图4108甲所示的匀强磁场以垂直纸面向外的磁场为正，两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示则0t0时间内，导线框中(),图4108,A没有感应电流 B感应电流方向为逆时针 C感应电流大小为r2B0/(t0R) D感应电流大小为2r2B0/(t0R),答案C,4(多选)(2014四川卷，6)如图4109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0.2 kg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1 m的正方形，其有效电阻为0.1 .此时在整个空间加方向与
9、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(0.40.2t)T，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形变则(),图4109 At1 s时，金属杆中感应电流方向从C到D Bt3 s时，金属杆中感应电流方向从D到C Ct1 s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1 N Dt3 s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2 N,对金属杆受力分析如图所示：由平衡条件得： FN1F安sin 300.1 N，选项C正确；同理，可算出金属棒对挡板H的压力大小为0.1 N，选项D错 答案AC,1法拉第电磁感应定律,2楞次定律中的“阻碍”有三层含义 (1)阻碍磁通量的变化； (2)阻碍物体间的
10、相对运动； (3)阻碍原电流的变化要注意灵活应用,热点二电磁感应中的图象问题,5(2014高考冲刺卷九)如图41010所示，空间内存在两个磁感应强度大小相等、方向相反且垂直纸面的匀强磁场，MN、PQ为其边界，MN、PQ互相平行，一导线折成正方形闭合线圈，线圈的边长大于MN、PQ两边界间的距离线圈在纸面内以恒定的速度向右运动的过程中，线圈左右两边始终与MN、PQ平行，以线圈中逆时针方向为感应电流的正方向，线圈中的感应电流i随时间t变化的图示，可能正确的是 (),图41010,解析开始一段时间内线圈中的磁通量不变，没有感应电流，线圈右边出磁场后线圈左边切割磁感线、由右手定则判断线圈中产生逆时针方向
11、的电流，接着线圈左、右两边同时切割磁感线，也产生逆时针方向的电流，但电流大小为原来的2倍，再过一段时间，只有线圈右边切割磁感线，仍产生逆时针方向的电流，大小又恢复到原来的值，最后当线圈完全进入右侧的磁场后，线圈中的磁通量不变，没有感应电流，故选项A正确 答案A,6(2014全国卷新课标，18)如图41011甲，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是 (),图41011,解析由图乙可知c、d间的电压大小是不变化的，根据法拉第电磁感应定律可判
12、断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的，又因已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，所以线圈ab中的电流是均匀变化的，选项C正确，A、B、D均错误 答案C,7如图41012所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属框电阻为R，边长为L，自线框从左边界进入磁场时开始计时，在外力作用下由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度a进入磁场区域，t1时刻线框全部进入磁场规定顺时针方向为感应电流I的正方向，外力大小为F，线框中电功率的瞬时值为P，通过导体横截面的电荷量为q，则这些量随时间变化的关系正确的是(其中Pt图象为抛物线)(),图41012,答案C,图41013,答案BD,1分析电
13、磁感应图象问题时的“三个关注” (1)关注初始时刻，如初始时刻感应电流是否为零，是正方向还是负方向 (2)关注变化过程，看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象变化相对应 (3)关注大小、方向的变化趋势，看图象斜率的大小、图象的曲、直是否和物理过程对应 2判断图线是否正确的关键 首先要明确坐标轴所表示的两个物理量之间的函数关系，其次要看物理量的方向,热点三电磁感应中的动力学问题 应用动力学观点解决电磁感应现象问题的思路和方法： (1)思路：明确电源，画出等效电路，判断电流方向或电势高低 (2)受力分析和运动过程分析：导体棒在磁场中切割磁感线运动时，动力学特征是,(3)牛顿第二定律
14、：通过分析导体棒的受力情况和运动情况，建立力和运动量之间的联系，计算稳定态的物理量或者对运动过程进行动态分析,9(多选)(2014山东卷，16)如图41014所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好在向右匀速通过M、N两区的过程中，导体棒所受安培力分别用FM、FN表示不计轨道电阻以下叙述正确的是() AFM向右 BFN向左 CFM逐渐增大 DFN逐渐减小,图41014,答案BCD,图41015,答案AB,11如图41016所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L0.50 m，导轨平面与水平面间夹角37，N
15、、Q间连接一个电阻R5.0 ，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B1.0 T将一根质量为m0.050 kg的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好已知金属棒与导轨间的动摩擦因数0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s2.0 m已知g10 m/s2，sin 370.60，cos 370.80.求：,图41016 (1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； (2)金属棒到达cd处的速度大小； (3)金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量,答案(1)2
16、.0 m/s2(2)2.0 m/s(3)0.10 J,1电磁感应中的动力学问题的解题策略 此类问题中力现象和电磁现象相互联系、相互制约，解决问题前首先要建立“动电动”的思维顺序，可概括为： (1)找准主动运动者，用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解感应电动势的大小和方向 (2)根据等效电路图，求解回路中电流的大小及方向 (3)分析安培力对导体棒运动速度、加速度的影响，从而推理得出对电路中的电流有什么影响，最后定性分析导体棒的最终运动情况 (4)列牛顿第二定律或平衡方程求解,2常见的解题流程如下,高考命题热点10.应用动力学观点和能量观点分析电磁感应问题,(2)解决电磁感应能量问题的基本思路： 确定感应电动势的大小和方向 画出等效电路图并求出电流 进行受力情况分析和做功情况分析 明确在此过程中的能量变化情况 用动能定理或能量守恒定律解题,用动力学观点、能量观点解答电磁感应问题的一般步骤,【典例】(16分)如图41017所示，光滑斜面的倾角30，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长l11 m，bc边的边长l20.6 m，线框的质量m1 kg，电阻R0.1 ，线框通过细线与重物相连，重
