专题04 电磁感应（六大题型）（期末复习专项训练）高二物理上学期教科版

专题04 电磁感应 题型01 电磁感应现象 题型02感应电流方向的判断 题型03法拉第电磁感应定律 题型04法拉第电磁感应定律的应用 题型05自感和涡流 题型06电磁阻尼 电磁驱动 ▉题型01电磁感应现象 考题1：电磁感应的发现过程 【例1】列实验现象，属于电磁感应现象的是（　　） A．甲图中，导线通电后其下方的小磁针发生偏转 B．乙图中，开关闭合后通电导线在磁场中运动 C．丙图中，开关闭合后通电线圈在磁场中转动 D．丁图中，金属杆切割磁感线时，电流表指针偏转 【答案】D 【解析】磁生电的现象叫作电磁感应。甲图中的现象是通电导线产生磁场使小磁针发生偏转，是电流的磁效应，乙图和丙图中的现象均为通电导线在磁场中受到安培力的现象，丁图中的现象是电磁感应现象。 故选D。 【变式】下列现象属于电磁感应的是（    ） A．磁场中某点小磁针极受力的方向与磁感应强度的方向相同 B．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生电流 C．一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，如插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D．通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场 【答案】B 【解析】A．产生感应电流的现象才是电磁感应现象。磁场中某点小磁针极受力的方向与磁感应强度的方向相同，这是磁场方向的规定，不是电磁感应，选项A不符合题意； B．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生感应电流，该现象是电磁感应现象，选项B符合题意； C．一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，如插在通电螺线管中的软铁棒被磁化，该现象不可能产生感应电流，不是电磁感应现象，选项C不符合题意； D．通电导线周围和永磁体周围一样存在磁场，属于电流的磁效应，该现象不是电磁感应现象，选项D不符合题意。 故选B。 考题2：探究感应电流产生的条件 【例2】如图所示，闭合线框在磁场中做下列四种运动，能够产生感应电流的是（　　） A．甲图中，线框与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁 B．乙图中，线框在纸面内平行于通电导线向上移动 C．丙图中，线框垂直于匀强磁场方向水平向右运动 D．丁图中，线框绕垂直于匀强磁场方向的轴转动 【答案】D 【解析】ABC．线框运动过程中，磁通量未发生变化，则不会产生感应电流，故ABC错误； D．线框转动过程中，磁通量发生改变，会产生感应电流，故D正确； 故选D。 【变式】如图所示，水平虚线上方存在垂直纸面向里的磁场，沿水平方向的磁感应强度恒定，沿竖直向上的方向磁感应强度大小逐渐减弱，矩形导线框ABCD垂直磁场方向放置。下列说法正确的是（　　） A．导线框向上平移的过程中，导线框中不能产生感应电流 B．使线框绕AB轴转动的过程中，导线框中能产生感应电流 C．导线框向右平移的过程中，导线框中能产生感应电流 D．使导线框绕过C点垂直纸面的轴在纸面内转动的过程中，导线框中不能产生感应电流 【答案】B 【解析】A．导线框中能产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生改变。根据磁通量Φ = BS可知，导线框向上平移的过程中，磁感应强度减小，穿过导线框的磁通量逐渐减小，则导线框中能产生感应电流，A错误； B．使线框绕AB轴转动的过程中，穿过导线框的磁通量在发生改变，则导线框中能产生感应电流，B正确； C．导线框向右平移的过程中，穿过导线框的磁通量不变，则导线框中不能产生感应电流，C错误； D．使导线框绕过C点垂直纸面的轴在纸面内转动的过程中，穿过导线框的磁通量在发生改变，则导线框中能产生感应电流，D错误。 故选 B。 ▉题型02感应电流方向的判断 考题1：右手定则 【例1】磁悬浮模型车的动力系统可以简化为以下模型，是固定在模型车底部的边长为电阻为的单匝正方形金属框架，模型车与线圈总质量为。驱动磁场为方向垂直于水平地面、等间隔交替分布的匀强磁场，磁感应强度大小均为，每个磁场宽度均为。现使驱动磁场以速度向右匀速运动，金属框将受到磁场力并带动模型车运动。若不计阻力，下列说法正确的是（　　） A．在模型车运动过程中金属框中的电流方向不变 B．当模型车运动速度为时，其所受安培力的值为 C．在到达最大速度前模型车将做匀加速直线运动 D．当模型车趋近最大速度时，回路电流趋于为0 【答案】D 【解析】A．由右手定则可知，线圈的ab边每经过磁场的边界时线框中的电流方向都会发生改变，则选项A错误； B．当模型车运动速度为时，其所受安培力的值为 选项B错误； CD．由 可知在到达最大速度前，随速度v增加，模型车将做加速度减小的加速运动；当模型车趋近最大速度时，安培力趋近于零，则回路电流趋于为0，选项C错误，D正确。 故选D。 【变式】一架飞机在南半球一定高度沿纬线水平飞行，由于地磁场的存在，其机翼就会切割磁感线，两机翼的端点之间会有一定的电势差，则从坐在飞机上的飞行员的角度看（　　）A．机翼左端的电势比右端的电势低 B．机翼左端的电势比右端的电势高 C．机翼左端的电势与右端的电势相等 D．由于不知道飞机的飞行方向，故无法判断机翼两端电势的高低 【答案】A 【解析】当飞机在南半球水平飞行时，由于地磁场的存在，且在南半球地磁场的竖直分量方向向上，则由右手定则可判定机翼左端的电势比右端的电势低。 故选A。 考题2：楞次定律 【例2】．如图甲所示，用金属裸导线制作大小两个圆环，已知大圆半径为，小圆半径为，两圆环接触相切于点。大圆环上端、和切点处留有一非常小缺口。空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，从时刻起磁感应强度按图乙规律变化，设磁场垂直纸面向里为正方向。则以下说法中正确的是（　　） A．在过程中，大圆环上a、b两点电势 B．若将小缺口闭合，在过程中小圆环上有如箭头所示方向的电流 C．若将小缺口闭合，在前后瞬间回路中的电流不同 D．在过程中，将理想电压表正确接在大圆环上的、两点之间，电压表读数为 【答案】D 【解析】A．根据楞次定律，在0~1s过程中，磁感应强度不断增大，在两环之间区域有逆时针方向的感应电动势，点相当于是电源正极，点相当于是电源负极，，故A错误； B．在0~1s过程中小圆环上的电流方向与箭头所示方向相反，故B错误； C．在1s~3s内，磁感应强度的变化率不变，可知在前后瞬间回路中感应电动势不变，则电流也不变，故C错误。 D．由法拉第电磁感应定律 即理想电压表读数为，故D正确。 故选D。 【变式】如图所示，在通有电流I的长直导线右侧固定一矩形金属线框abcd，线框与导线在同一平面内，且ad边与导线平行。调节电流I使空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（　　） A．线框中产生的感应电流方向为a→b→c→d→a B．线框中产生的感应电流逐渐增大 C．线框ad边所受的安培力逐渐减小 D．线框整体受到的安培力方向水平向右 【答案】D 【解析】A．根据楞次定律可知，线框中产生的感应电流方向为a→d→c→b→a，选项A错误； B．因各点的磁感应强度随时间均匀增加，可知磁通量的变化率不变，产生的感应电动势恒定，则线框中产生的感应电流不变，选项B错误； C．根据F = BIL，I和L不变，B均匀增加，可知线框ad边所受的安培力逐渐增大，选项C错误； D．由左手定则，ad边受安培力向右，bc受安培力向左，但是ad受安培力大于bc受的安培力，可知线框整体受到的安培力方向水平向右，选项D正确。 故选D。 ▉题型03法拉第电磁感应定律 考题1：法拉第电磁感应定律的内容 【例1】如图所示，在磁感应强度B=2T的匀强磁场中，有一个半径r=0.5m的金属圆环。圆环所在的平面与磁感线垂直，OA是一个金属棒，它沿着顺时针方向以20rad/s的角速度绕圆心O匀速转动。A端始终与圆环相接触，OA棒的电阻R=0.1Ω，图中定值电阻R1=100Ω，R2=4.9Ω，电容器的电容C=100pF，圆环和导线的电阻忽略不计，则（　　） A．电容器下极板带正电 B．电路消耗的电功率是4.9W C．电容器的带电荷量是5×10-10C D．若金属棒在转动过程中突然停止不动，则此后通过R2的电量是9.8×10-12C 【答案】D 【解析】A．根据右手定则可知，A端电势高于O端电势，所以电容器上极板带正电，故A错误； B．金属棒OA产生的电动势为 由闭合电路欧姆定律可知 电路消耗的电功率为 故B错误； C．金属棒OA两端的电压为 电容器的带电荷量 故C错误； D．若金属棒在转动过程中突然停止不动，则此后通过R2的电量 故D正确。 故选D。 【变式】如图所示，匀强磁场中有a、b两个闭合线圈，它们用同样的导线制成，匝数均为n匝，线圈半径。磁场方向与两线圈所在平面垂直，磁感应强度B随时间均匀增大。两线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，感应电流分别为Ia和Ib。不考虑两线圈间的相互影响，下列说法中正确的是（　　） A．，感应电流均沿顺时针方向 B．，感应电流均沿顺时针方向 C．，感应电流均沿逆时针方向 D．，感应电流均沿逆时针方向 【答案】C 【解析】AB．设磁感应强度的变化率为k，由法拉第电磁感应定律 得 ， 所以 根据楞次定律，磁感应强度B随时间均匀增大，所以感应电流均沿逆时针，故AB错误； CD．根据电阻定律可知，两线圈的电阻之比等于周长之比，由闭合电路的欧姆定律 可得 故C正确，D错误。 故选C。 考题2：动生电动势和感生电动势 【例2】光滑水平面上有一边长L=0.10m的单匝均匀正方形导线框abcd，质量m=1.0kg，电阻R=0.10Ω。在竖直方向存在有平行边界的匀强磁场，ab边恰好位于磁场左边界上，其俯视图如图1所示。t=0时，线框以初速v0在恒力F的作用下进入匀强磁场，已知线框从Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中的v-t图像如图2所示，且在t=0时，Uab=1.5V，则（　　） A．t=0时线框中的感应电动势为1.5V B．线框在离开磁场的过程中克服安培力做的功为1.55J C．恒力F的大小为1N D．线框进入磁场的过程中通过线框截面的电荷量为0.5C 【答案】B 【解析】A．t=0时，有 解得 故A错误； C．线框在进入磁场后做匀加速运动，根据牛顿第二定律可得 所以 故C错误； B．根据动能定理，线框在进入磁场的过程中克服安培力做功 代入数据解得 线框在离开磁场的过程中克服安培力做功与线框在进入磁场的过程中克服安培力做功相等，故B正确； D．线框在进入磁场的过程中通过线框截面的电荷量为 联立解得 故D错误。 故选B。 【变式】如图所示，在水平光滑绝缘桌面上有一等腰直角三角形单匝均匀金属线框，直角边长为。空间存在竖直向下的有界匀强磁场，有界磁场的宽度为。线框在水平拉力作用下向右匀速穿过磁场区域，若图示位置为时刻，设逆时针方向为电流的正方向，水平向右为拉力的正方向，则线框中的感应电流i和拉力随时间的关系图像可能正确的是（时间单位为，图中曲线为抛物线）（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【解析】AB．在时间为0到范围内，由几何关系可知，线框有效切割长度为，可得感应电动势 可知感应电动势随时间线性减小，根据右手定则可判断电流方向由b指向a，所以感应电流为正方向，且线性减小到0；在时间为到范围内，线框的磁通量保持不变，没有感应电流；在时间为到范围内，线框有效切割长度为，可得感应电动势 可知感应电动势线性减小，根据右手定则可判断电流方向由c指向a，所以感应电流为负方向，且线性减小到0，故AB错误； CD．由以上分析可知，在时间为0到范围内，线框处于磁场中的实际长度为，可得安培力大小为 根据左手定则可判断安培力方向为水平向左，拉力与安培力二力平衡，所以拉力水平向右，即拉力方向为正方向，其大小为 同理得在时间为到到范围内，有 且拉力方向为正。在时间为到范围内，线框的磁通量保持不变，没有感应电流，安培力为零，拉力也为零，故C错误，D正确。 故选D。 ▉题型04法拉第电磁感应定律的应用 考题1：线框模型 【例1】（多选）如图所示，线框ac、bd边长为2L、电阻不计，三条短边ab、cd、ef长均为L、电阻均为R，ef位于线框正中间。线框下方有一宽度为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，cd边与磁场边界平行，当cd距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框cd边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内，已知线框质量为m，重力加速度为g，则下列判断正确的是（　　） A．线框通过磁场过程中流过ab边的电流不变 B．线框通过磁场过程中a、b两点间电势差始终为 C．释放时cd边到磁场上边界高度为 D．整个过程中ab边产生的焦耳热一定为2mgL 【答案】BC 【解析】A．设整个运动过程中，产生的感应电流为I，当cd和ef通过磁场的过程中，流过ab的电流为两个电阻大小相等支路的电流，大小均为，方向均为b→a；当ab通过磁场的过程中，流过ab的电流为等效电路的干路电流，大小为I，方向为a→b，A错误； B．线框cd边进入磁场时的速度为，则有 线框受到的安培力 联立解得 根据线框构成等效电路的特点可知线框在通过磁场的过程中将始终做匀速运动，a、b两点间电势差始终等于对应等效电路的路端电压的相反数，即 解得 B正确； C．设释放时cd边到磁场上边界高度为h，根据运动学公式可得 解得cd边进入磁场时的速度大小为 结合上述分析可得 联立解得 故C正确； D．根据焦耳定律可得整个过程中ab边产生的焦耳热为 解得 D错误。 故选BC。 【变式】（多选）某物理兴趣小组设计了一个电磁阻尼减速器，其简化的原理图如图。该减速器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠且绝缘的相同正方形线圈组成，滑动杆及线圈的总质量为。每个线圈的匝数均为50匝，阻值均为1.5Ω，线圈的边长为。该减速器在光滑水平面上以初速度水平向右进入磁感应强度大小为0.1T、方向竖直向下的匀强磁场中，磁场范围足够大，不考虑线圈个数变化对减速器总质量的影响。若线圈的数量刚好可以保证减速器的速度减为零，则（    ） A．第一个线圈刚进入磁场时，减速器的加速度大小为 B．第一个线圈恰好完全进入磁场时，减速器的速度大小为 C．滑动杆上至少需安装13个线圈才能使减速器完全停下来 D．从进入磁场到速度减为零，第一个线圈和最后一个线圈产生的热量的比值 【答案】AD 【解析】A．线圈在磁场中受到安培力的作用，做减速运动，故安培力 其中 整理得 第一个线圈刚进入磁场时，减速器的加速度大小 A项正确； B．以水平向右为正方向，设第一个线圈恰好完全进入磁场时所用时间为，减速器第一个线圈完全进入磁场时的速度大小为，由动量定理可得 即 代入数据可得 B项错误； C．由以上分析可知，每一个线圈进入磁场后，减速器的速度减小量均为 则要使减速器的速度减为零，需要的线圈个数 可知至少需要安装14个线圈，C项错误； D．只有进入磁场的线圈产生热量，根据能量守恒可知，线圈上产生的热量在数值上等于减速器动能的减少量，最后一个线圈刚进入磁场时有 故 D项正确。 故选AD。 考题2：单杆模型 【例2】竖直平行导轨MN上端接有电阻R，金属杆ab质量为m，电阻也为R，跨在平行导轨间的长度为L，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，如图所示。若ab杆在竖直方向上的外力F作用下匀速上升h，则下列说法正确的是（    ） A．金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热 B．拉力F与金属杆ab克服安培力所做的功之和等于金属杆机械能的增加量 C．拉力F与重力做功的代数和等于金属杆上产生的焦耳热 D．拉力F与安培力的合力所做的功大于mgh 【答案】B 【解析】A．根据功能关系可知，金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上和金属杆ab产生的焦耳热之和，故A错误； B．金属杆机械能的增加量等于除重力外的其他力所做的功，即拉力F与金属杆ab克服安培力所做的功之和等于金属杆机械能的增加量，故B正确； C．ab杆在竖直方向外力F作用下匀速上升h，由动能定理可得 则 即，拉力F与重力做功的代数和等于金属杆克服安培力做的功，但大于金属杆上产生的焦耳热，故C错误； D．ab杆在竖直方向外力F作用下匀速上升h，由动能定理可得 则 即，拉力F与安培力的合力所做的功等于mgh，故D错误。 故选B。 【变式】如图，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平桌面上，左端接一电容器C，阻值为R的电阻通过三角旋钮开关S与两导轨连接，长度为L、质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，且与导轨始终接触良好，两导轨间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。三角旋钮开关S仅1、2之间导电，S左旋时能将电阻R和电容器C接入同一回路，右旋时能将电阻R和金属杆ab接入同一回路，初始时1、2连接电容器和金属杆，现用恒力F向右拉金属杆ab，使其从静止开始运动，经一段时间后撤去F，同时旋转S，此时金属杆的速度大小为v0，不计金属杆和导轨的电阻。下列说法正确的是（　　） A．撤去F前，金属杆做变加速直线运动 B．撤去F同时向右旋开关S，金属杆做匀减速运动 C．恒力F对金属杆做的功等于 D．若分别左旋右旋S，两种情况下，通过电阻R的电荷量之比为CB2L2∶m 【答案】D 【解析】A．撤去F前，对金属杆进行受力分析有 对电容器 充电电流为 解得 则金属杆做匀加速直线运动，故A错误； B．撤去F同时向右旋开关S，此时仅有电阻R和金属杆ab接入同一回路，且金属杆有向右的速度，根据右手定则与左手定则，可判定安培力向左，且 可知，金属杆将向右做加速度减小的减速运动，故B错误； C．根据动能定理有 解得 其中安培力做负功，则恒力F对金属杆做的功大于，故C错误； D．撤去F时，电容器极板带电量为 对金属杆分析，由动量定理有 由于金属杆减速切割磁感线而通过电阻的电量 当左旋S，通过电阻的电量 当右旋S，通过电阻的电量 解得 故D正确。 故选D。 ▉题型05自感和涡流 考题1：自感与互感 【例1】（多选）演示自感现象的实验电路图如图所示，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，A1、A2为两个完全相同的灯泡，下列判断正确的是（　　） A．接通开关S，灯A1、A2立即变亮 B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮 C．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭 【答案】BD 【解析】AB．接通开关S瞬间，灯A2立即变亮，而线圈L产生自感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势阻碍电流的增大，使得该支路中电流逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，灯A1逐渐变亮，故A错误，B正确； CD．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，原来通过灯A2的电流立即消失，线圈L产生自感电动势，相当于电源，两灯串联，由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，原来电路稳定后通过灯A1的电流大于通过灯A2的电流，故灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭，故C错误，D正确。 故选BD。 【变式】（多选）小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同。则下列说法正确的是（　　） A．开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮 B．断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯后熄灭 C．闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同 D．断开开关的瞬间，m点的电势低于n点的电势 【答案】CD 【解析】A．开关闭合的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，甲灯先亮，乙灯后亮，故A错误； B．断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，甲、乙两灯串联在一起构成闭合回路，两灯同时逐渐熄灭，故B错误； C．闭合开关，当电路稳定后，自感作用消失，又由于稳定时线圈的电阻与电路中的定值电阻R的阻值相同，故通过甲、乙两灯的电流相等，两灯亮度相同，故C正确； D．断开开关的瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈的右端相当于电源的正极，与甲、乙两灯泡和定值电阻构成回路，因此n点的电势高于m点的电势，故D正确。 故选CD。 考题2： 涡流 【例2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．图甲中装置可以利用导体棒左右运动研究磁场对通电导线的作用力方向 B．图乙中增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变 C．图丙中真空冶炼炉利用冶炼炉中的涡流产生热量融化金属 D．图丁中一只小鸟站在一条通过500A电流的铜质裸导线上，小鸟不会被电死的原因是两爪之间的电压很小。 【答案】BD 【解析】A．甲图探究产生感应电流的条件，故A错误； B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 又 得 可见增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变，故B正确； C．丙图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在冶炼炉内金属中产生涡流，产生大量热量，故C错误； D．小鸟两爪的距离很小，所以两爪之间的电压很小，不会被电死，故D正确。 故选BD。 【变式】（多选）金属探测器利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流，从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致探测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物体上方不停地晃动 B．待检测物体内部产生“涡流”（感应电流）时，探测器可能静止在待检测物体上方 C．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为待检测物体中含有极少能够自由移动的带电粒子 【答案】BD 【解析】AB．因为金属探测器中通的是大小与方向快速变化的电流，以致产生高速变化的磁场，故即使探测器静止在待检测物体的上方，待检测物体中依然有感应电流产生，故A错误，B正确； CD．因为塑料制品为绝缘体，导电性能极差，塑料制品内部含有极少可自由移动的电荷，使得待检测物体中感应电流太小不能引起报警，检测区域中有磁通量变化，故C错误，D正确。 故选BD。 ▉题型06电磁阻尼 电磁驱动 考题1：电磁阻尼 【例1】（多选）为防止意外发生，游乐场等大型设施都配备有电磁阻尼装置，如图所示为某款阻尼缓冲装置的原理示意图：带有光滑轨道的机械主体，能产生垂直缓冲轨道平面的匀强磁场，边缘绕有闭合矩形线圈abcd的高强度缓冲滑块撞到竖直墙时，被瞬间强制制动，机械主体以及磁场由于惯性继续缓冲减速，对缓冲过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈bc段受到向右的安培力 B．同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势 C．线圈ab段中电流方向为由b到a D．若磁场反向，则装置仍然能起到缓冲作用 【答案】BCD 【解析】AB．缓冲过程中，线圈bc段切割磁感线，根据右手定则，感应电流方向为c到b，故同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势，由左手定则可知，线圈bc段受到向左的安培力作用，A错误，B正确； CD．感应电流方向为c到b，b端的电势高于c端的电势，线圈ab段中电流方向为由b到a；磁场反向时，感应电流方向反向，线圈bc段受到的安培力方向仍然向左，仍起到缓冲作用，CD正确。 故选BCD。 【变式】（多选）电磁悬挂的结构示意图如图所示，电磁悬挂不同于空气悬挂，其仍使用弹簧提供支撑力，但可调阻尼减震器内部则不是传统的液压机油，而是磁流变液。磁流变液的特点就是可通过电流产生的磁场来灵活调节磁流变液的粘度，从而控制减震器的阻尼，也就是改变悬挂的软硬，且磁场越强，磁流变液的粘度越高，减震器的阻尼越大。下列说法正确的是（  ） A．磁流变液是利用了电流的磁效应 B．磁流变液是利用了电流的热效应 C．电流越强，悬挂越软，乘坐的舒适感越好 D．电流越强，悬挂越硬，乘坐颠簸感越强 【答案】AD 【解析】AB．根据题目给出的信息可以判断，磁流变液是利用了电流的磁效应，故A正确，B错误； CD．电流越强，磁流变液的粘度越高，减震器的阻尼越大，相当于弹簧的劲度系数越大，即悬挂越硬，故给人造成的颠簸感越强，故C错误，D正确。 故选AD。 考题2：电磁驱动 【例2】（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动.从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（    ） A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生变化的电流 D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 【答案】BC 【解析】AB.由楞次定律的推广含义可知，线圈将与磁铁同向转动，但转动的角速度一定小于磁铁转动的角速度，故A错误.B正确. CD.当磁铁逆时针转动时，相当于磁铁不动而线圈顺时针旋转切割磁感线，线圈中产生变化的电流.故C正确，D错误。 【变式】（多选）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极.金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都良好接触但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴线旋转起来.下列判断中正确（    ） A．线框能旋转起来，是因为电磁感应 B．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 C．电池输出的电功率大线框能转的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大 【答案】BC 【解析】由图可知，圆柱形强磁铁产生的磁场为从下端的N极出发，回到磁铁上端的S极；金属导线内的电流方向从电源的正极流向负极.分析右侧导线框，该线框电流方向为顺时针方向，该区域磁场方向为逆时针方向，根据左手定则可以判断出导线框受到垂直于纸面向里的安培力，同理可以判断左侧导线框受到垂直于纸面向外的安培力，故线框能够在安培力的作用下沿逆时针方向旋转，而并不是因为电磁感应，故A项错误，B项正确；电池输出的电能转化为线框旋转的机械能以及导线的内能两部分，由能量守恒定律知，电流输出的电能大于线框旋转的机械能，再由可知电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率.随着线框由静止开始转动，安培力做功消耗电能，当旋转达到稳定时，因导线切割磁感线产生反电动势，所以此时线框中的电流比刚开始转动时的小，故C项正确，D项错误. 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！25 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 电磁感应 题型01 电磁感应现象 题型02感应电流方向的判断 题型03法拉第电磁感应定律 题型04法拉第电磁感应定律的应用 题型05自感和涡流 题型06电磁阻尼 电磁驱动 ▉题型01电磁感应现象 考题1：电磁感应的发现过程 【例1】列实验现象，属于电磁感应现象的是（　　） A．甲图中，导线通电后其下方的小磁针发生偏转 B．乙图中，开关闭合后通电导线在磁场中运动 C．丙图中，开关闭合后通电线圈在磁场中转动 D．丁图中，金属杆切割磁感线时，电流表指针偏转 【变式】下列现象属于电磁感应的是（    ） A．磁场中某点小磁针极受力的方向与磁感应强度的方向相同 B．闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中产生电流 C．一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，如插在通电螺线管中的软铁棒被磁化 D．通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场 考题2：探究感应电流产生的条件 【例2】如图所示，闭合线框在磁场中做下列四种运动，能够产生感应电流的是（　　） A．甲图中，线框与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁 B．乙图中，线框在纸面内平行于通电导线向上移动 C．丙图中，线框垂直于匀强磁场方向水平向右运动 D．丁图中，线框绕垂直于匀强磁场方向的轴转动 【变式】如图所示，水平虚线上方存在垂直纸面向里的磁场，沿水平方向的磁感应强度恒定，沿竖直向上的方向磁感应强度大小逐渐减弱，矩形导线框ABCD垂直磁场方向放置。下列说法正确的是（　　） A．导线框向上平移的过程中，导线框中不能产生感应电流 B．使线框绕AB轴转动的过程中，导线框中能产生感应电流 C．导线框向右平移的过程中，导线框中能产生感应电流 D．使导线框绕过C点垂直纸面的轴在纸面内转动的过程中，导线框中不能产生感应电流 ▉题型02感应电流方向的判断 考题1：右手定则 【例1】磁悬浮模型车的动力系统可以简化为以下模型，是固定在模型车底部的边长为电阻为的单匝正方形金属框架，模型车与线圈总质量为。驱动磁场为方向垂直于水平地面、等间隔交替分布的匀强磁场，磁感应强度大小均为，每个磁场宽度均为。现使驱动磁场以速度向右匀速运动，金属框将受到磁场力并带动模型车运动。若不计阻力，下列说法正确的是（　　） A．在模型车运动过程中金属框中的电流方向不变 B．当模型车运动速度为时，其所受安培力的值为 C．在到达最大速度前模型车将做匀加速直线运动 D．当模型车趋近最大速度时，回路电流趋于为0 【变式】一架飞机在南半球一定高度沿纬线水平飞行，由于地磁场的存在，其机翼就会切割磁感线，两机翼的端点之间会有一定的电势差，则从坐在飞机上的飞行员的角度看（　　）A．机翼左端的电势比右端的电势低 B．机翼左端的电势比右端的电势高 C．机翼左端的电势与右端的电势相等 D．由于不知道飞机的飞行方向，故无法判断机翼两端电势的高低 考题2：楞次定律 【例2】．如图甲所示，用金属裸导线制作大小两个圆环，已知大圆半径为，小圆半径为，两圆环接触相切于点。大圆环上端、和切点处留有一非常小缺口。空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，从时刻起磁感应强度按图乙规律变化，设磁场垂直纸面向里为正方向。则以下说法中正确的是（　　） A．在过程中，大圆环上a、b两点电势 B．若将小缺口闭合，在过程中小圆环上有如箭头所示方向的电流 C．若将小缺口闭合，在前后瞬间回路中的电流不同 D．在过程中，将理想电压表正确接在大圆环上的、两点之间，电压表读数为 【变式】如图所示，在通有电流I的长直导线右侧固定一矩形金属线框abcd，线框与导线在同一平面内，且ad边与导线平行。调节电流I使空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（　　） A．线框中产生的感应电流方向为a→b→c→d→a B．线框中产生的感应电流逐渐增大 C．线框ad边所受的安培力逐渐减小 D．线框整体受到的安培力方向水平向右 ▉题型03法拉第电磁感应定律 考题1：法拉第电磁感应定律的内容 【例1】如图所示，在磁感应强度B=2T的匀强磁场中，有一个半径r=0.5m的金属圆环。圆环所在的平面与磁感线垂直，OA是一个金属棒，它沿着顺时针方向以20rad/s的角速度绕圆心O匀速转动。A端始终与圆环相接触，OA棒的电阻R=0.1Ω，图中定值电阻R1=100Ω，R2=4.9Ω，电容器的电容C=100pF，圆环和导线的电阻忽略不计，则（　　） A．电容器下极板带正电 B．电路消耗的电功率是4.9W C．电容器的带电荷量是5×10-10C D．若金属棒在转动过程中突然停止不动，则此后通过R2的电量是9.8×10-12C 【变式】如图所示，匀强磁场中有a、b两个闭合线圈，它们用同样的导线制成，匝数均为n匝，线圈半径。磁场方向与两线圈所在平面垂直，磁感应强度B随时间均匀增大。两线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，感应电流分别为Ia和Ib。不考虑两线圈间的相互影响，下列说法中正确的是（　　） A．，感应电流均沿顺时针方向 B．，感应电流均沿顺时针方向 C．，感应电流均沿逆时针方向 D．，感应电流均沿逆时针方向 考题2：动生电动势和感生电动势 【例2】光滑水平面上有一边长L=0.10m的单匝均匀正方形导线框abcd，质量m=1.0kg，电阻R=0.10Ω。在竖直方向存在有平行边界的匀强磁场，ab边恰好位于磁场左边界上，其俯视图如图1所示。t=0时，线框以初速v0在恒力F的作用下进入匀强磁场，已知线框从Ⅰ位置到Ⅱ位置过程中的v-t图像如图2所示，且在t=0时，Uab=1.5V，则（　　） A．t=0时线框中的感应电动势为1.5V B．线框在离开磁场的过程中克服安培力做的功为1.55J C．恒力F的大小为1N D．线框进入磁场的过程中通过线框截面的电荷量为0.5C 【变式】如图所示，在水平光滑绝缘桌面上有一等腰直角三角形单匝均匀金属线框，直角边长为。空间存在竖直向下的有界匀强磁场，有界磁场的宽度为。线框在水平拉力作用下向右匀速穿过磁场区域，若图示位置为时刻，设逆时针方向为电流的正方向，水平向右为拉力的正方向，则线框中的感应电流i和拉力随时间的关系图像可能正确的是（时间单位为，图中曲线为抛物线）（　　） A． B． C． D． ▉题型04法拉第电磁感应定律的应用 考题1：线框模型 【例1】（多选）如图所示，线框ac、bd边长为2L、电阻不计，三条短边ab、cd、ef长均为L、电阻均为R，ef位于线框正中间。线框下方有一宽度为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，cd边与磁场边界平行，当cd距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框cd边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内，已知线框质量为m，重力加速度为g，则下列判断正确的是（　　） A．线框通过磁场过程中流过ab边的电流不变 B．线框通过磁场过程中a、b两点间电势差始终为 C．释放时cd边到磁场上边界高度为 D．整个过程中ab边产生的焦耳热一定为2mgL 【变式】（多选）某物理兴趣小组设计了一个电磁阻尼减速器，其简化的原理图如图。该减速器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠且绝缘的相同正方形线圈组成，滑动杆及线圈的总质量为。每个线圈的匝数均为50匝，阻值均为1.5Ω，线圈的边长为。该减速器在光滑水平面上以初速度水平向右进入磁感应强度大小为0.1T、方向竖直向下的匀强磁场中，磁场范围足够大，不考虑线圈个数变化对减速器总质量的影响。若线圈的数量刚好可以保证减速器的速度减为零，则（    ） A．第一个线圈刚进入磁场时，减速器的加速度大小为 B．第一个线圈恰好完全进入磁场时，减速器的速度大小为 C．滑动杆上至少需安装13个线圈才能使减速器完全停下来 D．从进入磁场到速度减为零，第一个线圈和最后一个线圈产生的热量的比值 考题2：单杆模型 【例2】竖直平行导轨MN上端接有电阻R，金属杆ab质量为m，电阻也为R，跨在平行导轨间的长度为L，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，如图所示。若ab杆在竖直方向上的外力F作用下匀速上升h，则下列说法正确的是（    ） A．金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热 B．拉力F与金属杆ab克服安培力所做的功之和等于金属杆机械能的增加量 C．拉力F与重力做功的代数和等于金属杆上产生的焦耳热 D．拉力F与安培力的合力所做的功大于mgh 【变式】如图，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平桌面上，左端接一电容器C，阻值为R的电阻通过三角旋钮开关S与两导轨连接，长度为L、质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，且与导轨始终接触良好，两导轨间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。三角旋钮开关S仅1、2之间导电，S左旋时能将电阻R和电容器C接入同一回路，右旋时能将电阻R和金属杆ab接入同一回路，初始时1、2连接电容器和金属杆，现用恒力F向右拉金属杆ab，使其从静止开始运动，经一段时间后撤去F，同时旋转S，此时金属杆的速度大小为v0，不计金属杆和导轨的电阻。下列说法正确的是（　　） A．撤去F前，金属杆做变加速直线运动 B．撤去F同时向右旋开关S，金属杆做匀减速运动 C．恒力F对金属杆做的功等于 D．若分别左旋右旋S，两种情况下，通过电阻R的电荷量之比为CB2L2∶m ▉题型05自感和涡流 考题1：自感与互感 【例1】（多选）演示自感现象的实验电路图如图所示，线圈的自感系数较大，且使滑动变阻器接入电路中的阻值大于线圈直流电阻，A1、A2为两个完全相同的灯泡，下列判断正确的是（　　） A．接通开关S，灯A1、A2立即变亮 B．接通开关S，灯A1逐渐变亮，灯A2立即变亮 C．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1、A2逐渐熄灭 D．接通开关S，待电路稳定后断开开关S，灯A1逐渐熄灭，灯A2闪一下后逐渐熄灭 【变式】（多选）小宇为了研究自感现象，利用实验室提供的实验器材设计了如图所示的电路，其中甲、乙为两个完全相同的小灯泡，L为自感系数很大的线圈，且稳定时的电阻与电路中定值电阻R的阻值相同。则下列说法正确的是（　　） A．开关闭合的瞬间，甲、乙两灯同时变亮 B．断开开关的瞬间，甲灯立即熄灭，乙灯后熄灭 C．闭合开关，当电路稳定时甲、乙两灯的亮度相同 D．断开开关的瞬间，m点的电势低于n点的电势 考题2： 涡流 【例2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．图甲中装置可以利用导体棒左右运动研究磁场对通电导线的作用力方向 B．图乙中增大电子枪的加速电压，粒子在磁场中运动周期不变 C．图丙中真空冶炼炉利用冶炼炉中的涡流产生热量融化金属 D．图丁中一只小鸟站在一条通过500A电流的铜质裸导线上，小鸟不会被电死的原因是两爪之间的电压很小。 【变式】（多选）金属探测器利用的是电磁感应原理：探测器内的线圈中通以大小与方向快速变化的电流，从而产生快速变化的磁场，该磁场会在金属物体内部感应出“涡流”（感应电流）。“涡流”会产生磁场，从而影响原始磁场，导致探测器发出蜂鸣声而报警。下列说法正确的是（　　） A．欲使待检测物体内部产生“涡流”（感应电流），探测器需在待检测物体上方不停地晃动 B．待检测物体内部产生“涡流”（感应电流）时，探测器可能静止在待检测物体上方 C．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为检测区域内没有磁通量变化 D．若待检测物体为塑料制品则不能报警，因为待检测物体中含有极少能够自由移动的带电粒子 ▉题型06电磁阻尼 电磁驱动 考题1：电磁阻尼 【例1】（多选）为防止意外发生，游乐场等大型设施都配备有电磁阻尼装置，如图所示为某款阻尼缓冲装置的原理示意图：带有光滑轨道的机械主体，能产生垂直缓冲轨道平面的匀强磁场，边缘绕有闭合矩形线圈abcd的高强度缓冲滑块撞到竖直墙时，被瞬间强制制动，机械主体以及磁场由于惯性继续缓冲减速，对缓冲过程，下列说法正确的是（　　） A．线圈bc段受到向右的安培力 B．同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势 C．线圈ab段中电流方向为由b到a D．若磁场反向，则装置仍然能起到缓冲作用 【变式】（多选）电磁悬挂的结构示意图如图所示，电磁悬挂不同于空气悬挂，其仍使用弹簧提供支撑力，但可调阻尼减震器内部则不是传统的液压机油，而是磁流变液。磁流变液的特点就是可通过电流产生的磁场来灵活调节磁流变液的粘度，从而控制减震器的阻尼，也就是改变悬挂的软硬，且磁场越强，磁流变液的粘度越高，减震器的阻尼越大。下列说法正确的是（  ） A．磁流变液是利用了电流的磁效应 B．磁流变液是利用了电流的热效应 C．电流越强，悬挂越软，乘坐的舒适感越好 D．电流越强，悬挂越硬，乘坐颠簸感越强 考题2：电磁驱动 【例2】（多选）如图所示，蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴OO′转动.从上向下看，当磁铁逆时针转动时，则（    ） A．线圈将逆时针转动，转速与磁铁相同 B．线圈将逆时针转动，转速比磁铁小 C．线圈转动时将产生变化的电流 D．线圈转动时感应电流的方向始终是abcda 【变式】（多选）如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极.金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都良好接触但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴线旋转起来.下列判断中正确（    ） A．线框能旋转起来，是因为电磁感应 B．俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 C．电池输出的电功率大线框能转的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！13 学科网（北京）股份有限公司 $$