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- 2021-05-23 发布
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第 13 天 法拉第电磁感应定律
考纲要求:Ⅱ 难易程度:★★☆☆☆
如图所示,匝数为 200 的线框垂直放在匀强磁场中,线框面积为 20 cm2。若磁场的磁感应强度在 0.04 s 时
间内由 0.1 T 增加到 0.6 T,则穿过线框旳磁通量变化量和线框中产生的感应电动势分别为
A.10–3 Wb,5 V B.10–4 Wb,4 V
C.10–3 Wb,4 V D.10–4 Wb,5 V
【参考答案】A
【试题解析】磁通量的变化量 3Δ Δ 10 W bS B ,根据法拉第电磁感应定律知线框中产生的感应电
动势
3Δ 10200 V 5 VΔ 0.04n t
,选 A。
【知识补给】
法拉第电磁感应定律
一、法拉第电磁感应定律
1.公式: E n t
2.感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率
t
和线圈的匝数共同决定,与磁通量Φ、磁通量的变
化量ΔΦ的大小没有必然联系。
3.法拉第发现了电磁感应现象的规律,但法拉第电磁感应定律的数学形式是由纽曼和韦伯给出的。
4.法拉第电磁感应定律的应用
(1)磁通量的变化由磁场变化引起时, SE nB t
当ΔS=LΔx,且 n=1 时,公式为导体切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv
(2)磁通量的变化由面积变化引起时, BE n St
(3)磁通量的变化由磁场和面积变化共同引起时, ( )S BE n B St t
(4)平均感应电动势 2 2 1 1
2 1
B S B SE n t t
二、导体切割磁感线产生感应电动势
1.公式 E=BLv 的使用条件:
(1)匀强磁场;
(2)L 为切割磁场的有效长度;
(3)B、L、v 三者相互垂直;如不垂直,用 E=BLvsin θ求解,θ为 B 与 v 方向间的夹角。
2.瞬时性:
(1)若 v 为瞬时速度,则 E 为瞬时感应电动势;
(2)若 v 为平均速度,则 E 为平均感应电动势,即 E BLv 。
3.有效长度:导体与 v 垂直方向上的投影长度。图中有效长度分别为:
甲, sincd ;乙,沿 v1 方向运动时为 MN ,沿 v2 方向运动时为 0;
丙,沿 v1 方向运动时为 2R ,沿 v2 方向运动时为 0,沿 v3 方向运动时为 R。
4.相对性:速度 v 是导体相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对关系。
如图所示,匀强磁场的方向垂直纸面,规定向里的方向为正,在磁场中有一细金属圆环,线圈平面位
于纸面内,现令磁感应强度 B 随时间 t 变化,先按图所示的 Oa 图线变化,后来又按 bc 和 cd 变化,令 E1、
E2、E3 分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小,I1、I2、I3 分别表示对应的感应电流,则下列说法正
确的是
A.E1φb,40 V B.φa>φb,20 V
C.φa<φb,40 V D.φa<φb,20 V
如图所示,竖直光滑导轨上端接入一定值电阻 R,C1 和 C2 是半径都为 a 的两圆形磁场区域,其区域内的
磁场方向都垂直于导轨平面向外,区域 C1 中磁场的磁感强度随时间按 B1=b+kt(k>0)变化,C2 中磁场的磁
感强度恒为 B2,一质量为 m、电阻为 r、长度为 L 的金属杆 AB 穿过区域 C2 的圆心 C2 垂直地跨放在两导轨上,
且与导轨接触良好,并恰能保持静止。(轨道电阻不计,重力加速度大小为 g。)则
A.通过金属杆的电流方向为从 A 到 B
B.通过金属杆的电流大小为
aB
mg
22
C.定值电阻的阻值为
3
22 πk B aR mg
D.整个电路中产生的热功率
2
π
2
k amgP B
长为 a、宽为 b 的矩形线框有 n 匝,每匝线圈电阻为 R。如图所示,对称轴 MN 的左侧有磁感应强度
为 B 的匀强磁场,第一次将线框从磁场中以速度 v 匀速拉出,第二次让线框以ω=2v/b 的角速度转过 90°
角。那么
A.通过导线横截面的电荷量 q1:q2=1:n
B.通过导线横截面的电荷量 q1:q2=1:1
C.线框发热功率 P1:P2=2n:1
D.线框发热功率 P1:P2=1:2
如图所示,金属杆 ab 静放在水平固定的“U”形金属框上,整个装置处于竖直向上的磁场中。当磁感
应强度均匀减小时,杆 ab 总保持静止,则
A.杆中感应电流方向是从 b 到 a
B.杆中感应电流大小减小
C.金属杆所受安培力逐渐增大
D.金属杆所受安培力大小不变
【参考答案】
B 圆盘在外力作用下切割磁感线,从而产生感应电动势,出现感应电流,故 A 错误;根据法拉第电磁
感应定律,则有 21
2E BLv BL ,所以产生的电动势大小不变,感应电流大小不变,即为
2
2
E BLI R R
,
故 B 正确;根据右手定则可知,电流从 D 点流出,流向 C 点,因此电流方向为从 D 向 R 再到 C,即为
D R C D ,故 CD 错误。
【名师点睛】本题是右手定则和法拉第电磁感应定律的综合应用,注意切割磁感线相当于电源,内部电流
方向是从负极到正极,所以 C 处的电势比 D 处低。
AC 由图象的斜率求得: 2 2 T/s= 2 T/s2
B
t
,因此
-2 -2Δ Δ 2 4 10 Wb/s= 8 10 Wb/sΔ Δ
B St t
,故 A 正确;开始的 2 s 内穿过线圈的磁通量的变化量不
等于零,故 B 错误;根据法拉第电磁感应定律得: -2Δ Δ 100 2 4 10 Wb/s=8 VΔ Δ
BE n n St t
,可知
它们的感应电动势大小为 8 V,故 C 正确;由图看出,第 3 s 末线圈中的磁通量为零,但磁通量的变化率不为零,
感应电动势也不等于零,故 D 错误。
【名师点睛】本题中磁感应强度均匀增大,穿过线圈的磁通量均匀增加,线圈中产生恒定的电动势,由法
拉第电磁感应定律求出感应电动势,是经常采用的方法和思路。
B 从图中发现:线圈的磁通量是增大的,根据楞次定律,感应电流产生的磁场跟原磁场方向相反,即
感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外,根据安培定则,我们可以判断出线圈中感应电流的方向为:逆
时针方向。在回路中,线圈相当于电源,由于电流是逆时针方向,所以 a 相当于电源的正极,b 相当于电源
的负极,所以 a 点的电势大于 b 点的电势。根据法拉第电磁感应定律得: Δ 0.08100 V=20 VΔ 0.4E n t
;
电压表读数为 10 V,故选 B。
BD 区域 1C 中磁场的磁感强度随时间按 1 0B b kt k ( > )变化,可知磁感强度均匀增大,穿过整个回路
的磁通量增大,由楞次定律分析知,通过金属杆的电流方向为从 B 到 A,故 A 错误;对金属杆,根据平衡方
程得: 2 2mg B I a ,解得:
22I a
mg
B
,故 B 正确;由法拉第电磁感应定律,则有:回路中产生的感应电动
势 2 21ΔΔ π πΔ Δ
BE a k at t
;且闭合电路欧姆定律有: I r
E
R
,又
22I a
mg
B
,解得:
3
22πkB aR rmg
。故 C
错误;整个电路中产生的热功率
2
π
2
kamgP EI B
,故 D 正确。
P=I2nR,可知,线框发热功率 P1:P2=2:1,故 CD 错误。
A 根据楞次定律可得感应电流产生的磁场方向应竖直向上,所以方向为从 b 到 a,A 正确;因为磁场
是均匀减小的,故 B
t
恒定,根据法拉第电磁感应定律可得 BE St
可知感应电动势恒定,即感应电流恒
定,B 错误;因为电流恒定,而磁感应强度减小,所以安培力减小,CD 错误。