电磁感应试题分类分析_电磁感应论文

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电磁感应内容比较丰富,重点知识有:(1)楞次定律,用于判断感应电动势(电流)的方向。(2)切割式ε=vBlsinθ,计算感应电动势大小。(3)法拉第电磁感应定律,计算感应电动势大小。这三方面知识点是历年高考的重点,因为它可汇集知识与能力考查于一体。常见有如下几种试题类型。

一、基础知识理解题

基础知识理解题是用来考查基本概念、规律的理解和简单应用的一类试题。这类试题在高考中属B级要求。

例1 (1994年上海考题)图1中理想变压器原、副线圈匝数之比n[,1]:n[,2]=4:1,原线圈两端连接光滑导轨,副线圈与电阻R相连组成闭合回路。当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速度向右做切割磁力线运动时,安培表A[,1]的读是12毫安,那么安培表A[,2]的读数为

(A)0(B)3毫安(C)48毫安(D)与R值大水有关

解析:本题考点为:理解产生感应电流的条件——穿过闭合回路的磁通量发生变化。就原线圈n[,1]而言,由于AB匀速切割磁力线,原线圈n[,1]中产生恒定的感应电流,这样穿过n[,1]、n[,2]的磁通量就不发生变化,不能在副线圈n[,2]中产生感应电流,A[,2]就无读数,应选(A)。

例2 (1992年全国考题)M和N是绕在一个环形铁心上的两个线圈,绕法和线路如图2所示,现将开关K从a处断开,然后合向b处,在此过程中通过电阻R[,2]的电流方向是:

(A)先由c流向d,后又由c流向d

(B)先由c流向d,后由d流向c

(C)先由d流向c,后由d流向c

(D)先由d流向c,后由c流向d

解析:本题考点有:①安培定则;②楞次定律。K先与a接触,根据安培定则判定环形铁心中有顺时针方向磁场。当从a处断开,穿过N线圈的磁场减小,根据楞次定律可知,感生电流的磁场仍是顺时针通过N线圈,再由安培定则确定I[,感]由c→R[,2]→d。当K拨向b,环形铁心中的磁场由无到有,方向是逆时针,根据楞次定律可判断I[,感]方向仍为c→R[,2]→d。只有理解感生电流的磁场阻碍原磁场变化的物理含义,才能选(A)。

例3 (1993年上海考题)图3中PQRS为一正方形导线框,它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场,磁场方向垂直线框平面,MN线与线框的边界成45°角,E、F分别为PS和PQ的中点。关于线框中感生电流,正确的说法是:

(A)当E点经过边界MN时,线框中感生电流最大

(B)当P点经过边界MN时,线框中感生电流最大

(C)当F点经过边界MN时,线框中感生电流最大

(D)当Q点经过边界MN时,线框中感生电流最大

解析:本题考点是:理解公式ε=vBlsinθ中l的物理意义——导线切割磁力线的有效长度。当E、F两点经过边界时,切割磁力线的均是SR的一半。当Q点经过边界时,PQ与SR上的感生电动势互相抵消。只有P点经过边界MN时,有效切割长度SR为最大,回路中产生电流才最大。应选(B)。

解答这方面试题,往往是应用物理公式直接判断,或者在理解概念、规律的基础上逐一判断,关键是理解物理知识要透彻。

二、图象题

物理图象直观形象,便于讨论和研究物理过程的变化情况、物理状态的特殊情况,寻找和总结物理规律,因而高考试题中经常采用。主要用以考查学生的形象思维能力。

例4 (1994年全国考题)一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一条边为转轴作匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图4所示。感生电动势的最大值和周期可由图中读出,则磁感应强度B=___。在t=T/12时刻,线圈平面与磁感应强度的夹角等于____。

解析:本题考点是:识图,理解图线物理意义。这里要熟记公式E[,m]=BSω,从而得出,同时要知道一个周期线圈平面绕轴转过2π弧度角,故在t=T/12时刻,线圈平面与磁感应强度的夹角等于30°或150°角。

例5 (1994年全国考题)如图5所示,A是一边长为l的方形线框,电阻为R,今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动,并穿过图中所示的匀强磁场B区域;若以x轴正方向为力的正方向,线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图

解析:本题考点:识图,用图——研究磁场对线框作用力F随时间t的变化规律。结合题图,根据楞次定律可知方形线框A进入磁场以及穿出磁场,A方形线框中感生电流的磁场均要阻碍原磁场的变化。从能量守恒的角度理解,F的方向始终与v的方向相反,且第一个1/v时间内、第三、四个1/v时间内,A方形线框中无感生电流,故(D)图正确。

解答图象类电磁感应试题,一定要明确物理量规定的正方向、坐标轴的正方向及其所标明的物理量符号、单位,同时要注意图象变化的规律(大小和方向),要判断所研究的物理量在图象中的物理意义(或含义)。

三、极值题

金属棒(杆)在匀强磁场中切割磁力线,所受安培力随速度变化而变化。当棒所受合力为零时,棒以恒定的速度运动,这个收尾速度的大小便是电磁感应问题中的极值。

例6 如图6所示,AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间的距离为L,导轨平面与水平面的夹角是θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感应强度为B。在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻。一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m,从静止开始沿导轨下滑,求ab棒的最大速度。已知ab与导轨间摩擦系数为μ。导轨和金属棒的电阻均不计。

解析:首先作金属棒ab受力图7,则沿导轨方向有mgsinθ-f-F[,安] =ma,垂直导轨方向有N=mgcosθ,又f=μN,F[,安]=ILB=vB[2]L[2]/R。联立上述几式得

mgsinθ-μmgcosθ- vB[2]L[2]/R =ma。由此式可判断:下滑过程中金属棒ab的速度逐渐变大,则其运动加速度变小,当加速度减小到零(F[,合]=0)时,速度达到最大,v[,max]=mgR(sinθ-μcosθ)/B[2]L[2]。

例7 两金属杆ab和cd长均为l,电阻均为R,质量分别为M和m,M>m,用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,并悬挂在水平光滑的不导电的圆棒两侧,两金属棒都处于水平位置,如图8所示。整个装置处在一与回路平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。若金属杆ab正好匀速向下运动,求运动速度。

解析:本题可用隔离法,也可用整体法,还可用能量守恒观点。把ab、cd看作整体,因M>m,故ab向下运动,cd向上运动,整体所受动力F[,动]=(M-m)g,方向向下。由于ab、cd的运动,导致闭合“回路”abcd面积变小,穿过“回路”的磁通量变小,根据楞次定律可知,感生电流产生的磁场阻碍原磁场变小,则有ab向上运动,cd向下运动(“回路”abcd面积变大),这是安培力作用的结果,整体所受的阻力。当金属杆ab匀速运动时有F[,动]=F[,安],即(M-m)g=2vB[2]l[2]/2R,得v[,max]=(M-m)gR/B[2]l[2]。用整体法解省略了假设磁场方向,又可少列物理方程,显得简单方便。

电磁感就应中的极值问题,重在物理过程分析,明确出现极值的物理问题的本质。用物理思维的方法解题,常用隔离法、整体法、能量守恒法处理。

四、实验题

自感现象的观察和研究电磁感应现象是高考试题中常见的两方面电磁感应实验题,旨在考查学生实验观察能力、实验动手能力、分析思考能力。

例8 (1990年全国考题)如图9为一演示实验电路图,图中L是一带铁心的线圈,A是一灯泡,电键K处于闭合状态,电路是接通的。现将电键K打开,则在电路切断的瞬间,通过灯泡A的电流方向是从a端到b,这个实验是用来演示__现象的。

例9 (1992年上海考题)在图9所示实验中,带铁心的、电阻较小的线圈L与灯A并联。当合上电键K,灯A正常发光。试判断下列说法中哪些是正确的。

(A)当断开K时,灯A立即熄灭

(B)当断开K时,灯A突然闪亮后熄灭

(C)若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开K,灯A突然闪亮后熄灭

(D)若用阻值与线圈L相同的电阻取代L接入电路,当断开K,灯A立即熄灭(B、C)

解析:上面两例均是演示自感现象的实验题。例8侧重理解楞次定律,分析电流经灯泡A的流向。而例9侧重于现象的观察。

例10 (1995年全国考题)在研究电磁感应现象的实验中,所用的器材如图10所示,它们是(1)电流计;(2)直流电源;(3)带铁心的线圈A;(4)线圈B;(5)电键;(6)滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱);试按实验的要求在实物图上连接在接线柱C和D上。而在电键刚闭合时电流计指针右偏,则电键闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时,电流计指针将__(填左偏、右偏或不偏)。

解析:这道实验题考查知识点有:①电路正确连接;②滑动变阻器的正确使用;③电流计指针偏向与电流方向的关系;④楞次定律。既有识记能力,又有理解能力,也考查了动手操作能力。(正确结果见图中连线)

正确解答实验题,关键在于平时要亲手做实验,理解实验原理,熟悉必要的实验所用公式,牢记实验器材、实验步骤,解答时要再现实验情景,从而从容答题。

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