- 电磁感应
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一灵敏电流计（电流表），当电流从它的正接线柱流人时，指针向正接线柱一侧偏转.现把它与一个线圈串联，试就如图10中各图指出:
(1)图(a)中灵敏电流计指针的偏转方向为 _______.(填“偏向正极”或“偏向负极”)
(2)图(b)中磁铁下方的极性是 .（填“N极”或“S极”）
(3)图(c)中磁铁的运动方向是___________。（填“向上”或“向下”）
(4)图(d)中线圈从上向下看的电流方向是 。（填“顺时针”或“逆时针”）
正确答案
偏向正极 S极 向上 顺时针
在a图中，穿过线圈磁通量增大，感应电流的磁场向上，由右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入，电流计指针偏向正极，同理可判断其他
有一个1000匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势？若线圈的电阻是10Ω，把它与一个电阻为990Ω的电热器串联组成闭合电路时，通过电热器的电流是多大？（8分）
正确答案
175V 0.175A
I=0.175A………………2分
（17分）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 
正确答案
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
图甲是高频焊接的原理示意图．将半径r=0.10m的待焊接环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化的电流，线圈产生垂直于工件平面的匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面向里，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示．工件非焊接部分单位长度上的电阻R0=1.0×10-3Ω⋅m-1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍．焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响．要求：
（1）在0～2.0×10-2s和2.0×10-2s～3.0×10-2s时间内环形金属工件中感应电动势各是多大；
（2）在0～2.0×10-2s和2.0×10-2s～3.0×10-2s时间内环形金属工件中感应电流的大小，并在图丙中定量画出感应电流随时间变化的i-t图象（以逆时针方向电流为正）．
正确答案
（1）根据法拉第电磁感应定律
在0～2.0×10-2s内的感应电动势为：E1=
解得：E1=3.14V
在2×10-2s～3×10-2s内的感应电动势为：E2=
解得：E2=6.28V
（2）环形金属工件电阻为：R=2πrR0+9×2πrR0=20πrR0=6.28×10-3Ω
根据闭合电路欧姆定律，在0～2.0×10-2s内的电流为：
I1=
在2.0×10-2s～3.0×10-2s时间内的电流为：
I2=
i-t图象如图所示．
答：（1）在0～2.0×10-2s和2.0×10-2s～3.0×10-2s时间内环形金属工件中感应电动势各是3.14V和6.28V；
（2）在0～2.0×10-2s和2.0×10-2s～3.0×10-2s时间内环形金属工件中感应电流的大小分别是500A和1000A．
（1）
如图1，桌面上一个条形磁铁下方的矩形线圈内的磁通量为0.04Wb．将条形磁铁向下运动到桌面上时，线圈内磁通量为0.12Wb，则此过程中线圈内磁通量的变化量为______Wb；若上述线圈匝数为10匝，完成上述变化所用时间为0.1s，那么此过程中产生的感应电动势为______V．
（2）
如图2是2010年上海世博会中国馆房顶安装太阳能电池的场景．设某型号的太阳能电池板的电动势为 600μV，短路电流为 30μA，则由此可以推知，该电池的内电阻为______Ω；如果再将此电池与一个阻值为 20Ω的电阻连成闭合电路，那么通过电池的电流为______ μA．
正确答案
（1）磁通量的变化量△Φ=Φ2-Φ1=0.12-0.04=0.08Wb；
由法拉第电磁感应定律可知E=n
（2）内电阻r=
连接电阻后电路中电流I=
故答案为：（1）0.08，8；（2）20，15．
矩形线圈abcd，长ab="20cm" ,宽bc="10cm," 匝数n=200,线圈回路总电阻R= 50Ω，整个线圈平面均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，磁感应强度B随时间的变化规律如图所示，求
（1）线圈回路的感应电动势。
（2）在t=0.3s时线圈ab边所受的安培力。
正确答案
（1）2V（2）0.32N
试题分析： 从图象可知，与线圈平面垂直的磁场是随时间均匀增大的，穿过线圈平面的磁通量也随时间均匀增大，线圈回路中产生的感应电动势是不变的，可用法拉第电磁感应定律来求。
（1）感应电动势E=
（2） I=
当t=0.3s时，B=20×10-2 T
F=nBIL=200×20×10-2×0.04×0.2N="0.32N"
点评：本题考察了常规的法拉第电磁感应定律的理解和应用，在解题时要注意磁通量的变化率通过图像斜率求解。
(12分)如图16所示，竖直放置的等距离金属导轨宽0.5 m，垂直于导轨平面向里的匀强磁场的磁感应强度为B＝4 T，轨道光滑、电阻不计，ab、cd为两根完全相同的金属棒，套在导轨上可上下自由滑动，每根金属棒的电阻为1 Ω.今在ab棒上施加一个竖直向上的恒力F，这时ab、cd恰能分别以0.1 m/s的速度向上和向下做匀速滑行．(g取10 m/s2)试求：
(1)两棒的质量；
(2)外力F的大小．
正确答案
(1)0.04 kg 0.04 kg (2)0.8 N
(1)根据右手定则，可以判定电路中电流方向是沿acdba流动的．设ab棒的质量为m1，cd棒的质量为m2.取cd棒为研究对象，受力分析，根据平衡条件可得BIL＝m2g
其中I＝
根据题意判断可知m1＝0.04 kg.
(2)取两根棒整体为研究对象，根据平衡条件可得
F＝m1g＋m2g＝0.8 N.
如图所示，某空间存在垂直于纸面向里的匀强磁场，分布在半径为a的圆柱形区域内，两个材料、粗细（远小于线圈半径）均相同的单匝线圈，半径分别为r1和r2，且r1>a>r2，线圈的圆心都处于磁场的中心轴线上。若磁场的磁感应强度B随时间均匀减弱，已知
正确答案
如图所示，半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形面积。当磁感应强度以ΔB/Δt的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势的大小为_____________。
正确答案
n
一个200匝、面积为20 cm2的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T。在此过程中穿过线圈的磁通量的变化是_____________Wb；磁通量的平均变化率是_____________Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是_____________V。
正确答案
4×10-4，8×10-3，1.6
（10分）如图（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图（b）所示，两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t0滑到圆弧顶端。设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。
⑴问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？
⑵求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量。
⑶若要使金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应电流恰好为零，各已知量之间应该满足什么关系？
正确答案
（1）不发生改变（2）
⑴感应电流的大小和方向均不发生改变。
⑵0—t0时间内，设回路中感应电动势大小为E0，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律：
根据闭合电路的欧姆定律：
由焦耳定律有：
解得：
⑶金属棒在圆弧区域下滑的过程中，由动能定理： 
在很短的时间
E1=B0Lv
所以：
本题考查法拉第电磁感应定律与电路的结合问题，根据磁感强度的变化图像先求出感应电动势和感应电流，由电功率公式求解
（6分）如图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽L＝0.5 m框的电阻不计，匀强磁场磁感应强度B＝1 T，方向与框面垂直，金属棒MN的质量为100 g，电阻为1 Ω．现让MN无初速地释放并与框保持接触良好的竖直下落，从释放到达到最大速度的过程中通过棒某一横截面的电量为2 C，求此过程中回路产生的电能．（空气阻力不计，g＝10 m/s2）
正确答案
E=3.2 J
金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度减小到零时速度达到最大，根据平衡条件得mg＝
在下落过程中，金属棒减小的重力势能转化为它的动能和电能E，由能量守恒定律得
mgh＝
通过导体某一横截面的电量为q＝
E＝mgh－
如图所示，横截面为矩形的管道中，充满了水银，管道的上下两壁为绝缘板，前后两壁为导体板（图中斜线部分），两导体板被一导线cd短路。管道的高度为a，宽度为b，长度为L。当加在管道两端截面上的压强差为P，水银沿管道方向自左向右流动时，作用在这段水银上的粘滞阻力f与速度成正比，即：f=kv.
(1)水银的稳定流速v1为多大？
(2)将管道置于一匀强磁场中，磁场与绝缘壁垂直，磁感应强度为B，方向向上，此时水银的稳定流速v2又是多大?(已知水银的电阻率为ρ，磁场只存在于管道所在的区域，不考虑管道两端之外水银对电路的影响。)
正确答案
（1）Pab=Kv1，v1=Pab/k(2)
（1）Pab=Kv1，v1=Pab/k （4分）
(2)感应电动势
由欧姆定律可得
由平衡条件可得：Pab=BIb+kv2， （3分）所以
如图所示，平行导轨竖直放置，上端用导线相连，中间跨接的金属棒与导轨组成闭合回路。水平虚线L1、L2之间存在垂直导轨所在平面向里的磁场，磁感应强度的变化规律是
B2=B02 (1+ky），其中B0和k 为已知量，y 为磁场中任一位置到Ll的距离．金属棒从L2 处以某一速度向上运动进人磁场,经过L1时其速度为刚进人磁场时速度的一半，返回时正好匀速穿过磁场．已知金属棒在导轨上滑动时所受的摩擦力和重力之比为5 :13 ，重力加速度为g ，导轨上单位长度的阻值是恒定的，其余的电阻不计．求：
( 1 ) Ll 到导轨上端的距离
( 2 ）金属棒向上运动进人磁场的初速度与向下运动进人磁场的速度之比．
( 3 ）金属棒向上刚进人磁场的加速度的大小．
正确答案
（1）1/k（2）3:1 ( 3 ）42g/13
如图，MN、PQ是两条水平放置的平行光滑导轨，其阻值可以忽略不计，轨道间距L=0.6m．匀强磁场垂直导轨平面向下，磁感应强度B=1.0×10-2T，金属杆ab垂直于导轨放置与导轨接触良好，ab杆在导轨间部分的电阻r=1.0Ω，在导轨的左侧连接有电阻R1、R2，阻值分别为R1=3.0Ω，R2=6.0Ω，ab杆在外力作用下以v=5.0m/s的速度向右匀速运动．
（1）ab杆哪端的电势高？
（2）求通过ab杆的电流I
（3）求电阻R1上每分钟产生的热量Q．
正确答案
（1）根据右手定则可知：ab中产生的感应电流方向为b→a，因杆相当于电源，电流从负极流向正极，则a端的电势高；
（2）杆切割产生的感应电动势：E=BLv=1×10-2×0.6×5V=0.03V；
由电路可知，电阻R1、R2，并联后，再与杆电阻串联，则总电阻为：R=
根据闭合电路欧姆定律，则有感应电流大小：I=
（3）因电阻R1、R2，并联，且R1=3.0Ω，R2=6.0Ω，由于电流与电阻成反比，则流过电阻R1上为：
I1=
根据焦耳定律，则有：Q=I12R1t=
答：（1）ab杆的a端的电势高；
（2）通过ab杆的电流为0.01A；
（3）电阻R1上每分钟产生的热量为8×10-3J．
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