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变化的磁场中,电磁感应现象又是如何随之而变的呢?
1. 变化的安培力
例1 (2013高考山东理综第14题)将一段导线绕成图1甲所示的闭合电路,并固定在水平面(纸面)内,回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中. 回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图1乙所示. 用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是( )
解析 当线圈的磁通量发生变化时,线圈中才会产生感应电动势,从而形成感应电流;当线圈的磁通量不变时,则线圈中没有感应电动势,所以不会有感应电流产生. 由楞次定律可知电流的方向,由左手定则判断安培力的方向.
由此我们不妨分析一个周期内的情况:
在前半个周期内,磁感应强度均匀变化,磁感应强度[B]的变化率一定,由法拉第电磁感应定律得知,圆形线圈中产生恒定的感应电动势恒定不变,则感应电流恒定不变,[ab]边在磁场中所受的安培力也恒定不变,由楞次定律可知,圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向,通过[ab]的电流方向从[b→a],由左手定则判断得知,[ab]所受的安培力方向水平向左,为负值;同理可知,在后半个周期内,安培力大小恒定不变,方向水平向右. 故选项B正确.
答案 B
点拨 本题要求同学们能正确理解[B-t]图象的含义,知道[B]如何变化,才能准确利用楞次定律进行判定. 根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势的变化,由欧姆定律判断感应电流的变化,进而可确定安培力大小的变化.
2. 变化的磁感应强度
点拨 本题考查的是电磁感应与电路结合,重点在于电路分析. 应该熟悉其操作方法,即一般的电路问题的基本思路:由电动势和总电阻得电流,再由电流分析电路中各个元件的电压,然后由支路电压分析支路电流或者由电流分析电压. 还可以由此分析各个元件的热功率,方法基本通用.
3. 变化的电流
解析 金属线框[abcd]放在导线[MN]上,导线中电流产生磁场,当[MN]中电流突然减小时,单匝矩形线圈[abcd]垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩形线圈[abcd]中产生的感应电流方向顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选项B正确.
答案 B
点拨 本题运用楞次定律判断电磁感应中导体的运动方向,也可以根据因果关系,运用安培定则、楞次定律和左手定则进行分析判断.
1. 变化的安培力
例1 (2013高考山东理综第14题)将一段导线绕成图1甲所示的闭合电路,并固定在水平面(纸面)内,回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中. 回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图1乙所示. 用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是( )
解析 当线圈的磁通量发生变化时,线圈中才会产生感应电动势,从而形成感应电流;当线圈的磁通量不变时,则线圈中没有感应电动势,所以不会有感应电流产生. 由楞次定律可知电流的方向,由左手定则判断安培力的方向.
由此我们不妨分析一个周期内的情况:
在前半个周期内,磁感应强度均匀变化,磁感应强度[B]的变化率一定,由法拉第电磁感应定律得知,圆形线圈中产生恒定的感应电动势恒定不变,则感应电流恒定不变,[ab]边在磁场中所受的安培力也恒定不变,由楞次定律可知,圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向,通过[ab]的电流方向从[b→a],由左手定则判断得知,[ab]所受的安培力方向水平向左,为负值;同理可知,在后半个周期内,安培力大小恒定不变,方向水平向右. 故选项B正确.
答案 B
点拨 本题要求同学们能正确理解[B-t]图象的含义,知道[B]如何变化,才能准确利用楞次定律进行判定. 根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势的变化,由欧姆定律判断感应电流的变化,进而可确定安培力大小的变化.
2. 变化的磁感应强度
点拨 本题考查的是电磁感应与电路结合,重点在于电路分析. 应该熟悉其操作方法,即一般的电路问题的基本思路:由电动势和总电阻得电流,再由电流分析电路中各个元件的电压,然后由支路电压分析支路电流或者由电流分析电压. 还可以由此分析各个元件的热功率,方法基本通用.
3. 变化的电流
解析 金属线框[abcd]放在导线[MN]上,导线中电流产生磁场,当[MN]中电流突然减小时,单匝矩形线圈[abcd]垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩形线圈[abcd]中产生的感应电流方向顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选项B正确.
答案 B
点拨 本题运用楞次定律判断电磁感应中导体的运动方向,也可以根据因果关系,运用安培定则、楞次定律和左手定则进行分析判断.