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专题强化二十三 电磁感应中的电路及图像问题
目标要求 1.掌握电磁感应中电路问题的求解方法.2.会计算电磁感应电路问题中电压、电
流、电荷量、热量等物理量.3.能够通过电磁感应图像，读取相关信息，应用物理规律求解问
题．
题型一 电磁感应中的电路问题
1．电磁感应中的电源
(1)做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源．
电动势：E＝Blv或E＝n，这部分电路的阻值为电源内阻．
(2)用右手定则或楞次定律与安培定则结合判断，感应电流流出的一端为电源正极．
2．分析电磁感应电路问题的基本思路
3．电磁感应中电路知识的关系图
考向1 动生电动势的电路问题
例1 如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面
内且处于方向竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中．一接入电路的电阻为R的导体棒
PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程中PQ始终与ab垂直，且与
线框接触良好，不计摩擦．在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中( )
A．PQ中电流先增大后减小
B．PQ两端电压先减小后增大C．PQ上拉力的功率先减小后增大
D．线框消耗的电功率先减小后增大
答案 C
解析 设PQ左侧电路的电阻为R，则右侧电路的电阻为3R－R，所以外电路的总电阻为
x x
R ＝，外电路电阻先增大后减小，再根据闭合电路欧姆定律可得 PQ中的电流I＝先减小后
外
增大，路端电压U＝E－Ir先增大后减小，故A、B错误；由于导体棒做匀速运动，拉力等
于安培力，即F＝BIl，拉力的功率P＝BIlv，先减小后增大，所以C正确；外电路的总电阻
R ＝，当R＝R时R 最大，最大值为R，小于导体棒的电阻R，又外电阻先增大后减小，
外 x 外
由电源的输出功率与外电阻的关系可知，线框消耗的电功率先增大后减小，故D错误．
例2 (多选)一种带有闪烁灯的自行车后轮结构如图所示，车轮与轮轴之间均匀地连接 4根
金属条，每根金属条中间都串接一个小灯，每个小灯阻值恒为R＝0.3 Ω，金属条与车轮金
属边框构成闭合回路，车轮半径r＝0.4 m，轮轴半径可以忽略．车架上固定一个强磁铁，可
形成圆心角θ＝60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度B＝2.0 T，方向如图所示，若自行车正
常前进时，后轮顺时针转动的角速度恒为ω＝10 rad/s，不计其他电阻和车轮厚度，下列说
法正确的是( )
A．金属条ab进入磁场时，a端电势高于b端电势
B．金属条ab进入磁场时，ab间的电压为0.4 V
C．运动过程中流经灯泡的电流方向一直不变
D．自行车正常前进时，4个小灯总功率的平均值为 W
答案 ABD
解析 当金属条ab进入磁场时，金属条ab相当于电源，由右手定则可知，电流从b流向
a，故a端电势高于b端电势，故A正确；E＝Br2ω＝1.6 V，由等效电路图(如图)可知R ＝
总
＋R＝R，U ＝·＝0.4 V，I＝＝4 A，故B正确；设车轮运动一周的时间为T，则每根金属条
ab
充当电源的时间为t＝T＝，则车轮运动一周电路中有电源的时间为t′＝4t＝T，可知一个周
期内，4个小灯总功率的平均值为P＝EI＝ W，则自行车正常前进时，4个小灯总功率的平
均值为 W，故D正确；当金属条在磁场中时，该金属条中流经灯泡的电流方向为从车轮边
框流向轮轴，当该金属条在磁场外时，电流方向由轮轴流向车轮边框，故C错误．考向2 感生电动势的电路问题
例3 (多选)在如图甲所示的虚线框内有匀强磁场，设图甲所示磁场方向为正，磁感应强度
随时间的变化规律如图乙所示．边长为l、电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场
中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则( )
A．线框中的感应电动势为
B．线框中的感应电流为2
C．线框cd边的发热功率为
D．b、a两端电势差U ＝
ba
答案 BD
解析 由题可知线框四个边的电阻均为.由题图乙可知，在每个周期内磁感应强度随时间均
匀变化，线框中产生大小恒定的感应电流，设感应电流为 I，则对ab边有P＝I2·R，得I＝
2，选项B正确；根据法拉第电磁感应定律得E＝＝·l2，由题图乙知，＝，联立解得E＝，
故选项A错误；线框的四边电阻相等，电流相等，则发热功率相等，都为P，故选项C错误；
由楞次定律可知，线框中感应电流方向为逆时针，则 b端电势高于a端电势，U ＝E＝，故
ba
选项D正确．
题型二 电磁感应中电荷量的计算
计算电荷量的导出公式：q＝
在电磁感应现象中，只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，
设在时间Δt内通过导体横截面的电荷量为q，则根据电流定义式＝及法拉第电磁感应定律
＝，得q＝Δt＝Δt＝Δt＝.即q＝n
例4 (2018·全国卷Ⅰ·17)如图，导体轨道OPQS固定，其中PQS是半圆弧，Q为半圆弧的
中点，O为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M端位
于PQS上，OM与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的
大小为B.现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到 OS位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁
感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM的电荷量相等，则等于( )
A. B. C. D．2
答案 B
解析 在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有
E＝＝
1
根据闭合电路欧姆定律，有I＝
1
且q＝IΔt
1 1 1
在过程Ⅱ中，有
E＝＝
2
I＝
2
q＝IΔt
2 2 2
又q＝q，即＝
1 2
所以＝.
例5 如图甲所示，虚线MN左、右两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁
场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小恒为B ；左侧匀强磁场的磁感应强度B随时间t变
0
化的规律如图乙所示，规定垂直纸面向外为磁场的正方向．一硬质细导线的电阻率为 ρ、横
截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上．求：
0
(1)t＝时，圆环受到的安培力；
(2)在0～t 内，通过圆环的电荷量．
0
答案 (1)，垂直于MN向左 (2)
解析 (1)根据法拉第电磁感应定律，圆环中产生的感应电动势E＝S
上式中S＝
由题图乙可知＝
根据闭合电路欧姆定律有I＝
根据电阻定律有R＝ρ
t＝t 时，圆环受到的安培力大小F＝BI·(2r)＋I·(2r)
0 0
联立解得F＝由左手定则知，方向垂直于MN向左．
(2)通过圆环的电荷量q＝·Δt
根据闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律有
＝
＝
在0～t 内，穿过圆环的磁通量的变化量为
0
ΔΦ＝B·πr2＋·πr2
0
联立解得q＝.
题型三 电磁感应中的图像问题
1．解题关键
弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点
等是解决此类问题的关键．
2．解题步骤
(1)明确图像的种类，即是B－t图还是Φ－t图，或者E－t图、I－t图等；对切割磁感线产生
感应电动势和感应电流的情况，还常涉及E－x图像和i－x图像；
(2)分析电磁感应的具体过程；
(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；
(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关
系式；
(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；
(6)画图像或判断图像．
3．常用方法
(1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的正负，增大还是减小，及变化快慢，来排
除错误选项．
(2)函数法：写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像进行分析和判断．
考向1 感生问题的图像
例6 (多选)如图甲所示，三角形线圈abc水平放置，在线圈所处区域存在一变化的磁场，
其变化规律如图乙所示．线圈在外力作用下处于静止状态，规定垂直于线圈平面向下的磁场
方向为正方向，垂直ab边斜向下的受力方向为正方向，线圈中感应电流沿abca方向为正，
则线圈内电流及ab边所受安培力随时间变化规律是( )答案 AD
解析 根据法拉第电磁感应定律有E＝＝S，根据楞次定律可得感应电流的方向，又线圈中
感应电流沿abca方向为正，结合题图乙可得，1～2 s电流为零，0～1 s、2～3 s、3～5 s电
流大小恒定，且0～1 s、2～3 s电流方向为正，3～5 s电流方向为负，A正确，B错误；根
据安培力的公式，即F ＝BIL，因为每段时间电流大小恒定，磁场均匀变化，可得安培力
安
也是均匀变化，根据左手定则可判断出ab边所受安培力的方向，可知C错误，D正确．
考向2 动生问题的图像
例7 (2018·全国卷Ⅱ·18)如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻
的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下．一边长
为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动．线框中感应电流i随时间t变化的正确图线
可能是( )答案 D
解析 设线路中只有一边切割磁感线时产生的感应电流为i.
线框位移 等效电路的连接 电流
0～ I＝2i(顺时针)
～l I＝0
l～ I＝2i(逆时针)
～2l I＝0
分析知，只有选项D符合要求．
例8 在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平
直轨道自由滑动．bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等
于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度 v匀速穿
过磁场区，若图示位置为t＝0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流 i－t图像
正确的是(时间单位为)( )
答案 D
解析 bc边的位置坐标x在0～L的过程，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿
a→b→c→d→a，为正值．线框bc边有效切线长度为l＝L－vt，感应电动势为E＝Blv＝B(L
－vt)·v，随着t均匀增加，E均匀减小，感应电流i＝，即知感应电流均匀减小．同理，x在L～2L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿 a→d→c→b→a，为负值，感应电流仍
均匀减小，故A、B、C错误，D正确．
课时精练
1.如图所示是两个相互连接的金属圆环，小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一，匀强
磁场垂直穿过大金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大环内产生的感应电
动势为E，则a、b两点间的电势差为( )
A.E B.E C.E D．E
答案 B
解析 a、b间的电势差等于路端电压，而小环电阻占电路总电阻的，故 a、b间电势差为U
＝E，选项B正确．
2．如图所示，在一磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相
距L＝0.1 m的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点N、Q之间
连接一阻值R＝0.3 Ω的电阻．导轨上垂直放置着金属棒ab，其接入电路的电阻r＝0.2 Ω.当
金属棒在水平拉力作用下以速度v＝4.0 m/s向左做匀速运动时( )
A．ab棒所受安培力大小为0.02 N
B．N、Q间电压为0.2 V
C．a端电势比b端电势低
D．回路中感应电流大小为1 A
答案 A
解析 ab棒产生的感应电动势E＝BLv＝0.2 V，感应电流I＝＝0.4 A，ab棒受到的安培力大
小F＝BIL＝0.02 N，A正确，D错误；N、Q之间的电压U＝E＝0.12 V，B错误；由右手定
则得a端电势较高，C错误．
3．如图甲，两金属圆环固定在同一绝缘平面内．外圆环通以如图乙所示的电流．规定内圆
环a端电势高于b端时，a、b间的电压U 为正，下列U －t图像可能正确的是( )
ab ab答案 C
解析 由题图乙可知，0～0.25T ，外圆环电流逐渐增大且逐渐减小，根据安培定则，外圆
0
环内部磁场方向垂直纸面向里，磁场逐渐增强且逐渐减小，根据楞次定律可知，内圆环 a端
电势高，所以U >0，根据法拉第电磁感应定律U ＝＝·S可知，U 逐渐减小，t＝0.25T 时
ab ab ab 0
＝0，所以＝0，则U ＝0；同理可知，0.25T
