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第三章　电磁场与电磁波初步
3.电磁感应现象及其应用
核心素养：1.知道电磁感应现象在生活中的应用。2.理解产生感应电流的条件，理解 电磁感应现象。3.通过观察实验现象，分析归纳在磁场中产生感应电流的条件。4.通 过探究产生电磁感应的条件，体验由实验发现规律的乐趣，养成探究物理规律的良好 习惯。
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研习任务一　电磁感应现象的发现及其意义
合作　讨论
如图所示，甲图是电磁起重机。乙图是麦克风。探究：它们各自是根据什么原理 工作的呢？
甲 乙
提示：电磁起重机的工作原理是电流的磁效应，麦克风的工作原理是电磁感应。
教材　认知
一、奥斯特实验的启迪及电磁感应现象的发现
1. “电生磁”的发现
1820年，丹麦物理学家 发现了电流的 ，揭开了研究电和磁关系 的序幕。
2. “磁生电”的发现
1831年，英国物理学家 发现了 现象。
奥斯特　
磁效应　
法拉第　
磁生电　
3. 电磁感应
（1）定义：法拉第发现的 的现象。
（2）感应电流： 产生的电流。
[思考]　有磁场就一定能产生电流吗？
提示：不一定，还需要其他条件。
磁生电　
电磁感应　
二、电磁感应规律的发现对社会发展的意义
1. 发电机是根据 原理制造的，能够把机械能转化为电能。
2. 生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉、动圈式话筒及汽车车速表等都是根 据 制造的。
电磁感应　
电磁感应　
核心　归纳
1. 丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种现象称为电流的磁效 应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系。
2. 英国物理学家法拉第发现了“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应，产 生的电流叫作感应电流。
3. 引起“磁生电”的五类原因
研习　经典
A
A. 图（a）通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场
B. 图（b）闭合开关后电流计的指针发生偏转，说明了回路产生了感应电流
C. 图（c）闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场可以产生能量
D. 图（d）闭合开关线框转动，说明了穿过闭合电路的磁通量变化可以产生感应电流
[解析]　通电瞬间小磁针发生偏转，说明了电流周围存在磁场，选项A正确；闭合开 关后若导体棒切割磁感线运动，电流计的指针才发生偏转，说明了回路产生了感应电 流，选项B错误；闭合开关后金属棒会在导轨上运动，说明了磁场对电流有力的作 用，选项C错误；闭合开关线框转动，说明了通电线框在磁场中受到力的作用，选项 D错误。
电磁感应现象的探索历程
　　1. 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电和磁存在着必 然的联系，拉开了研究电与磁联系的序幕。
　　2. 英国物理学家法拉第经过十年不懈的探索，在1831年第一次发现了“磁生 电”现象，并从中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
名师点评
A　　　 　B
C　　 　 　D
B
解析：选项A是用来探究影响安培力大小的因素的实验；选项B是研究电磁感应现象 的实验，观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时是否会产生感应电流；选项C是用 来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验；选项D是奥斯特实验，证明通电导线周 围存在磁场。
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研习任务二　产生感应电流的条件
合作　讨论
1825年，瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连。为了 避免强磁性磁铁影响，他把电流计放在另外一个房间，用长导线把“电流表”和螺线 管连接起来。当他把磁铁投入螺线管中后，立即跑到另一个房间去观察（如图）。他 在两个房间跑来跑去，没有观察到电流表指针摆动。电路中有没有产生感应电流呢？
提示：科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间，回路中产生感应电流，磁铁静止后感应 电流消失，所以当他跑到另一房间时，电流表指针早已停止了摆动。故科拉顿观察不 到电流计指针的偏转。
教材　认知
1. 实验：探究感应电流产生的条件
（1）实验一：如图甲所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中 电流产 生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中 电流产生。（均选填“有”或 “无”）
甲
有　
无　
（2）实验二：如图乙所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中 电流产 生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中 电流产生。（均选填“有”或 “无”）
乙
有　
无　
（3）实验三：如图丙所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开 时，电流表中 电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电 流表中 电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑片不动时，电流表 中 电流通过。（均选填“有”或“无”）
丙
有　
有　
无　
（4）归纳总结：
实验一中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量 的变化，产生了感应电流。
实验二中：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变 化，产生了感应电流。
实验三中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑片移动时，小线圈A中电流变化，从而 引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流。
三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。
2. 产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的 ，闭合导体 回路中就有感应电流产生。
磁通量发生变化　
核心　归纳
1. 感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流 有无时必须明确以下两点：
（1）明确电路是否为闭合电路；
（2）判断穿过回路的磁通量是否发生变化。
2. 判断电磁感应现象是否发生的一般流程
（1）确定研究的回路；
（2）弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ；
（3）磁通量变化与感应电流的产生
3. 产生感应电流的常见类型
（1）导线ab切割磁感线时，闭合回路产生电流（如图甲所示）。
（2）磁铁插入和拔出线圈时，回路中产生电流（如图乙所示）。
（3）如图丙所示，当开关S闭合或断开瞬间，回路B中产生电流。当开关S闭合，滑 动变阻器滑片向上或向下滑动时，回路B中产生电流。
研习　经典
[典例2]　在探究法拉第电磁感应现象实验中，某同学将电池组、滑动变阻器、带铁 芯的线圈A、线圈B、电表及开关组成的部分电路已连接好了，如图所示：
（1）请用两根导线，将电路补充完整。
[答案]　（1）见解析图　
[解析]　（1）将电池组、开关、滑动变阻器、线圈A 串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接 线柱，再将电表与线圈B串联成另一个回路，实物图如 图所示。
（2）此实验中使用的电表应是 。（填选项前的字母）
A. 灵敏电流表
B. 大量程的电压表
C. 倍率适宜的欧姆表
[解析]（2）本实验要使用灵敏电流表来检测电路中是否有电流产生。
A　
（3）正确选择电表和连接电路后，开始实验探究。下列说法正确的是 。
A. 开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，都不会引起电表的指针偏转
B. 线圈A插入线圈B中后，在开关闭合和断开的瞬间，电表的指针均会偏转
C. 开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，电表的指针不会偏转
D. 开关闭合后，只要移动滑动变阻器的滑片P，电表的指针一定会偏转
BD　
[解析]（3）开关闭合后，线圈A插入线圈B中或从线圈B中拔出，穿过线圈B的磁通量 都会发生变化，都会产生感应电流，都会引起电表的指针偏转，故A错误；线圈A插 入线圈B中后，在开关闭合和断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量都会发生变化，线圈B 中会产生感应电流，电表的指针均会偏转，故B正确；开关闭合后，只要滑动变阻器 的滑片P移动，不论是加速还是匀速，穿过线圈B的磁通量都会变化，都会有感应电 流产生，电表的指针都会偏转，故C错误，D正确。
　　（1）在闭合回路中是否产生感应电流，取决于穿过回路的磁通量是否发生变 化，而不取决于回路里是否有磁通量。
　　（2）磁通量发生变化，主要表现为两种形式：一种是回路的面积不变，而 穿过回路的磁场变化从而引起磁通量发生变化，即ΔΦ＝ΔBS，回路中产生感应 电流；另一种是磁场不变，而回路面积发生变化从而引起磁通量发生变化，即 ΔΦ＝BΔS，回路中产生感应电流。闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动产 生感应电流属于第二种情况。
名师点评
甲 乙
丙
BD
A. 如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动
B. 如图乙所示，条形磁体插入或抽出线圈
C. 如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合
D. 如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直闭合，改变滑动变阻 器接入电路的阻值
解析：导体棒顺着磁感线运动，没有切割磁感线，穿过闭合回路的磁通量没有发生变 化，无感应电流，故选项A错误；条形磁体插入线圈时线圈中的磁通量增加，抽出线 圈时线圈中的磁通量减少，都产生感应电流，故选项B正确；开关S一直闭合，回路 中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产 生感应电流，故选项C错误；开关S一直闭合，滑动变阻器接入电路的阻值变化，回 路中的电流变化，螺线管A产生的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，产生 感应电流，故选项D正确。
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研习任务三　感应电流产生条件的理解
核心　归纳
1. 判断有无感应电流时必须明确的关键点
（1）观察导体回路是否闭合；
（2）判断穿过回路的磁通量是否发生变化。
2. 判断有无感应电流的方法和注意事项
（1）能否产生感应电流，取决于穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化，而不是 磁通量的大小。
（2）闭合回路的部分导体做切割磁感线运动是引起回路磁通量变化的具体形式之 一。但闭合回路的部分导体做切割磁感线运动时，不一定总会引起闭合回路的磁通量 变化。如图所示，矩形线框abcd在范围足够大的匀强磁场中，在垂直磁场的平面内向 右平动，虽然ad、bc边都切割磁感线，但磁场穿过回路abcd的磁通量没有变化，因而 没有产生感应电流。
（3）可充分利用磁感线进行定性判断，即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条 数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。
（4）对于立体图的磁通量变化情况，要先转化为平面图，再分析磁感线的分布及变 化情况。
研习　经典
BD
[解析]　A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，闭合回路的面积增大，通 过闭合回路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁 通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合回路的磁通量减小，有感应电流，故 选BD。
A. 开关S接通的瞬间
B. 开关S接通后，电路中电流稳定时
C. 开关S接通后，滑动变阻器滑片滑动时
D. 开关S断开的瞬间
B
解析：将开关突然接通的瞬间，螺线管产生的磁场从无到有，穿过铜质闭合线圈A的 磁通量增大，产生感应电流，故A不符合题意；螺线管中通以恒定的电流时，螺线管 产生恒定的磁场，穿过铜质闭合线圈A的磁通量不变，没有感应电流产生，故B符合 题意；接通后，使滑动变阻器的滑片滑动时，回路中电流变化，螺线管产生的磁场变 化，穿过铜质闭合线圈A的磁通量变化，产生感应电流，故C不符合题意；将开关突 然断开的瞬间，螺线管产生的磁场从有到无，穿过铜质闭合线圈A的磁通量减小，产 生感应电流，故D不符合题意。
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课后提素养
基础　题组
1. 思维辨析
（2）穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流。
×
×
√
×
A. 磁场对电流产生力的作用
B. 变化的磁场使闭合电路中产生电流
C. 插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
D. 电流周围产生磁场
解析：电磁感应现象指的是处在变化的磁场中的闭合回路中产生电流的现象，选项B 正确。
B
A. 由位置A到位置B，线圈内不产生感应电流
B. 由位置A到位置B，线圈内产生感应电流
C. 由位置B到位置C，线圈内产生感应电流
D. 由位置B到位置C，线圈内不产生感应电流
BC
解析：如图所示，作出线圈下落过程示意图，由图可知，从位置 A到位置B的过程中，从线圈下面向上穿过线圈的磁通量减少（B 位置时为0）；而从位置B到位置C时，从线圈上面向下穿过线圈 的磁通量增加，故由位置A到位置B和由位置B到位置C的两个过 程中，穿过线圈的磁通量都发生变化，线圈中都会产生感应电 流，故B、C正确，A、D错误。
中档　题组
甲 乙
A. 录音机录音时利用了电磁感应原理，放音时利用了电流的磁效应
B. 录音机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C. 录音机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
D. 录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙中产生变化的磁场
BD
解析：录音时是电生磁，利用了电流的磁效应，放音时是磁生电，利用了电磁感应原 理，A错误；录音时，声音先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产 生了强弱变化的磁场，磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同的磁场磁化，于 是记录了一连串有关磁性变化的信息；放音时，磁带贴着放音磁头运动，被磁化的小 颗粒产生的强弱变化的磁场使放音磁头中产生强弱变化的感应电流，电流经放大后使 扬声器发声，这便“读”出了磁带中记录的信息，故B、D正确，C错误。
A. 使线圈在其平面内平动或转动
B. 使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C. 使线圈以ac为轴转动
D. 使线圈以bd为轴稍做转动
D
解析：线圈在匀强磁场中运动，磁感应强度B为定值，由ΔФ＝B·ΔS知：只要回路中相 对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定要改变，回路中一定有感应电流产 生。当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁场的正对面积始终为零，因此ΔS＝ 0，因而无感应电流产生，A错误；当线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动时，同样 ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场的正 对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当线圈以bd为轴稍做转动 时，线圈相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回路中产生了感应电流，D正确。
A. 线圈中通以恒定的电流
B. 通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动
C. 通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动
D. 将开关突然断开的瞬间
BCD
解析：线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A错 误；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变 化，铜环A中有感应电流，B、C正确；将开关突然断开的瞬间，线圈中电流变为零， 铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D正确。
C
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课时作业
A. 开关S闭合前，通过螺线管的磁通量为零
B. 开关S闭合瞬间，通过螺线管的磁通量不变
C. 开关S闭合瞬间，灵敏电流计指针不发生偏转
D. 开关S闭合，抽出磁铁过程中，灵敏电流计指针发生偏转
BCD
[基础训练]
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A. 进入匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中有感应电流
B. 在匀强磁场中加速运动时，线框ABCD中有感应电流
C. 在匀强磁场中匀速运动时，线框ABCD中没有感应电流
D. 离开匀强磁场区域的过程中，线框ABCD中没有感应电流
解析：线框ABCD在进入和离开匀强磁场区域时，穿过线框的磁通量发生变化， 线框ABCD中有感应电流，选项A正确，D错误；线框ABCD在匀强磁场中运动 时，无论加速还是匀速，磁通量都没发生变化，线框ABCD中没有感应电流，选 项C正确，D错误。
AC
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A. 当磁铁向纸面外平移时，线框中产生感应电流
B. 当磁铁向上平移时，线框中产生感应电流
C. 当磁铁向下平移时，线框中产生感应电流
D. 当磁铁N极向纸外、S极向纸里绕OO'轴转动时，线框中产生感应 电流
解析：A、B、C错：三种情况下，穿过线框的磁通量为零，不产生感应电流。D对： 图示时刻穿过正方形线框的磁通量为零，当N极向纸外、S极向纸里绕OO'轴转动时， 通过线框的磁通量增大，则线框中产生感应电流。
D
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AD
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甲 乙
丙 丁
B
A. 图甲中矩形线框向右加速运动
B. 图乙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
C. 图丙中矩形线框以OO'为轴匀速转动
D. 图丁中矩形线框斜向上运动
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解析：题图甲中线框中的磁通量不发生变化，故没有感应电流，选项A错误；题图乙 中线圈转动过程中线框中的磁通量发生变化，有感应电流产生，选项B正确；题图丙 中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，故没有感应电流产生，选项C错 误；题图丁中线框平面与磁感线始终平行，磁通量始终为零，故没有感应电流产生， 选项D错误。
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6. 在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实验连线后如图所示。
（1）接通电源，闭合开关，G表指针会向左有较大的偏转，几秒后G表指针停在中间 不动。将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，G表指针 （填“不动”“右 偏”“左偏”或“不停振动”）；迅速抽出铁芯时，G表指针 （填“不 动”“右偏”“左偏”或“不停振动”）。
左偏　
右偏　
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解析（1）由题意，磁通量增加，G表指针左偏；将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动 时，接入电路中的阻值减小，回路电流变大，磁通量增加，故感应电流使G表指针左 偏；迅速抽出铁芯时，磁通量减小，产生的感应电流方向与上述方向相反，则G表指 针右偏。
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（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他 均不变。接通电源，闭合开关，G表指针 （填“不动”“右偏”“左 偏”或“不停振动”）。
解析（2）断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出， 其他均不变。接通电源，闭合开关，由于穿过线圈的磁通量大小方向都不断变化，在 线圈A中产生的感应电流大小方向不断变化，则G表指针不停振动。
不停振动　
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[能力提升]
A. 使通电螺线管中的电流发生变化
B. 使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C. 使线圈a以MN为轴转动
D. 使线圈绕垂直于MN的直径转动
解析：A、B、C错：在A、B、C项所述的三种情况中，穿过线圈a的磁通量始终为 零，因此不产生感应电流。D对：当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁 通量发生变化，会产生感应电流。
D
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A. 闭合开关后小灯泡可能发光
B. 若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，
则小灯泡更亮
C. 闭合开关瞬间，小灯泡才能发光
D. 若闭合开关后小灯泡不发光，将滑动变阻器滑
片左移后，小灯泡可能会发光
AB
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解析：A对：因回路接入的是交流电，所以当开关闭合后，线圈A中有变化的电流， 产生变化的磁场，所以通过线圈B的磁通量变化，回路中有感应电流，小灯泡可能发 光。B对：若闭合开关后小灯泡发光，再将B线圈靠近A，穿过B的磁通量变化更剧 烈，产生的电流更大，所以小灯泡会更亮。C错：因回路接入的是交流电，闭合开关 后，线圈B仍能产生感应电流。D错：若闭合开关后小灯泡不发光，说明线圈B中电流 过小，当滑动变阻器滑片向左移时，B中的感应电流变小，小灯泡不会发光。
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A. 开关S闭合或断开的瞬间
B. 开关S是闭合的，滑动触头向左滑
C. 开关S是闭合的，滑动触头向右滑
D. 开关S始终闭合，滑动触头不动
解析：开关S闭合或断开的瞬间，开关S闭合、滑动触头向左或向右滑的过程，都会使 通过导线ab的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生 感应电流，故选项A、B、C正确。
ABC
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10. 如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计 相连，线圈Ⅰ 与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计 中是否有示数？
（1）开关闭合瞬间；
答案：（1）有　
解析：（1）开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，故电流形成的磁场也从无到有，穿过 线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，故线圈Ⅱ中产生感应电流，电流计 有示数。
（2）开关闭合稳定后；
答案：（2）无　
解析：（2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流形成的磁场不变，此时线 圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变，故线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计 无示数。
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（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
答案：（3）有　
解析：（3）开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片，滑动变阻器接入电路的 阻值变化，线圈Ⅰ中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也 发生变化，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计 有示数。
（4）开关断开瞬间。
答案：（4）有
解析：（4）开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿 过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无，故线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计 有示数。
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11. 如图所示，固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属 棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位 置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始， 磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。
答案：见解析
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