《高二物理学案：1.5 电磁感应规律的应用（粤教版选修3-2）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理学案：1.5 电磁感应规律的应用（粤教版选修3-2）（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.5 电磁感应规律的应用电磁感应规律的应用 学案（粤教版选修学案（粤教版选修 3-23-2）1情景分析：如图 1 所示，铜棒 Oa 长为 L，磁场的磁感应强度为 B，铜棒在垂直于匀强磁场的平面上绕 O 点以角速度 匀速转动，则棒切割磁感线的等效速度 v，产生的感L2应电动势 E BL2，由右手定则可判定铜棒的 O 端电势较高12图 1 2如图 2 所示，导体棒 ef 沿着导轨面向右匀速运动，导轨电阻不计导体棒 ef 相当于 电源，e 是正极，f 是负极，电源内部电流由负极流向正极；R 和 Rg构成外电路，外电路中电 流由电源正极流向负极图 2 3电磁感应中的能量：在由导体切割磁感线产生的电磁
2、感应现象中，导体克服安培力 做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即电能是通过克服安培力做功转变来的 4正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度上升，时间一久，便发 生一种焦糊味，十分危险，产生这种现象的原因是 _ 答案 见解析 解析 电风扇叶片一旦卡住，这时反电动势消失，电阻很小的线圈直接连在电源的两端，电流会很大，所以电风扇电动机的温度很快上升，十分危险5当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是( )A线圈中一定有感应电流 B线圈中一定有感应电动势 C感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比 D感应电动势的大小跟线圈的电阻有关 答案 B 解析 产生感应电流的条件与产生感
3、应电动势的条件是不同的，只有电路闭合且磁通量发生变化才能产生感应电流，不管电路是否闭合，只要磁通量变化，就一定有感应电动势产生感应电动势只与磁通量的变化快慢和线圈的匝数有关6如图 3 所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒 ab 以水平速度 v 抛 出，且棒与磁场垂直，设棒在落下的过程中方向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动的过 程中产生的感应电动势大小变化情况是( )图 3 A越来越大 B越来越小 C保持不变 D无法判断 答案 C 解析 在运用公式 EBLv 进行感应电动势的运算时，要注意该公式中 B、L、v 三者必须互相垂直如果不互相垂直，要进行相应的分解后运用分量代入运算本题
4、中切割速度为金属棒的水平分速度，水平分速度不变，故感应电动势大小保持不变，选 C.7如图 4 所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻 R，质量不能忽略的金 属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀 强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力 F 作用下加速上升的一段时间内， 力 F 做的功与安培力做的功的代数和等于( )图 4 A棒的机械能增加量 B棒的动能增加量 C棒的重力势能增加量 D电阻 R 上放出的热量 答案 A 解析 棒受重力 G、拉力 F 和安培力 FA的作用由动能定理：WFWGW安Ek得WFW安Ekmgh，即力 F 做的
5、功与安培力做功的代数和等于机械能的增量，A 项正确【概念规律练概念规律练】 知识点一知识点一 法拉第电机模型的分析法拉第电机模型的分析 1如图 5 所示，长为 L 的金属棒 ab，绕 b 端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀 速转动，磁感应强度为 B，求 ab 两端的电势差图 5答案 BL212解析 方法一 棒上各处速率不等，故不能直接用公式 EBLv 求解，由 vr 可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算由 L/2，有 BL BL2，由右手定则判断 ab，即 Uab0，故 Uab BL2vv1212方法二 用 En来求解t设经过 t 时间 ab
6、棒扫过的扇形面积为S LtL L2t1212变化的磁通量为 BS BL2t，12所以 EnnB BL2(n1)tSt12由右手定则判断 ab所以 a、b 两端的电势差为 BL2.12点评 当导体棒转动切割磁感线时，若棒上各处磁感应强度 B 相同，则可直接应用公式E BL2.122如图 6 所示，长为 L 的导线下悬一小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动， 圆锥的偏角为 ，摆球的角速度为 ，磁感应强度为 B，则金属导线中产生的感应电动势大 小为_图 6答案 BL2sin2 12解析 导线的有效长度为 LLsin 电动势 E BL2 BL2sin2 1212点评 导体在磁场中转动，导线本身与磁
7、场并不垂直，应考虑切割磁感线的有效长度知识点二知识点二 电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 3如图 7 所示，长为 L0.2 m、电阻为 r0.3 、质量为 m0.1 kg 的金属棒 CD 垂直 放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也为 L，棒与导轨接触良好，导 轨电阻不计，导轨左端接有 R0.5 的电阻，量程为 03.0 A 的电流表串联在一条导轨上， 量程为 01.0 V 的电压表接在电阻 R 的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面现以 向右恒定的外力 F 使金属棒右移，当金属棒以 v2 m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，观 察到电路中的一个电表正好满偏，而另
8、一电表未满偏问：图 7(1)此时满偏的电表是什么表？说明理由 (2)拉动金属棒的外力 F 有多大？ (3)导轨处的磁感应强度多大？ 答案 (1)见解析 (2)1.6 N (3)4 T 解析 (1)假设电流表满偏，则 I3 A，R 两端电压 UIR30.5 V1.5 V，将大于电压表的量程，不符合题意，故满偏电表应该是电压表(2)由能量关系，电路中的电能应是外力做功转化来的，所以有 FvI2(Rr)，I ，两UR式联立得，F1.6 N.U2RrR2v(3)磁场是恒定的，且不发生变化，由于 CD 运动而产生感应电动势，因此是动生电动势根据法拉第电磁感应定律有 EBLv，根据闭合电路欧姆定律得 EU
9、Ir 以及 I ，联UR立三式得 B4 T.ULvUrRLv点评 注意区分电源和外电路，熟练运用闭合电路的有关规律4匀强磁场的磁感应强度 B0.2 T，磁场宽度 l3 m，一正方形金属框边长 adl1 m，每边的电阻 r0.2 ，金属框以 v10 m/s 的速度匀速穿过磁场区，其平面始 终保持与磁感线方向垂直，如图 8 所示求：图 8 (1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的 It 图线；(要求写出作图依 据) (2)画出 ab 两端电压的 Ut 图线(要求写出作图依据) 答案 见解析 解析 线框的运动过程分为三个阶段：第阶段 cd 相当于电源，ab 为等效外电路；第阶段 cd
10、和 ab 相当于开路时两并联的电源；第阶段 ab 相当于电源，cd 相当于外电路，如下图所示(1)在第一阶段，有 I12.5 AEr3rBlv4r感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为t1 s0.1 slv110ab 两端的电压为 U1I1r2.50.2 V0.5 V(2)在第二阶段，有 I20，U2EBlv2 Vt20.2 s(3)在第三阶段，有 I32.5 AE4r感应电流方向为顺时针方向U3I33r1.5 V，t30.1 s规定逆时针方向为电流正方向，故 It 图象和 ab 两端 Ut 图象分别如下图所示点评 第二阶段 cd 与 ab 全部进入磁场后，回路中磁通量不变化，无感应电流，但ab
11、、cd 都切割磁感线，有感应电动势，相当于开路时两个并联的电路【方法技巧练方法技巧练】 用能量观点巧解电磁感应问题用能量观点巧解电磁感应问题 5如图 9 所示，将匀强磁场中的线圈(正方形，边长为 L)以不同的速度 v1和 v2匀速拉出 磁场，线圈电阻为 R，那么两次拉出过程中，外力做功之比 W1W2_.外力做功功 率之比 P1P2_.图 9 答案 v1v2 v v2 12 2解析 线圈匀速拉出磁场，故其动能未变化线圈中由于电磁感应产生电流，即有电能产生，且电能全部转化为内能，故外力做多少功就有多少内能产生WQI2Rt2Rtv(tR)2Rt1t故 W1W2v1v2同理，由 Pv2可得 P1P2v
12、 vWtQt2 12 2方法总结 两次均匀速把线框拉出磁场都有 F安F外，但两次的外力不同6光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图 10 所示，抛物线的方程为 yx2，其下半 部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 ya 的直线(图中的虚线所示)，一个质 量为 m 的小金属块从抛物线 yb(ba)处以速度 v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金 属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )图 10Amgb B. mv212Cmg(ba) Dmg(ba) mv212答案 D 解析 金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生焦耳热最后，金属块在高为 a 的曲面上做往复运动减少的机械能为mg(ba) mv2，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选 D.12方法总结 在电磁感应现象中，感应电动势是由于非静电力移动自由电荷做功而产生的，要直接计算非静电力做功一般比较困难，因此要根据能量的转化及守恒来求解.精品资料。欢迎使用。.精品资料。欢迎使用。高考资源网高考资源网w。w-w*k&s%5￥u高考资源网高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u
