第九章第3单元电磁感应规律的综合应用课时作业
命 题 设 计
难度
题号 较易
中等
稍难
单 一 目 标 电磁感应中的力学咨询题
6
4、5
电磁感应中的电路咨询题 1、3 电磁感应中的能量咨询题
2、7、8
综合 目标 综合应用 9、10 11、12
一、单项选择题(此题共5小题，每题7分，共35分)
1．如图1所示，竖直平面内有一金属环，半径为a ，总电阻为 R (指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直 穿过环平面，在环的最高点A 用铰链连接长度为2a 、电阻 为R
2的导体棒AB ，AB 由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖 直位置时，B 点的线速度为v ，那么这时AB 两端的电压大小 为 ( ) A.Ba v 3 B.Ba v 6 C.2Ba v 3
D ．Ba v
解析：摆到竖直位置时，AB 切割磁感线的瞬时感应电动势E ＝B ·2a ·(12v )＝Ba v .由闭
合电路欧姆定律，
U AB ＝E R 2＋R 4·R 4＝1
3Ba v ，应选A.
答案：A
2．如图2所示，用粗细相同的铜丝做成边长分不为L 和2L 的两只闭合线框a 和b ，以相同的速度从磁感应强度为B 的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的动能，假设外力对环做的功分不为W a 、W b ，那么W a ∶W b 为 ( )
目标
A ．1∶4
B ．1∶2
C ．1∶1
D ．不能确定
解析：依照能量守恒可知，外力做的功等于产生的电能，而产生的电能又全部转化为焦耳热
W a ＝Q a ＝(BL v )2R a ·L v W b ＝Q b ＝(B ·2L v )2R b ·2L
v
由电阻定律知R b ＝2R a ，故W a ∶W b ＝1∶4.A 项正确． 答案：A
3．如图3所示，两光滑平行金属导轨间距为L ，直导线MN 垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B .电容器的电容为C ，除电阻R 外，导轨和导线的电阻均不计．现给导线MN 一初速度，使导线MN
向右运动，当电路稳固后，MN 以速度v 向右做匀速运动，那么
( )
A ．电容器两端的电压为零
B ．电阻两端的电压为BL v
C ．电容器所带电荷量为CBL v
D ．为保持MN 匀速运动，需对其施加的拉力大小为B 2L 2v
R
解析：当导线MN 匀速向右运动时，导线MN 产生的感应电动势恒定，稳固后，电容器既不充电也不放电，无电流产生，故电阻两端无电压，电容器两极板间电压U ＝E ＝BL v ，所带电荷量Q ＝CU ＝CBL v ，故A 、B 错，C 对；MN 匀速运动时，因无电流而不受安培力，故拉力为零，D 错． 答案：C
4．如图4所示，有一用铝板制成的U 型框，将一质量为m 的带电小球用绝缘细线悬挂在框中，使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v 匀速运动，悬挂拉力为F T ，那么( )
A ．悬线竖直，F T ＝mg
B ．悬线竖直，F T >mg
C ．悬线竖直，F T D ．无法确定F T 的大小和方向 解析：设两板间的距离为L ，由于向左运动的过程中竖直板切割磁感线，产生动生电动势，由右手定那么判定下板电势高于上板，动生电动势大小E ＝BL v ，即带电小球处于电势差为BL v 的电场中，所受电场力F 电＝qE 电＝q E L ＝q BL v L ＝q v B . 设小球带正电，那么所受电场力方向向上． 同时小球所受洛伦兹力F 洛＝q v B ，方向由左手定那么判定竖直向下，即F 电＝F 洛，因此F T ＝mg .同理分析可知当小球带负电时，F T ＝mg .故不管小球带什么电，F T ＝mg .选项A 正确． 答案：A 5．(2018·扬州模拟)如图5甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角为60°的斜向下的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B 随时刻t 的变化规律如图5乙所示(规定斜向下为正方向)，导体棒ab 垂直导轨放置，除电阻R 的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab 在水平外力F 作用下始终处于静止状态．规定a →b 的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力F 的正方向，那么在0～t 1时刻内，图6中能正确反映流过导体棒ab 的电流i 和导体棒ab 所受水平外力F 随时刻t 变化的图象是 ( ) 解析：由楞次定律可判定回路中的电流方向始终为b →a ，由法拉第电磁感应定律可判定回路中电流大小恒定，故A 、B 错；由F 安＝BIL 可得F 安随B 的变化而变化，在0～t 0时刻内，F 安方向向右，故外力F 与F 安等值反向，方向向左为负值；在t 0～t 1时刻内，F 安方向改变，故外力F 方向也改变为正值，故C 错误，D 正确． 答案：D 二、多项选择题(此题共4小题，每题7分，共28分．每题有多个选项符合题意，全部选对的得7分，选对但不全的得3分，错选或不答的得0分) 6．(2018··徐州模拟模拟)如图7所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B .一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下，通过足够长的时刻后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度v m ，那么 ( ) A ．假如B 增大，v m 将变大 B ．假如α变大，v m 将变大 C ．假如R 变大，v m 将变大 D ．假如m 变小，v m 将变大 解析：以金属杆为研究对象，受力如下图． 依照牛顿第二定律得 mg sin α－F 安＝ma ，其中F 安＝B 2L 2v R . 当a →0时，v →v m ， 解得v m ＝mgR sin α B 2L 2 ， 结合此式分析即得B 、C 选项正确． 答案：BC 7．如图8所示的电路中，两根光滑金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R ，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的磁感应强度为B 的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab 质 量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，那么它在下滑h高度的过程中，以下讲法正确的选项是() A．作用在金属棒上各力的合力做功为零 B．重力做功将机械能转化为电能 C．重力与恒力F做功的代数和等于电阻R上产生的焦耳热 D．金属棒克服安培力做功等于重力与恒力F做的总功与电阻R上产生的焦耳热之和解析：由于金属棒匀速下滑，故作用在棒上的各个力的合力做功为零，故A对；克服安培力做功将机械能转化为电能，故B错误；列出动能定理方程W G－W F－W安＝0，变形可得W G－W F＝W安，可知C正确，D错误． 答案：AC 8．如图9所示，光滑的〝∏〞形金属导体框竖直放置，质量为m 的金属棒MN与框架接触良好．磁感应强度分不为B1、B2的有 界匀强磁场方向相反，但均垂直于框架平面，分不处在abcd和 cdef区域．现从图示位置由静止开释金属棒MN，当金属棒进 入磁场B1区域后，恰好做匀速运动．以下讲法中正确的有() A．假设B2＝B1，金属棒进入B2区域后将加速下滑 B．假设B2＝B1，金属棒进入B2区域后仍将保持匀速下滑 C．假设B2 D．假设B2>B1，金属棒进入B2区域后可能先减速后匀速下滑 解析：假设B2＝B1，金属棒进入B2区域后，磁场反向，回路电流反向，由左手定 那么知：安培力并没有反向，大小也没有变，故金属棒进入B2区域后，mg－B21L2v R ＝0，仍将保持匀速下滑，B对；假设B2 反向但大小变小，由F＝BIL＝B BL v R L＝B2L2v R 知，mg－B22L2v R>0，金属棒进入B2 区域后可能先加速后匀速下滑，故C也对；同理，假设B2>B1，金属棒进入B2区域 后mg－B22L2v R<0，可能先减速后匀速下滑，故D也对． 答案：BCD 9．(2018·福建高考)如图10所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场中．一质量为m(质量分布平均)的导体杆ab垂直于导轨放置，且 与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.当杆在水平向左、垂直于杆的恒力F 作用下从静止开始沿导轨运动距离l 时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)．设杆接入电路的电阻为r ，导轨电阻不计，重力加速度大小为 g . 那 么 此 过 程 ( ) 为(F －μmg )R B 2d 2 A ．杆的速度最大值 B ．流过电阻R 的电荷量为Bdl R ＋r C ．恒力F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D ．恒力F 做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 解析：当杆的速度达到最大时，安培力F 安＝B 2d 2v R ＋r ，杆受力平稳，故F －μmg － F 安＝0，因此v ＝(F －μmg )(R ＋r )B 2d 2，A 错；流过电阻R 的电荷量为q ＝ΔΦR ＋r ＝B ΔS R ＋r ＝ Bdl R ＋r ，B 对；依照动能定理，恒力F 、安培力、摩擦力做功的代数和等于杆动能的变化量，由于摩擦力做负功，因此恒力F 、安培力做功的代数和大于杆动能的变化量，C 错，D 对． 答案：BD 三、运算题(此题共3小题，共37分．解答时请写出必要的文字讲明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．有数值运算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 10．(11分)如图11甲所示，用粗细平均的导线制成的一只圆形金属圈，现被一根绝缘丝线 悬挂在竖直平面内处于静止状态，金属圈的质量为m ，半径为r ，导线的电阻率为ρ，截面积为S .金属圈的上半部分处在一方向垂直圈面向里的有界匀强磁场中，磁感应强度B 随时刻t 的变化满足B ＝kt (k 为常量)，如图11乙所示．金属圈下半部分在磁场外．假设丝线所能 承担的最大拉力F Tm ＝2mg ， 求：从t ＝0时刻起，通过多长时刻丝线会被拉断？ 解析：设金属圈受重力mg 、拉力F T 和安培力F 的作用处于静止状态，那么F T ＝mg ＋F ，又F ＝2BIr ， 金属圈中的感应电流I ＝E R ， 由法拉第电磁感应定律得 E ＝ΔΦΔt ，ΔΦΔt ＝ΔB Δt ·πr 22， 金属圈的电阻R ＝ρ2πr S ， 又B ＝kt ，F Tm ＝2mg 由以上各式求得t ＝2mgρ k 2Sr 2. 答案： 2mgρ k 2Sr 2 11．(12分)(2018·皖南模拟)如图12所示，两平行长直金属导轨置于竖直平面内，间距为L ，导轨上端有阻值为R 的电阻，质量为m 的导体棒垂直跨放在导轨上，并搁在支架上，导轨和导体棒电阻不计，接触良好，且无摩擦．在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场，方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B .开始时导体棒静止，当磁场以速度v 匀速向上运动时，导体棒也随之开始运动，并专门快达到恒定的速度，现在导体棒仍处在磁场区域内，试求： (1)导体棒的恒定速度； (2)导体棒以恒定速度运动时，电路中消耗的电功率． 解析：(1)设棒速为v ′，有 E ＝BL (v －v ′) ① F 安＝BIL ＝BLE R ＝B 2L 2 (v －v ′) R ② 棒受力平稳有：mg ＝F 安 ③ 联立得：v ′＝v －mgR B 2L 2 ④ 方向向上 (2)P ＝E 2 R ⑤ 联立①④⑤得：P ＝m 2g 2R B 2L 2. 答案：(1)v －mgR B 2L 2 向上 (2)m 2g 2R B 2L 2 12．(14分)(2018·临沂模拟)在拆装某种大型电磁设备的过程中， 需将设备内部的处于强磁场中的线圈先闭合，然后再提升直至离开磁场，操作时通过手摇轮轴A 和定滑轮O 来提升线圈．假设 该线圈可简化为水平长为L 、上下宽度为d 的矩形线圈， 其匝数为n ，总质量为M ，总电阻为R .磁场的磁感应强度为B ，如图13所示．开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐，假设转动手摇轮轴A ，在时刻t 内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场．求此过程中： (1)流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少 ? (2)在转动轮轴时，人至少需做多少功？(不考虑摩擦阻碍) 解析：(1)在匀速提升的过程中线圈运动速度v ＝d t ① 线圈中感应电动势E ＝nBL v ② 产生的感应电流I ＝E R ③ 流过导线横截面的电荷量q ＝It ④ 联立①②③④得q ＝nBLd R . (2)匀速提升的过程中，要克服重力和安培力做功，即 W ＝W G ＋W 安 ⑤ 又W G ＝Mgd ⑥ W 安＝nBILd ⑦ 联立①②③④⑤⑥⑦得 W ＝Mgd ＋n 2B 2L 2d 2 Rt . 答案：(1)nBLd R (2)Mgd ＋n 2B 2L 2d 2 Rt 电磁感应定律应用 【学习目标】 1．了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。 2．了解感生电动势和动生电动势产生的原因。 3．能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。 【要点梳理】 知识点一、感生电动势和动生电动势 由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。 1．感应电场 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在周围空间激发一种电场，我们把这种电场叫做感应电场。 静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，如图所示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。 要点诠释：感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。 2．感生电动势 （1）产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。 （2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。 （3）感生电场方向判断：右手螺旋定则。 3、感生电动势的产生 由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路是内电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。 变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。例如磁场变化时产生的感应电动势为cos B E nS t ?θ?= ． 知识点二、洛伦兹力与动生电动势 导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势产生的机理是什么呢？导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关？他是如何将其他形式的能转化为电能的？ 1、动生电动势 广东高考电磁感应定律综合应用复习 （2009?广东）如图（a ）所示，一个电阻值为R ，匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R 1连接成闭合回路，线圈的半径为r 1，在线圈中半径为r 2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图（b ）所示，图线与横、纵轴的截距分别为t 0和B 0导线的电阻不计，求0至t 1时间内 （1）通过电阻R 1上的电流大小和方向； （2）通过电阻R 1上的电量q 及电阻R 1上产生的热量． （2012广东物理）35．（18分）如图17所示，质量为M 的导体棒ab ，垂直放在相距为l 的平行光滑金属导轨上。导轨平面与水平面的夹角为θ，并处于磁感应强度大小为B 、方向垂直与导轨平面向上的匀强磁场中。左侧是水平放置、间距为d 的平行金属板。R 和R x 分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻。 （1）调节R x =R ，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒的电流I 及棒的速率v 。 （2）改变R x ，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m 、带电量为+q 的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的R x 。 图17 R x R d a b l B θ （2013广东卷）图19（a ）所示，在垂直于匀强磁场B 的平面内，半径为r 的金属圆盘绕过圆心O 的轴承转动，圆心O 和边缘K 通过电刷与一个电路连接。电路中的P 是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I 与圆盘角速度ω的关系如图19（b ）所示，其中ab 段和bc 段均为直线，且ab 段过坐标原点。ω>0代表圆盘逆时针转动。已知：R=3.0Ω，B=1.0T ，r=0.2m 。忽略圆盘，电流表和导线的电阻。 （1）根据图19（b ）写出ab 、bc 段对应的I 与ω的关系式； （2）求出图19（b ）中b 、c 两点对应的P 两端的电压U b 、U c ； （3）分别求出ab 、bc 段流过P 的电流I P 与其两端电压U P 的关系式。 （2014广一模）35．（18分）如图，匀强磁场垂直铜环所在的平面，导体棒a 的一端固定在铜环的圆心O 处，另一端紧贴圆环，可绕O 匀速转动．通过电刷把铜环、环心与两竖直平行金属板P 、Q 连接成如图所示的电路，R 1、R 2是定值电阻．带正电的小球通过绝缘细线挂在两板间M 点，被拉起到水平位置；合上开关K ，无初速度释放小球，小球沿圆弧经过M 点正下方的N 点到另一侧． 已知：磁感应强度为B ；a 的角速度大小为ω，长度为l ，电阻为r ；R 1=R 2=2r ，铜环电阻不计；P 、Q 两板间距为d ；带电的质量为m 、电量为q ；重力加速度为g ．求： （1）a 匀速转动的方向； （2）P 、Q 间电场强度E 的大小； （3）小球通过N 点时对细线拉力T 的大小． A I /c b a ) //(s rad ω15-30 -45 -60 -60 45 30 15 4.03.02.01 .01 .0-2 .0-3.0-4 .0-卓越教育李咏华作图 图19（b ） R 1 N O a K l d P Q M R 2 B 8章习题及答案 1、如图所示，一矩形金属线框，以速度v 从无场空间进入一均匀磁场中，然后又从磁场中出来，到无场空间中．不计线圈的自感，下面哪一条图线正确地表示了线圈中的感应电流对时间的函数关系？(从线圈刚进入磁场时刻开始计时，I 以顺时针方向为正) 2、一块铜板垂直于磁场方向放在磁感强度正在增大的磁场中时，铜板中出现的涡流(感应电流)将 (A) 加速铜板中磁场的增加． (B) 减缓铜板中磁场的增加． (C) 对磁场不起作用． (D) 使铜板中磁场反向． ［ ］ 3、半径为a 的圆线圈置于磁感强度为B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直， 线圈电阻为R ；当把线圈转动使其法向与B 的夹角=60°时，线圈中通过的电荷与线圈面积及转动所用的时间的关系是 (A) 与线圈面积成正比，与时间无关． (B) 与线圈面积成正比，与时间成正比． (C) 与线圈面积成反比，与时间成正比． (D) 与线圈面积成反比，与时间无关． ［ ］ 4、在无限长的载流直导线附近放置一矩形闭合线圈，开始时线圈与导线在同一平面内，且线圈中两条边与导线平行，当线圈以相同的速率作如图所示的三种不同方向的平动时，线圈中的感应电流 (A) 以情况Ⅰ中为最大． (B) 以情况Ⅱ中为最大． (C) 以情况Ⅲ中为最大． (D) 在情况Ⅰ和Ⅱ中相同． B I (D) I (C) b c d b c d b c d v v I 5、一矩形线框长为a 宽为b ，置于均匀磁场中，线框绕OO ′轴， 以匀角速度旋转(如图所示)．设t =0时，线框平面处于纸面 内，则任一时刻感应电动势的大小为 (A) 2abB | cos ω t |． (B) ω abB (C)t abB ωωcos 2 1． (D) ω abB | cos ω t |． (E)ωabB |sin ωt |． 6、如图所示，导体棒AB 在均匀磁场B 中绕通过C 点的垂直于棒长且沿磁场方向的轴OO ' 转动（角速度ω 与B 同方向）， BC 的长度为棒长的3 1 ，则 (A) A 点比B 点电势高． (B) A 点与B 点电势相等． (B) A 点比B 点电势低． (D) 有稳恒电流从A 点流向B 点． [ ] 7、如图，长度为l 的直导线ab 在均匀磁场B 中以速度v 移动，直导线ab 中的电动势为 (A) Blv ． (B) Blv sin ． (C) Blv cos ． (D) 0． ［ ］ 8、如图所示，M 、N 为水平面内两根平行金属导轨，ab 与cd 为 垂直于导轨并可在其上自由滑动的两根直裸导线．外磁场垂直水 平面向上．当外力使ab 向右平移时，cd (A) 不动． (B) 转动． (C) 向左移动． (D) 向右移动．［ ］ 9、如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B 平行于ab 边，bc 的长度为l ．当金属框架绕ab 边以匀角速度转动 时，abc 回路中的感应电动势和a 、c 两点间的电势差U a – U c 为： (A) =0，U a – U c =221l B ω． (B) =0，U a – U c =221l B ω-． (C) =2l B ω，U a – U c =221l B ω． (D) =2l B ω，U a – U c =22 1l B ω-． v c a b d N M B B a b c l ω 电磁感应中的各种题型 一．电磁感应中的“双杆问题” 电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题，涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等 1.“双杆”向相反方向做匀速运动：当两杆分别向相反方向运动时，相当于两个电池正向串联。 [例1] 两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.2T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为r=0.25Ω，回路中其余部分的电阻可不计。已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0m/s，如图所示，不计导轨上的摩擦。（1）求作用于每条金属细杆的拉力的大小。 （2）求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量。 2.“双杆”同向运动，但一杆加速另一杆减速：当两杆分别沿相同方向运动时，相当于两个电池反向串联。 [例2] 两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示。两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计。在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd 的初速度v0。若两导体棒在运动中始终不接触，求： （1）在运动中产生的焦耳热最多是多少。 （2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？ 3. “双杆”中两杆都做同方向上的加速运动。：“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动，另一杆在安培力作用下做加速运动，最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。 [例3]（2003年全国理综卷）如图所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Ω。在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？ 4.“双杆”在不等宽导轨上同向运动。 “双杆”在不等宽导轨上同向运动时，两杆所受的安培力不等大反向，所以不能利用动量守恒定律解题。 法拉第电磁感应定律 2.确定目标 本节课讲解应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势问题，会区别感应电动势平均值和瞬时值。 二 精讲精练 （一）回归教材、注重基础 例 （见教材练习题P21 T2）如图甲所示，匝数为100匝，电阻为5Ω的线圈(为表示线 圈的绕向图中只画了2匝)两端A 、B 与一个电压表相连，线圈内有指向纸内方向的磁场,线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。 （1）求电压表的读数？确定电压表的正极应接在A 还是接在B ？ （2）若在电压表两端并联一个阻值为20Ω的电阻R ．求通过电阻R 的电流大小和 方向？ ，面 时间内，匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过，则该段时间线圈两12)t B -- 变式3．如图所示，匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上，大小为 B，用电阻率为ρ、横 截面积为S的导线做成的边长为L的正方形线框abcd水平放置，OO′为过ad、bc 两边中点的直线，线框全部都位于磁场中．现把线框右半部分固定不动，而把线框 左半部分以OO′为轴向上转动60°，如图中虚线所示。若转动后磁感应强度随时 间按kt 变化(k为常量)，求： B B+ = (1)在0到t 0时间内通过导线横截面的电荷量？ (2)t0时刻ab边受到的安培力？ （三）真题检测，品味高考 1．(2014·新课标全国Ⅰ)如图 (a)，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上．在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示．已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( ) 2. (2012·福建)如图甲，在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B 的匀 强磁场，在此区域内，沿水平面固定一半径为r 的圆环形光滑细玻璃管，环心0在区域中心。一质量为m 、带电量为q （q>0）的小球，在管内沿逆时针方向（从上向下看）做圆周运动。已知磁感应强度大小B 随时间t 的变化关系如图乙所示（T0为已知量）。设小球在运动过程中电量保持不变，对原磁场的影响可忽略。当t=0T 到t=05.1T 这段时间内的磁感应强度增大过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等．求：这段时间内，细管内涡旋电场的场强大小E 。 （四）拓展深挖、把握先机 拓展：如图甲所示，匝数为n 匝，电阻为r,半径为a 的线圈两端A 、B 与电容为C 的电容器 和电阻R 相连，线圈中的磁感应强度按图乙所示规律变化（取垂直纸面向内方向为正方向）。求： （1）流过电阻的电流大小为多少？ （2）电容器的电量为多少？ 三 总结归纳 1. 应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势。 2. 会判断导体两端电势的高低。 电磁 安培定律 法拉第电磁感应定律 电流的磁效应 电磁感应 右手螺旋定则右手定则 安培力 左手定则1.安培定律：表示电流和电流激发磁场的 磁感线方向间关系的定则，也叫 右手螺旋定则。(1)通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向； (2)通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致 ，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N 极。 左手反之。 应用：电能转化为磁，可以用于人造磁铁等。 2. 法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁 通变化率成正比。 右手定则：使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把 右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向产生的感应电流的方向。 应用：将动能转化为电能，发电机。 3．安培力：电流导体在磁场中运动时受力。 左手定则：左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个 平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心（手心对准N极，手背对准S极)，四指指向电流方向（既正电荷运动的方向）则大拇指的方向 就是导体受力方向。 应用：通过磁场对电流的作用，将电磁能转化为机械能：电动机。 1．电磁感应现象：英国的物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线的运动时， 导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应。 2．感应电流：由电磁感应现象产生的电流。 (1)感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线 运动的方向有关。 (2)感应电流的产生条件： a.电路必须是闭合电路； b.只是电路的一部分导体在磁场中； c.这部分导体做切割磁感线运动（包括正切、斜切两种情况）。3．交流发电机 （1）原理：发电机是根据电磁感应现象制成的。 （2）能量转化：机械能转化为电能。 （3）构造:交流发电机主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、滑环和电刷。 构建知识网络： 考情分析： 楞次定律、法拉第电磁感应定律是电磁学部分的重点，也是高考的重要考点。高考常以选择题的形式考查电磁感应中的图像问题和能量转化问题，以计算题形式考查导体棒、导线框在磁场中的运动、电路知识的相关应用、牛顿运动定律和能量守恒定律在导体运动过程中的应用等。备考时我们需要重点关注，特别是导体棒的运动过程分析和能量转化分析。 重点知识梳理： 一、感应电流 1．产生条件???? ? 闭合电路的部分导体在磁场内做切割磁感线运动 穿过闭合电路的磁通量发生变化 2．方向判断? ???? 右手定则：常用于切割类 楞次定律：常用于闭合电路磁通量变化类 3．“阻碍”的表现???? ? 阻碍磁通量的变化增反减同阻碍物体间的相对运动来拒去留 阻碍原电流的变化自感现象 二、电动势大小的计算 三、电磁感应问题中安培力、电荷量、热量的计算 1．导体切割磁感线运动，导体棒中有感应电流，受安培力作用，根据E ＝Blv ，I ＝E R ，F ＝BIl ，可得F ＝B 2l 2v /R . 2．闭合电路中磁通量发生变化产生感应电动势，电荷量的计算方法是根据E ＝ΔΦΔt ，I ＝E R ，q ＝ I Δt 则q ＝ΔΦ/R ，若线圈匝数为n ，则q ＝nΔΦ/R . 3．电磁感应电路中产生的焦耳热，当电路中电流恒定时，可以用焦耳定律计算，当电路中电流发生变化时，则应用功能关系或能量守恒定律计算． 四、自感现象与涡流 自感电动势与导体中的电流变化率成正比，比例系数称为导体的自感系数L 。线圈的自感系数L 与线圈的形状、长短、匝数等因数有关系。线圈的横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大。带有铁芯的线圈其自感系数比没有铁芯的大得多。 【名师提醒】 典型例题剖析： 考点一：楞次定律和法拉第电磁感应定律 【典型例题1】 (2016·浙江高考)如图所示，a 、b 两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长l a ＝3l b ，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( ) A ．两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B ．a 、b 线圈中感应电动势之比为9∶1 C ．a 、b 线圈中感应电流之比为3∶4 初中物理电磁感 应 一、【教学过程】 （一）复习引入 1. 师问：通过上节的学习，我们知道磁场对通电导线有力的作用，力的方向与什么有关呢？ 生答：导线中电流的方向、磁感线的方向有关。 2. 师问：通过上节的学习，我们得到了电动机的工作原理是什么呢？ 生答：通电线圈在磁场中受力转动。 通过上节课的学习，我们知道：通电导体在磁场中受到力的作用而能够运动起来，那么运动的导体中是否能够产生电呢？本节针对闭合电路的一部分导体在磁场中运动产生感应电流的现象及其能量的转化作一些分析。 （二）教学内容 1．电磁感应现象：英国的物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线的运动时，导体中就会产生电流， 这种现象叫做电磁感应。 2．感应电流：由电磁感应现象产生的电流。 (1)感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动的方 向有关。 (2)感应电流的产生条件： a.电路必须是闭合电路； b.只是电路的一部分导体在磁场中； c.这部分导体做切割磁感线运动（包括正切、斜切两种情况）。 3．交流发电机 （1）原理：发电机是根据电磁感应现象制成的。 （2）能量转化：机械能转化为电能。 （3）构造:交流发电机主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、滑环和电刷。 磁铁（定子） 线圈（转子） 滑环 电刷 4. 直流电与交流电： （1）方向不变的电流叫做直流电大小和方向作周期性改变的电流叫做交流电。（2）交流电的周期：电流发生一个周期性变化所用的时间，其单位就是时间的单位秒（s）。 （3）交流电的频率：电流每秒发生周期性变化的次数。其单位是赫兹，符号是Hz。频率和周期的数值互为倒数。 5.电动机与发电机的比较： 23题 电磁感应规律的综合应用 电磁感应中的动力学问题 1．导体棒的两种运动状态 (1)平衡状态——导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态，加速度为零； (2)非平衡状态——导体棒的加速度不为零． 2．两个研究对象及其关系 电磁感应中导体棒既可看做电学对象(因为它相当于电源)，又可看做力学对象(因为有感应电流而受到安培力)，而感应电流I 和导体棒的速度v 是联系这两个对象的纽带． 3．电磁感应中的动力学问题分析思路 (1)电路分析：导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感应电流I ＝Bl v R ＋r . (2)受力分析：导体棒受到安培力及其他力，安培力F 安＝BIl ＝B 2l 2v R ＋r ，根据牛顿第二定律列动 力学方程：F 合＝ma . (3)过程分析：由于安培力是变力，导体棒做变加速运动或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力的平衡条件列方程：F 合＝0. 例 1如图1甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R 的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab 杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦． 图1 (1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图； (2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及加速度的大小； (3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的最大速度． 第18卷 第12期 武汉科技学院学报 Vol.18 No.12 2005年12月 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND ENGINEERING Dec. 2005 对电磁感应定律的理解和应用 袁作彬 (湖北民族学院 物理系，湖北 恩施 445000) 摘要：电磁感应定律是电磁学中的一条重要定律，它的两种表述形式，分别反映了电磁感应的宏观表现和微 观机制。对电磁感应定律的理解和运用是电磁学教学的一个重要内容。分析了现行教材中用法拉第电磁感应 定律判定感应电动势方向方法的弊端，提出了一种简便方法，并给出了验证的实例。 关键词：法拉第电磁感应定律；感应电动势；右手定则 中图分类号：O441.3 文献标识码：B 文章编号：1009－5160（2005）－0147－02 电磁感应定律是电磁学教学中的重要内容，结合教学实践，谈谈对于电磁感应定律两种表述及利用法拉第电磁感应定律判断感应电动势的简便方法。 1 电磁感应定律的两种表述 电磁感应定律是电磁学的重要规律，它有两种表述形式。电磁感应定律的第一种表述为： t d d φε?= （1） 式(1) 是电磁感应的宏观表现，它表明当通过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势(不论引起磁通量变化的原因是什么)。同时，无论回路的绕行方向怎样选择，ε总与t d d φ的符号相反。 进一步分析引起磁通量变化的原因，有电磁感应定律的第二种表述：[1~3] →→ →→→?????×=∫∫∫S d t B l d B L S )(νε （2） 式(2)中的第一项就是由于导体运动而产生的动生电动势()d L B d l εν→→→ =×?∫，第二项则是由于磁场变化而产生的感生电动势S d t g ∫∫??=ε，式(2)反映出电磁感应的微观机制。由此可以看出，动生电动势和感生电动势的物理过程是有区别的。关于这两种表述表述是否等价的问题，有许多文献讨论，至今仍无定论。[4~6] 2 电磁感应定律的应用 式(2)所示的第二种表述是从微观机理出发揭示电磁感应现象，它不仅揭示了电磁感应现象的微观本质，而且也便于应用。利用式（2），既可以方便地计算由非闭合导体在磁场中做切割磁力线运动而产生的动生电动势，也便于计算静止的闭合导体由于磁场变化而产生的感生电动势，当然也可以计算闭合导体在变化的磁场中运动时产生的感应电动势。 对于第一种表述，现行教材中是这样处理的：在讨论ε的正负之前，将回路的绕向与以回路为边界的曲面法向矢量n r 统一在右手螺旋定则下。在图1所示的四种情形中，一律规定回路的绕向如图中虚线所示，按右手定则，以它为边界的曲面法 收稿日期：2005-08-23 作者简介：袁作彬（1966-），讲师，硕士，研究方向：理论物理. 初中物理电磁感应 适用学科物理适用年级初中三年级 适用区域人教版课时时长(分钟) 60分钟 知识点 1.电磁感应现象; 2.交流发电机的工作原理与能量转化; 教学目标 1.记忆并理解电磁感应现象; 2.知道交流发电机的工作原理及其能量的转化; 教学重点 1.电磁感应现象的理解与运用; 2、交流发电机的工作原理以及能量的转化。 教学难点运用电磁感应现象解决实际问题。 一、【教学过程】 (一)复习引入 1、师问:通过上节的学习,我们知道磁场对通电导线有力的作用,力的方向与什么有关呢？ 生答:导线中电流的方向、磁感线的方向有关。 2、师问:通过上节的学习,我们得到了电动机的工作原理就是什么呢？ 生答:通电线圈在磁场中受力转动。 通过上节课的学习,我们知道:通电导体在磁场中受到力的作用而能够运动起来,那么运动的导体中就是否能够产生电呢？本节针对闭合电路的一部分导体在磁场中运动产生感应电流的现象及其能量的转化作一些分析。 (二)教学内容 1.电磁感应现象:英国的物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象,即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫做电磁感应。 2.感应电流:由电磁感应现象产生的电流。 (1)感应电流的方向跟磁场方向与导体切割磁感线运动的方向有关。 (2)感应电流的产生条件: a 、电路必须就是闭合电路; b 、只就是电路的一部分导体在磁场中; c 、这部分导体做切割磁感线运动(包括正切、斜切两种情况)。 3.交流发电机 (1)原理:发电机就是根据电磁感应现象制成的。 (2)能量转化:机械能转化为电能。 (3)构造:交流发电机主要由磁铁(定子)、线圈(转子)、滑环与电刷。 4、 直流电与交流电: (1)方向不变的电流叫做直流电大小与方向作周期性改变的电流叫做交流电。 (2)交流电的周期:电流发生一个周期性变化所用的时间,其单位就就是时间的单位秒(s)。 (3)交流电的频率:电流每秒发生周期性变化的次数。其单位就是赫兹,符号就是Hz 。频率与周期的数值互为倒数。 5、电动机与发电机的比较: 原理 通电导体在磁场中受力转动 电磁感应现象 结构 转子:线圈与换向器 定子:磁体与电刷 转子:线圈与铜环 定子:磁体与电刷 (实际生产中常采用线圈不动、磁极旋转) 能量 把电能转化为机械能 把机械能转化为电能 其她 换向器的作用:改变线圈中电流的方向 线圈在磁场中转动一转,感应电流的方向改变 磁铁(定子) 线圈(转子) 滑环 电刷 第十三章 电磁感应 一 选择题 3．如图所示，一匀强磁场B 垂直纸面向内，长为L 的导线ab 可以无摩擦地在导轨上滑动，除电阻R 外，其它部分电阻不计，当ab 以匀速v 向右运动时，则外力的大小是： R L B R L B R L B R BL L B 222222222 E. D. 2 C. B. A.v v v v v 解：导线ab 的感应电动势v BL =ε，当 ab 以匀速v 向右运动时，导线ab 受到的外力与安培力是一对平衡力，所以R L B L R B F F v 22===ε 安外。 所以选（D ） 4．一根长度L 的铜棒在均匀磁场B 中以匀角速度ω旋转着，B 的方向垂直铜棒转动的平面，如图，设t = 0时，铜棒与Ob 成θ角，则在任一时刻t 这根铜棒两端之间的感应电动势是：（ ） A. )cos(2θωω+t B L B. t B L ωωcos 2 12 C. )cos(22θωω+t B L D. B L 2ω E. B L 22 1ω 解：???= ==??=L L BL l l B l B )00221d d d ωωεv l B v （ 所以选（E ） 6．半径为R 的圆线圈处于均匀磁场B 中，B 垂直于线圈平面向上。如果磁感应强度为B =3 t 2+2 t +1，则线圈中的感应电场为：（ ） A ． 2π(3 t + 1)R 2 ,顺时针方向； Ｂ． 2π(3 t + 1)R 2 ,逆时针方向； C ． (3 t + 1)R ,顺时针方向； D ． (3 t + 1)R ,逆时针方向； 解：由??? ???-=?S B l E d d i t ，则感应电场的大小满足 选择题4图 选择题3图 v 第五节：电磁感应规律的应用学案 【学习目标】 （1）、了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。 （2）、了解感生电动势和动生电动势产生的原因。 （3）、能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。 【学习重点】感生电动势和动生电动势。 【学习难点】感生电动势和动生电动势产生的原因。 【学习方法】类比法、练习法 【学习过程】 一、温故知新： 1、法拉第电磁感应定律的内容是什么？数学表达式是什么？ 2、导体在磁场中切割磁感线产生的电动势与什么因素有关，表达式是什么，它成立的条件又是什么？ 二、学习新课 （一）、感生电动势和动生电动势 由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作，另外一种是不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作。 1、感应电场 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出， 电场。 静止的电荷激发的电场叫，静电场的电场线是由 E 发出，到终止，电场线闭合，而感应电场是一种涡 旋电场，电场线是的，如图所示，如果空间存在闭合导 体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感 应电流，或者说导体中产生感应电动势。 感应电场是产生或的原因，感应电场的方向也可以由来判断。感应电流的方向与感应电场的方向。 2、感生电动势 （1）产生：磁场变化时会在空间激发，闭合导体中的在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。 （2）定义：由感生电场产生的感应电动势成为。 （3）感生电场方向判断：定则。 例题，在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是（）A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B. 沿AB方向磁场在迅速增强 C. 沿BA方向磁场在迅速减弱 D. 沿BA方向磁场在迅速增强 总结：已知感应电场方向求原磁通量的变化情况的基本思路是：感应电场的方向 感应磁场的方向磁通量的变化情况 3、感生电动势的产生 由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当，其电路是电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。 变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。例如磁场变化时产生的感应电动势为E= （二）、洛伦兹力与动生电动势 导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势产生的机理是什么呢？ 导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关？ 它是如何将其他形式的能转化为电能的？ 1、动生电动势 （1）产生：运动产生动生电动势 （2）大小：E= （B的方向与v的方向 ） （3）动生电动势大小的推导： 2、动生电动势原因分析 导体在磁场中切割磁感线时，产生动生电动势，它是由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的。 如图所示，一条直导线CD在云强磁场B 中以速度v向右运动，并且导线CD与B、v的方向垂直，由于导体中的自由电子B ？？ ？ ？ C C 电磁感应 、选择题 1、将形状完全相同的铜环和木环静止放置，并使通过两环面的磁通 量随时间的变化率相等，则(D ) A.铜环中有感应电动势，木环中无感应电动势 B.铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小 C.铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大 D.两环中感应电动势相等 2、面积为S和2S的两线圈A, B。通过相同的电流I，线圈A的电流所产生的通过线圈B的磁通用 面积为S和2S的两圆线圈A, B。通过相同的电流I，线圈A的电流所产生的通过线圈B的磁通用①21表示，线圈B的电流所产生的通过线圈A的磁通用①12表示，则应该有： (A)① 12 = 2 ① 2i . (B)① 12 =① 21/2 . (C )① 12 =① 21. (D )① 12 < ① 21 3如图所示，导线AB在均匀磁场中作下列四种运动, (1)垂直于磁场作平动； (2)绕固定端A作垂直于磁场转动； (3)绕其中心点0作垂直于磁场转动； (1) (2) (3) (4)绕通过中心点0的水平轴作平行于磁场的转动 关于导线 AB 的感应电动势哪个结论是错误的？ (B ) (A) (1)有感应电动势，A 端为高电势；(B) (2)有感应电动势，B 端为 高电势； (C) (3)无感应电动势； (D) (4)无感应电动势。 二、 填空题 4、 如图，aob 为一折成/形的金属导线 (aO=Ob=)位于XOY 平面中；磁感强度为 B 的匀强磁场垂直于 XOY 平面。当aob 以速 度 沿X 轴正向运动时，导线上a 、b 两点 间电势差Ui b =_ BLvsin _；当aob 以速度 沿Y 轴正向运动时，a 、b 两点中是_a _______ 点电势高。 5、 半径为a 的无限长密绕螺线管，单位长度上的匝数为 n ,螺线管 导线中通过交变电流i l °sin t ，贝卩围在管外的同轴圆形回路(半径 为r )上的感生电动势为 二°n a 2 l ° cos t_(V) 6、 感应电场是由 变化的磁场产生的，它的电场线是 闭合曲线。 7、 弓|起动生电动势的非静电力是 洛仑兹力，引起感生电动势的 非静 电是感生电场。 三、 计算题 8矩形线圈长I =20cm 宽b =10cm 由100匝导线绕成，放置在无限 长直 导线旁边，并和直导线在同一平面内，该直导线是一个闭合回路 的一部分，其余部分离线圈很远，其影响可略去不计。求图(a )、图 XXX XX XXX N 丈 * xxxx xx x xxx XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXKXXX 1003法拉第电磁感应定律应用1 一、电磁感应电路问题的理解和分类 1．对电源的理解：电源是将其他形式的能转化为电能的装置．在电磁感应现象里，通过导体切割磁感线和线圈磁通量的变化而将其他形式的能转化为电能． 2．对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成． 3．问题分类： (1)确定等效电源的正负极，感应电流的方向，电势高低，电容器极板带电性质等问题． (2)根据闭合电路求解电路中的总电阻，路端电压，电功率的问题． (3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量： 【针对训练】 1．(2009·广东汕头六都中学质检)如图所示，在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，有一等边三角形ABC的固定裸导体框架，框架平面与磁感线方向垂直，裸导体DE能沿着导体框架滑动，且滑动时一直能与框架保持良好的接触．已知三角形的边长为0.2 m，且三角形框架和导体DE的材料、横截面积相同，它们单位长度的电阻均为每米10 Ω，当导体DE以v＝4.2 m/s的速度(速度方向与DE垂直)下滑至AB、AC的中点M、N时，求： (1)M、N两点间感应电动势的大小； (2)流过导体框底边BC的电流多大？方向如何？ 二、求解电磁感应与力学综合题的思路 思路有两种：一种是力的观点，另一种是能量的观点． 1．力的观点 力的观点是指应用牛顿第二定律和运动学公式解决问题的方法．即先对研究对象进行受力分析，根据受力变化应用牛顿第二定律判断加速度变化情况，最后找出求解问题的方法．2．能量观点 动能定理、能量转化守恒定律在电磁感应中同样适用． 三、电磁感应综合题中的两部分研究对象 电磁感应中的综合题有两种基本类型．一是电磁感应与电路、电场的综合；二是电磁感应与磁场、导体的受力和运动的综合；或是这两种基本类型的复合题，题中电磁现象、力现象相互联系、相互影响和制约． 这类题综合程度高，涉及的知识面广，解题时可将问题分解为两部分：电学部分和力学部分． 1．电学部分思路：将产生感应电动势的那部分电路等效为电源．如果在一个电路中切割磁感线的是几部分但又互相联系，可等效成电源的串、并联．分析内外电路结构，应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律理顺电学量之间的关系． 电磁感应同步练习 (1) 1．英国物理学家法拉第1831年首先用实验的方法发现了现象，这一重大发现使人类实现了将能转化为能的愿望。 2．电磁感应现象的发现，经历了漫长的实验探究过程，这是因为电磁感应现象的产生必须符合一定的条件，这就是电路中的导体，在中做的运动时，导体中才会有电流产生，这种电流称为。 3．实验表明，感应电流的方向不仅跟方向有关，还跟方向有关，在上述两个因素中，如果其中之一的方向改变，则感应电流的方向将，如果两者的方向都改变，则感应电流的方向将。 4．发电机是根据现象而设计制造的，发电机的诞生实现了能向能的转化。 5．如图所示，两同学甩动与电流表相连的长导线， 发现电流表的指针来回摆动。 （1）这种现象叫做现象，这是由物 理学家最早发现的。 （2）产生感应电流的磁场是由提供的。6．小明学习了电磁感应现象后，就想：产生的感应电 流的大小与什么有关呢？他找了几个要好的同学开始了讨论和猜想：既然运动有快慢之分、磁场有强弱之分，那么感应电流的大小是否与这两者有关呢？ 于是他们开始做实验，首先按照课堂上探究电磁感应的实验装置（如图）重新安装了仪器，并且准备了磁性强弱不同的磁铁，以便改变磁场的强弱，闭合电路后，他先改变导体在磁场中运动的快慢，观察电流表指针摆动幅度的大小。实验发现：导体在磁场中切割磁感线运动的速度越大，电流表指针摆动的幅度越大；然后，他又保持导体运动的快慢不变，换用磁性强的磁铁来做实验，发现磁性越强，电流表指针摆动的幅度越大。对于这么重大的发现，他高兴不已。 （1 （2 （3 （4）请你解释一下为什么手摇发电机的手柄摇得越快，灯泡越亮？ (2) 1．下列情况下，能够产生感应电流的是 （ ） A ．导体在磁场中运动 B ．一段导体在磁场中做切割磁感线运动 C ．使闭合的导体全部在磁场中不动 D ．使闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动 2 （ ） A ．使导体棒A B 上下运动 B ．使导体棒AB 左右运动 C ．使导体棒AB 前后运动 D ．使导体棒AB 静止不动 3．下列四个图所示的实验装置中，用来研究电磁感应现象的是 （ ） 4．以下哪种物理现象的发现和利用，实现了电能大规模生产，使人们从蒸汽时代进入电气时代 （ ） A ．电磁感应现象 B ．电流通过导体发热 C ．电流的磁效应 D ．通电线圈在磁场中会转动 5．下列电气设备中利用电磁感应现象原理工作的是 （ ） A ．电烙铁 B ．发电机 C ．电动机 D ．电磁起重机 6．下课了，小明和同学们对老师桌子上的手摇发电机产生了极大的兴趣，他们争先恐后的做实验，用手摇发电机发电让小灯泡发光。咦？奇怪的现象发生了：为什么小灯泡有时亮，有时暗呢？灯泡的亮暗与什么因素有关呢？请根据这一现象，确立一个研究课题，并写出研究的全过程。 7．为研究某种植物在恒温下生长的规律，物理兴趣小组的同学，设计制作了一台如图15所示的恒温箱。箱内安装了一根电热丝，按实际需要，电热丝每秒应向箱内提供539J 的热量（设电能全部转化为内能）。经选用合适的材料制成后，用220V 的恒压电源供电，测得该电热丝每秒实际供热1100J 。为使电热丝供热达到设计要求，在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下，应在箱外怎样连接一个电阻元件？并通过计算确定这个电阻元件的阻值。 A B C D 电磁感应作业1 d ，倾角为α，轨道顶端连有一阻值为R 的定值电阻，用力将质量为m 、电阻也为R 的导体棒CD 固定于离轨道顶端l 处。整个空间存在垂直轨道平面向上的磁场，磁感应强度B 的变化规律如图(b)所示(图中B 0、t 1已知)，在t ＝t 1时刻撤去外力，之后导体棒下滑距离x 后达到最大速度，导体棒与导轨接触良好，不计导轨电阻，重力加速度为g 。求： (1)0～t 1时间内通过导体棒CD 的电流大小和方向； (2)导体棒CD 的最大速度v m ； (3)导体棒CD 加速运动的时间和该过程中导体棒产生的焦耳热Q 。 解析：(1)由楞次定律可知，流过导体棒CD 的电流方向为D 到C 由法拉第电磁感应定律得E 1＝B 0t 1 ld 由闭合电路欧姆定律得I 1＝E 12R ＝B 0dl 2Rt 1 。 (2)当导体棒CD 下滑最大速度时匀速运动，切割磁感线产生感应电动势E 2 E 2＝B 0dv m ，I 2＝E 2 2R ，mg sin α＝B 0I 2d 解得：v m ＝2mgR sin α B 02d 2 。 (3)设导体棒CD 开始下滑到达到最大速度时间为t ，则由动量定理mg sin α·t －B 0d I ·t ＝mv m －0 又I t ＝q ，q ＝ΔΦR 总＝B 0dx 2R 解得：t ＝2mR B 02d 2＋B 02d 2x 2mgR sin α 下滑过程电阻与导体棒产生热量相等，由能量守恒定律得mgx sin α＝12 mv m 2 ＋2Q 得Q ＝m ????1 2 gx sin α－????mgR sin αB 02d 22。 14. (2018·宁波十校联考)如图所示，竖直放置的“”形光滑导轨宽为L ，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高度均为d ，两者间距也为d ，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里，质量为m 的水平金属杆从距磁场Ⅰ上边界h 处由静止释放，进入磁场Ⅰ时的速度大小和进入磁场Ⅱ时的速度大小相等。金属杆在导轨间的电阻为r ，与导轨接触良好且始终保持水平，导轨上端连接一个定值电阻R ，不计其余电阻和空气阻力，重力加速度为g 。求： (1)金属杆离开每个磁场区域时的速度大小； (2)穿过每个磁场区域过程中金属杆上产生的焦耳热； (3)求穿过每个磁场区域所需的时间。 备战高考物理法拉第电磁感应定律推断题综合经典题及答案解析 一、法拉第电磁感应定律 1．如图所示,在磁感应强度B =1.0 T 的有界匀强磁场中(MN 为边界)，用外力将边长为L =10 cm 的正方形金属线框向右匀速拉出磁场，已知在线框拉出磁场的过程中，ab 边受到的磁场力F 随时间t 变化的关系如图所示，bc 边刚离开磁场的时刻为计时起点(即此时t =0).求: (1)将金属框拉出的过程中产生的热量Q ; (2)线框的电阻R . 【答案】（1）2.0×10-3 J （2）1.0 Ω 【解析】 【详解】 (1)由题意及图象可知，当0t =时刻ab 边的受力最大，为： 10.02N F BIL == 可得： 10.02A 0.2A 1.00.1 F I BL = ==? 线框匀速运动，其受到的安培力为阻力大小即为1F ，由能量守恒： Q W =安310.020.1J 2.010J F L -==?=? (2) 金属框拉出的过程中产生的热量： 2Q I Rt = 线框的电阻： 3 22 2.010Ω 1.0Ω0.20.05 Q R I t -?===? 2．如图甲所示，两根足够长的水平放置的平行的光滑金属导轨，导轨电阻不计，间距为L ，导轨间电阻为R 。PQ 右侧区域处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B ；PQ 左侧区域两导轨间有一面积为S 的圆形磁场区，该区域内磁感应强度随时间变化的图象如图乙所示，取垂直纸面向外为正方向，图象中B 0和t 0都为已知量。一根电阻为r 、质量为m 的导体棒置于导轨上，0?t 0时间内导体棒在水平外力作用下处于静止状态，t 0时刻立即撤掉外力，同时给导体棒瞬时冲量，此后导体棒向右做匀速直线运动，且始终与导轨保持良好接触。求：电磁感应定律的应用教案
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