法拉第电磁感应定律的应用(一)人教版
- 格式:doc
- 大小:98.00 KB
- 文档页数:2
法拉第电磁感应定律及其应用-精美解析版 (1)1 4×3R=34R当导体棒向右运动的过程中,开始时的电阻值:R0=R1×(R1+R2)R1+(R1+R2)=916R当导体棒位于中间位置时,左右两侧的电阻值是相等的,此时:R中=3R2⋅3R23R2+3R2=34R>916R,可知当导体棒向右运动的过程中,开始时的电阻值小于中间位置处的电阻值,所以当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小。
A、导体棒由靠近ad边向bc边匀速滑动的过程中,产生的感应电动势E=BLv,保持不变,外电路总电阻先增大后减小,由欧姆定律分析得知电路中的总电流先减小后增大,即PQ中电流先减小后增大。
故A错误。
B、PQ中电流先减小后增大,PQ两端电压为路端电压,U=E−IR,可知PQ两端的电压先增大后减小。
故B错误;C、导体棒匀速运动,PQ上外力的功率等于回路的电功率,而回路的总电阻R先增大后减小,由P=E2R得知,PQ上外力的功率先减小后增大。
故C正确。
D、由以上的分析可知,导体棒PQ上的电阻始终大于线框的电阻,当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小,根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知,当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大,所以可得线框消耗的电功率先增大后减小。
故D错误。
故选:C。
本题分段过程分析:当PQ从左端滑到ab中点的过程和从ab中点滑到右端的过程,抓住PQ产生的感应电动势不变.导体棒由靠近ab边向dc边匀速滑动的过程中,产生的感应电动势不变,外电路总电阻先增大后减小,由欧姆定律分析PQ两端的电压如何变化;由题意,PQ上外力的功率等于电功率,由P= E2,分析功率的变化;R当PQ从左端滑到ab中点的过程中,由于总电阻增大,则干路电流减小,PQcb回路的电阻减小,通过cb的电流增大,可知ab中电流减小;当PQ从ab中点滑到右端的过程中,干路电流增大,PQda回路的电阻增大,PQ两端的电压减小,可知ab中电流减小;根据矩形线框总电阻与PQ电阻的关系,分析其功率如何变化.当矩形线框的总电阻等于PQ 的电阻时,线框的功率最大.本题一要分析清楚线框总电阻如何变化,抓住PQ位于ad中点时线框总电阻最大,分析电压的变化和电流的变化;二要根据推论:外电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大,分析功率的变化.1.如图(a)所示,半径为r的带缺口刚性金属圆环固定在水平面内,缺口两端引出两根导线,与电阻R构成闭合回路.若圆环内加一垂直于纸面变化的磁场,变化规律如图(b)所示.规定磁场方向垂直纸面向里为正,不计金属圆环的电阻.以下说法正确的是()A. 0−1s内,流过电阻R的电流方向为a→bB. 1−2s内,回路中的电流逐渐减小C. 2−3s内,穿过金属圆环的磁通量在减小D. t=2s时,U ab=πr2B0D(济南一中)解:A、依据楞次定律,在0−1s 内,穿过线圈的向里磁通量增大,则线圈中产生顺时针方向感应电流,那么流过电阻R的电流方向为b→a,故A错误;B、在1−2s内,穿过线圈的磁通量均匀减小,根据法拉第电磁感应定律,则回路中的电流恒定不变,故B错误;C、在2−3s内,穿过金属圆环的磁通量在增大,故C错误;D、当t=2s时,根据法拉第电磁感应定律,S=πr2B0;E=△B△t因不计金属圆环的电阻,因此U ab=E=πr2B0,故D正确;故选:D。
电磁感应定律的应用(一) 知识点1、感生电动势例题1、一匀强磁场,磁场方向垂直纸面,规定向里的方向为正。
在磁场中有一细金属圆环,线圈平面位于纸面内,如图甲所示。
现令磁感应强度B 随时间t 变化,先按图乙中所示的Oa 图象变化,后来又按图象bc 和cd 变化,令E 1、E 2、E 3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小,I 1,I 2,I 3分别表示对应的感应电流,则( BD )A .E 1>E 2,I 1沿逆时针方向,I 2沿顺时针方向B .E 1<E 2,I 1沿逆时针方向,I 2沿顺时针方向C .E 1<E 2,I 2沿顺时针方向,I 3沿逆时针方向D .E 2=E 3,I 2沿顺时针方向,I 3沿顺时针方向 例题2.如图,线圈内有理想边界的匀强磁场,当磁感应强度均匀增加时,有一带电微粒静止于水平放置的平行板电容器中间,若线圈的匝数为n ,粒子的质量为m ,带电量为q ,线圈面积为s ,平行板电容器两板间的距离为d ,求磁感应强度的变化率。
例题3、如图18(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18(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。
(1)20203n B r Rt π,电流由b 向a 通过1R (2)2224021229n B r t Rt π 练习、如图所示,U 形导线框固定在水平面上,右端放有质量为m 的金属棒ab ,ab 与导轨间的动摩擦因数为μ,它们围成的矩形边长分别为L 1、L 2,回路的总电阻为R 。
从t =0时刻起,在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场B =kt ,(k >0)那么在t 为多大时,金属棒开始移动2212211,L L k mgRt mg R L kL L kt μμ==⋅⋅ 知识点2、动生电动势例题.如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B ,方向相反B甲乙顺时针Oabcd12345678910t× × ×× × × × × × ×baBL 1L 2且垂直纸面,MN 、PQ 为其边界,OO ′为其对称轴。
图6—
1
图6—
2
图6—
3 6—
4 第六课时 法拉第电磁感应定律的应用(一)
目标引领
知道感应电流与导体切割磁感线运动的加速度间的相互制约关系,会利用牛顿运动定律和动能定理等力学规律处理有关电磁感应的问题。
教师在线
例1、如图6—1所示,虚线框abcd 内为一矩形匀强磁场区域,ab=2bc ,磁场方向垂直于纸面;实线框a′b′c′d′是一正方形导线框,a′b′边与ab 边平行。
若将导线框匀速地拉离磁场区域,以W 1表示沿平行于ab 的方向拉出过程中外力所做的功,W 2表示以同样速率沿平行于bc 的方向拉出过程中外力所做的功,则 ( )
A 、W 1=W 2
B 、W 2=2W 1
C 、W 1=2W 2
D 、W 2=4W 1
例2、如图6—2所示,导线框abcd 固定在竖直平面内,bc 段的电阻为R ,其它电阻均可忽略,ef 是一电阻可忽略的水平放置的导体杆,杆长为l ,质量为m ,杆的两端分别与ab 和cd 保持良好接触,又能沿它们无摩擦地滑动.整个装置放在磁感强度为B 的匀强磁场中,磁场方向与框面垂直,现用一恒力F 竖直向上拉ef ,使ef 向上运动,求ef 上升速度的最大值。
例3、如图6—3所示,长为L 、电阻为r=0.3Ω、质量m=0.1kg 的金属棒CD 垂直搁在位于水平面上的两条平行光滑导轨上,两导轨间距也是L ,棒与导轨间接触良好,导轨电阻不计,导轨左端接有R=0.5Ω的电阻,量程为0—1.0V 的电压表接在电阻R 的两端,量程为0—3A 的电流表串联在电路中,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面,现以向右恒定外力F 使金属棒右移。
当金属棒以2m/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,而另一个电表未满偏,问
(1)此满偏的电表是什么表?说明理由。
(2)拉动金属棒的外力F 是多大?
(3)此时撤去外力F 金属棒将逐渐慢下来,最终停止在导轨上,求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻的R 电量。
同步训练
1、如图6—4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,磁感强度为及一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下。
经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度v 0,则( )
A 、如果
B 增大,v 0将变大 B 、如果α变大,v 0将变大
C 、如果R 变大,v 0将变大
D 、如果m 变小,v 0将变大
图6—
5 图6— 6
图6—
7
图6—
8 图6—9 2、如图6—5所示,三个线框是用同一种金属材料制成的边长相同的正方形,a 线框不闭合,b 和c 都闭合,b 线框的导线比c 粗。
将它们在竖直平面内从相同高度由静止释放,图中水平虚线的下方是方向垂直于线框所在面的匀强磁场。
下列关于三个线框落地时间的说法正确的是:( )
A 、三线框同时落地
B 、a 线框最先落地
C 、b 线框比c 线框后落地
D 、b 线框和c 线框同时落地
3、如图6—6所示,光滑的平行导轨竖直放置在匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直,
磁感应强度B =0.5T 。
导轨电阻不计,间距为0.2m 。
金属棒ab 、cd 的电阻都为0.1Ω,重力都为0.1N ,用竖直向上的力F
拉金属棒ab 匀速上升(两棒与导轨接触良好),ab 上升时,cd 恰好能保持静止不动,
ab 向上运动的速度 在2s 内,拉力做功转化为电能的是 4、如图6—7所示,MN 为裸金属杆,在重力的作用下,贴着竖直平面内的光滑金属长直导轨下滑,导轨的间距L=10cm ,导轨的上端接有R=0.5Ω的电阻,导轨和金属杆的电阻不计,整个装置处于B=0.5T 的水平匀强磁场中,当杆稳定匀速下落垂直切割磁感线时,每秒有0.02J 的重力势能转化为电能,则这时MN 杆的下落速度v 的大小等于多少?
5、如图6—8所示,AB 和CD 是两根足够长的平行光滑金属导轨,两导轨的间距
为L ,导轨平面与水平面的夹角为θ,两导轨间有垂直导轨平面向上的匀强磁场,
磁感应强度为B 。
导轨AC 间连有电阻R 。
若将一垂直于导轨、质量为M 的金属棒
EF 在距BD 端为s 处由静止释放,则EF 棒滑至底端前,会经历加速和匀速两种运
动。
若用大小为F 、方向沿斜面向上的恒力把EF 棒从BD 端由静止推至距BD 端为
s 处,撤去恒力F ,棒EF 最后又回到BD 端。
金属棒电阻和导轨电阻均不计,求:
(1)EF 棒下滑过程中的最大速度。
(2)EF 棒自BD 端出发又回到BD 端的整个过
程中,有多少电能通过电阻R 转化为内能?
拓展尝新
6、为了测量列车运行的速度和加速度大小,可采用如图的装置,它是由一块
安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录
仪组成(记录测量仪未画出)。
当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被
记录下来,就能显示出列车在各位置的速度和加速度。
如图6—9所示,假设
磁体端部磁感强度B =0.004T ,且全部集中在端面范围内,与端面相垂直磁体
的宽度与线圈宽度相同,且都很小,线圈匝数n=5,长l=0.2m,电阻R =
0.4Ω(包括引出线的电阻),测试记录下来的电流―位移图,如图所示试计算
在离O 点(原点)30m、130m处列车的速度v1、v2的大小?假设列车做的是
匀加速直线运动,求列车的加速度大小?。