电磁感应的现象的两类情况
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高考物理电磁感应现象压轴题知识归纳总结含答案解析一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.如图所示,质量为4m 的物块与边长为L 、质量为m 、阻值为R 的正方形金属线圈abcd 由绕过轻质光滑定滑轮的绝缘细线相连,已知细线与斜面平行,物块放在光滑且足够长的固定斜面上,斜面倾角为300。
垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为B ,磁场上下边缘的高度为L ,上边界距离滑轮足够远,线圈ab 边距离磁场下边界的距离也为L 。
现将物块由静止释放,已知线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动,不计空气阻力,重力加速度为g ,求:(1)线圈刚进入磁场时ab 两点的电势差大小 (2)线圈通过磁场的过程中产生的热量【答案】(1)3245ab U BL gL =;(2)32244532m g R Q mgL B L =-【解析】 【详解】(1)从开始运动到ab 边刚进入磁场,根据机械能守恒定律可得214sin 30(4)2mgL mgL m m v =++,25v gL =应电动势E BLv =,此时ab 边相当于是电源,感应电流的方向为badcb ,a 为正极,b 为负极,所以ab 的电势差等于电路的路端电压,可得332445ab U E BL gL == (2)线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动,所以线圈和物块均合外力为0,可得绳子的拉力为2mg ,线圈受的安培力为mg ,所以线圈匀速的速度满足22mB L v mg R=,从ab 边刚进入磁场到cd 边刚离开磁场,根据能量守恒定律可知2143sin 3(4)2m mg L mgL m m v Q θ=+++,32244532m g R Q mgL B L=-2.如图,垂直于纸面的磁感应强度为B ,边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场,在线圈进入磁场过程中,求:(1)线圈进入磁场时的速度 v 。
第五节电磁感应现象的两类情况素养目标定位※了解电磁感应两种情况下电动势的产生机理※※能够运用电磁感应规律熟练解决相关问题,素养思维脉络知识点1 电磁感应现象中的感生电场1.感生电场(1)产生英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出:__变化__的磁场能在周围空间激发__电场__,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫做__感生电场__。
(2)特点感生电场线与磁场方向__垂直__。
感生电场的强弱与磁感应强度的__变化率__有关。
2.感生电动势(1)感生电场的作用感生电场对自由电荷的作用就相当于电源内部的非静电力。
(2)感生电动势磁场变化时,感应电动势是由__感生电场__产生的,它也叫感生电动势。
3.感生电场的方向磁场变化时,垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中__感应电流__的方向就表示感生电场的方向。
知识点2 电磁感应现象中的洛伦兹力1.成因导体棒做切割磁感线运动,导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动,并因此受到__洛伦兹力__。
2.动生电动势(1)定义:如果感应电动势是由于__导体运动__产生的,它也叫做动生电动势。
(2)非静电力:动生电动势中,非静电力是__洛伦兹力__沿导体棒方向的分力。
3.导体切割磁感线时的能量转化当闭合电路的一部分导体切割磁感线时,回路中产生感应电流,导体受到安培力的作用。
__安培力__阻碍导体的切割运动,要维持匀速运动,外力必须__克服安培力做功__,因此产生感应电流的过程就是__其他形式__的能转变为电能的过程。
思考辨析『判一判』(1)如果空间不存在闭合电路,变化的磁场周围不会产生感生电场。
( ×)(2)处于变化磁场中的导体,其内部自由电荷定向移动,是由于受到感生电场的作用。
( √)(3)感生电场就是感应电动势。
( ×)(4)动生电动势(切割磁感线产生的电动势)产生的原因是导体内部的自由电荷受到洛伦兹力的作用。
( √)(5)产生动生电动势时,洛伦兹力对自由电荷做了功。
高考物理压轴题之电磁感应现象的两类情况(高考题型整理,突破提升)含详细答案一、电磁感应现象的两类情况1.如图所示,水平放置的两根平行光滑金属导轨固定在平台上导轨间距为1m ,处在磁感应强度为2T 、竖直向下的匀强磁场中,平台离地面的高度为h =3.2m 初始时刻,质量为2kg 的杆ab 与导轨垂直且处于静止,距离导轨边缘为d =2m ,质量同为2kg 的杆cd 与导轨垂直,以初速度v 0=15m/s 进入磁场区域最终发现两杆先后落在地面上.已知两杆的电阻均为r =1Ω,导轨电阻不计,两杆落地点之间的距离s =4m (整个过程中两杆始终不相碰)(1)求ab 杆从磁场边缘射出时的速度大小; (2)当ab 杆射出时求cd 杆运动的距离;(3)在两根杆相互作用的过程中,求回路中产生的电能.【答案】(1) 210m/s v =;(2) cd 杆运动距离为7m ; (3) 电路中损耗的焦耳热为100J . 【解析】 【详解】(1)设ab 、cd 杆从磁场边缘射出时的速度分别为1v 、2v设ab 杆落地点的水平位移为x ,cd 杆落地点的水平位移为x s +,则有2h x v g =2h x s v g+=根据动量守恒012mv mv mv =+求得:210m/s v =(2)ab 杆运动距离为d ,对ab 杆应用动量定理1BIL t BLq mv ==V设cd 杆运动距离为d x +∆22BL xq r r∆Φ∆== 解得1222rmv x B L ∆=cd 杆运动距离为12227m rmv d x d B L+∆=+= (3)根据能量守恒,电路中损耗的焦耳热等于系统损失的机械能222012111100J 222Q mv mv mv =--=2.如图所示,无限长平行金属导轨EF 、PQ 固定在倾角θ=37°的光滑绝缘斜面上,轨道间距L=1m ,底部接入一阻值R=0.06Ω的定值电阻,上端开口,垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T 。
第四章《电磁感应》第5讲《电磁感应现象的两类情况》
【计划课时】 3 课时
【学习目标】
1知道感生电场。
2知道感生电动势和动生电动势及其区别与联系。
【教学重难点】
1.对感生电动势与动生电动势实质的理解
【自主学习】
1、电磁感应现象中的感生电场与感生电动势
教材图4.5-1,穿过闭合回路的磁场增强,在回路中产生感应电流。
是什么力充当非静电力使得自由电荷发生定向运动呢?
什么是感生电动势?
感生电场的方向应如何判断?
提示:回想一下,感应电流的方向如何判断?电流的方向与电荷移动的方向有何关系?
若导体中的自由电荷是负电荷,能否用楞次定律判定?
下面通过例题看一下这方面的应用。
a被加速的电子带什么电?
b电子逆时针运动,等效电流方向如何?
c加速电场的方向如何?
d使电子加速的电场是什么电场?
e电磁铁的磁场怎样变化才能产生顺时针方向的感生电场?为什么?
2、电磁感应现象中的洛伦兹力与动生电动势
什么是动生电动势?
如图所示,导体棒运动过程中产生感应电流,试分析电路中的能量转化情况。
【自我检测】课后练习
1电势差,
2 (1)(3)
3
【要点探究】
要点一感生电场与感生电动势
(1)特点:
①变化的磁场周围产生感生电场,与闭合电路是否存在无关.如果在变化的磁场中放一个闭
合电路,电路中的自由电荷在感生电场作用下,做定向移动,形成电流.在这种情况下所
谓的非静电力就是感生电场的作用.
②感应电场是电场的一种形式,是客观存在的一种特殊物质.
③感生电场可用电场线形象描述,但感生电场的电场线是闭合曲线,所以感生电场又称为
涡旋电场.这一点与静电场不同,静电场的电场线不闭合.
④感生电场可以对带电粒子做功,可使带电粒子加速和偏转.
(2)感生电场方向的判定
据楞次定律和右手螺旋定则判定.判定时可先假设有导体存在,推出的感应电流的方向,就是感生电场的方向.
例题 1如图所示,一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,而使电路中产生了感应电动势,下列说法中正确的是()
A.磁场变化时,会在在空间中激发一种电场
B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D.以上说法都不对
练习下列哪些说法是正确的()
A.磁场变化时会在空间激发电场
B.处于变化磁场中的导体中的自由电荷定向移动,是由于受到感生电场的作用
磁场变强
C.感生电场就是感应电动势
D.以上说法都不对
要点二洛仑兹力与动生电动势
(1)一段导体在做切割磁感线的运动时相当于一个电源,这时的非静电力与洛伦兹力有关.
(2)产生感应电动势原因分析:
①导体在磁场中做切割磁感线运动时,产生感应电动势(它也叫做“动生电动势”),它是由于导体中
自由电子受洛伦兹力作用而引起的.
②感应电动势的产生实质是洛伦兹力(非静电力)对自由电荷做了功;
③导体棒在磁场中运动过程中要受到安培力作用,要维持导体棒运动,外力必须克服安培力做功,
因此产生电流的过程是其他形式的能转化为电能的过程.
讨论:洛伦兹力总是与电荷的运动方向垂直,因此,洛伦兹力对电荷不做
功,但是感生电动势又等于洛伦兹力搬运单位正电荷所做的功,这就是说
两者有矛盾,你怎样理解这一问题?(在右图上画一画)
例题 2如图所示,导体AB在做切割磁感线运动时,将产生一个电动势,因而在电路中有电流通过,下列说法中正确的是()
A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B.动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C.动生电动势的产生与电场力有关
D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的
要点三比较
感生电动势动生电动势产生原因
移动电荷的非静电力
回路中相当于电源的部分
方向判断的方法
大小计算方法
要点四综合应用
【例3】如图所示,两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方
向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,另外两根与上述光滑导轨保持
良好接触的金属杆ab、cd质量均为m,电阻均为R,若要使cd静止不动,则
ab杆应向_________运动,速度大小为_______,作用于ab杆上的外力大小为
____________
课后练习4答案:
【针对训练】
1.如图所示,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动,
当磁感应强度均匀增大时,此粒子的动能将()
A.不变B.增加C.减少D .以上情况都可能
2.某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线,这可能是()
A.沿AB方向磁场的迅速减弱
B.沿AB方向磁场的迅速增强
C.沿BA方向磁场的迅速增强
D.沿BA方向磁场的迅速减弱
3.在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是()
4.内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于圆环直径的带正电的小
球,以速率v0沿逆时针方向匀速转动,若在此空间突然加上方向竖直向上、磁
感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场.设运动过程中小球带电荷量不变,
那么(如图所示)()
A.小球对玻璃圆环的压力一定不断增大
B.小球所受的磁场力一定不断增大
C. 小球先沿逆时针方向减速运动,之后沿顺时针方向加速运动
D.磁场力对小球一直不做功
5.穿过一个电阻为l Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb,则()A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V B.线圈中的感应电动势一定是2 V
C.线圈中的感应电流一定是每秒减少2 A D.线圈中的感应电流一定是2 A
6.在匀强磁场中,ab、cd两根导体棒沿两根导轨分别以速度v1、v2滑动,
如图所示,下列情况中,能使电容器获得最多电荷量且左边极板带正电的
是()
A.v1=v2,方向都向右B.v1=v2,方向都向左
C.v1>v2,v1向右,v2向左D.v1>v2,v1向左,v2向右
7.一直升机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为L,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如果忽略a到转轴中心线的距离,用ε表示每个叶片中的感应电动势,如图所示则()
A.ε=πfL2B,且a点电势低于b点电势
B.ε=2πfL2B,且a点电势低于b点电势
C.ε=πfL2B,且a点电势高于b点电势
D.ε=2πfL2B,且a点电势高于b点电势
8.如图所示,两个比荷相同的都带正电荷的粒子a
和b以相同的动能在匀强磁场中运动,a从B1区运动
到B2区,已知B2>B1;b开始在磁感应强度为B1的
磁场中做匀速圆周运动,然后磁场逐渐增加到B2.则
a、b两粒子的动能将()
A.a不变,b增大B.a不变,b变小
C.a、b都变大D.a、b都不变
9.如图所示,一金属方框abcd 从离磁场区域上方高h 处自由落下,然后进入与线框平面垂直的匀强磁场中,在进入磁场的过程中,可能发生的情况是( )
A .线框做加速运动,加速度a <g
B .线框做匀速运动
C .线框做减速运动
D .线框会跳回原处
10.如图所示,等腰直角三角形OPQ 内存在垂直纸面向里的匀强磁场,它的OP 边在x 轴上且长为l ,纸面内一边长为l 的正方形导线框的一条边也在x 轴上,且线框沿x 轴正方向以恒定的速度v 穿过磁场区域,在t =0时该线框恰好位于图中的所示位置.现规定顺时针方向为导线框中电流的正方向,则在线框穿越磁场区域的过程中,感应电流i 随时间t 变化的图线是( )
11.一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中,设向里为磁感应强度B 的正方向.线圈中的箭头为电流i 的正方向,如图1所示,已知线圈中感应电流i 随时间变化的图象如图2所示,则磁感应强度随时间而变化的图象可能是图中的( )
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出(如图),第一次速度为v 1,第二次速度为v 2,且
v 2=2v 1,则两情况下拉力的功之比W 1W 2=________,拉力的功率之比P 1
P 2
=________,线圈中产生的焦耳热
之比Q 1
Q 2
=________.
13.如图所示,面积为0.2 m 2的100匝线圈处在匀强磁场中,磁场方问垂直于线圈平面,已知磁感应强度随时间变化的规律为B =(2+0.2t )T ,定值电阻R 1=6Ω,线圈电阻R 2=4Ω,求:
(1)磁通量变化率,回路的感应电动势; (2)a 、b 两点间电压U ab
14.如图所示,在物理实验中,常用“冲击式电流计”来测定通过某闭合电路的电荷量.探测器线圈和冲击电流计串联后,又能测定磁场的磁感应强度.已知线圈匝数为n ,面积为S ,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R ,把线圈放在被测匀强磁场中,开始时线圈与磁场方向垂直,现将线圈翻转180°,冲击式电流计测出通过线圈的电荷量为q ,由此可知,被测磁场的磁磁感应强度B 多大?
15.某空间存在以ab ,cd 为边界的匀强磁场区域,磁感应强度大小为B ,方向垂直纸面向里,区域宽为L1,现有一矩形线框处在图中纸面内,它的短边与ab 重合,长度为L 2,长边长度为2L 1,某时刻线框以初速度v 0沿与ab 垂直的方向进入磁场区域,同时某人对线框施以作用力,使它的速度大小和方向保持不变.设该线框的电阻为R ,则从线框开始进入磁场到完全离开磁场的过程中,人对线框作用力做的功等于________________.。