人教版高中物理选修3第二章《导体切割磁感线运动》讲义及练习

第2讲：导体切割磁感线运动（教师版）__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________1、熟练右手定则的应用。

2、掌握导体切割磁感线运动的处理方法。

1．右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从手心垂直进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。

(2)适用范围：适用于判断闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。

2．导体在匀强磁场中平动(1)一般情况：运动速度v 和磁感线方向夹角为θ，则E ＝Blv sin_θ。

(2)常用情况：运动速度v 和磁感线方向垂直，则E ＝Blv 。

3．导体棒在匀强磁场中转动导体棒以端点为轴，在垂直于磁感线的平面内以角速度ω匀速转动产生感应电动势E ＝12Bωl 2(导体棒的长度为l )。

题目类型:导体平动切割磁感线例1.半径为a 的圆形区域内有匀强磁场,磁感应强度为B =0.2 T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b 的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中a =0.4 m,b =0.6 m,金属圆环上分别接有灯L 1、L2,两灯的电阻均为R0=2 Ω,一金属棒MN与金属圆环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计。

(1)若棒以v0=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO'的瞬间(如图所示)MN中的电动势和流过灯L1的电流。

(2)撤去中间的金属棒MN,将右面的半圆环O L2O'以OO'为轴向上翻转90°,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为 ,求L1的功率。

解析：(1)棒通过圆环直径时切割磁感线的有效长度l=2a,棒中产生的感应电动势为E=Blv=B·2av0=0.2×0.8×5 V=0.8 V。

第一章 电磁感应一、知识点睛1．电磁感应现象 只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流；如果电路不闭合只会产生感应电动势。

这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，是1831年法拉第发现的。

问题为什么会发生电磁感应？ 2．感应电流的产生条件① 回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化是关键，由磁通量的广义公式中φθ=B S ·sin （θ是B 与S 的夹角）看，磁通量的变化∆φ可由面积的变化∆S 引起；可由磁感应强度B 的变化∆B 引起；可由B 与S 的夹角θ的变化∆θ引起；也可由B 、S 、θ中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。

② 闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势， ③ 产生感应电动势、感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

3．法拉第电磁感应定律① 电磁感应规律：感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定。

ε=BLv ——当长L 的导线，以速度v ，在匀强磁场B 中，垂直切割磁感线，其两端间感应电动势的大小为ε。

如图所示。

设产生的感应电流强度为I ，MN 间电动势为ε，则MN 受向左的安培力F BIL =，要保持MN 以v 匀速向右运动，所施外力F F BIL '==，当行进位移为S 时，外力功W BI L S BILv t ==···。

t 为所用时间。

而在t 时间内，电流做功W I t '=··ε，据能量转化关系，W W '=，则I t BILv t ···ε=。

∴ε=BIv ，M 点电势高，N 点电势低。

此公式使用条件是B I v 、、方向相互垂直，如不垂直，则向垂直方向作投影。

② 公式一 εφ=n t ∆∆/。

注意☆:◆ 该式普遍适用于求平均感应电动势。

◆ ε只与穿过电路的磁通量的变化率∆∆φ/t 有关, 而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关。

高中物理复习：导体切割磁感线时的感应电动势【知识点的认识】2．导体切割磁感线的情形以及感应电动势（1）一般情况：运动速度v和磁感线方向夹角为θ，则E＝Blvsinθ。

（2）常用情况：运动速度v和磁感线方向垂直，则E＝Blv。

（3）导体棒在磁场中转动导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝Blv＝Bl2ω（平均速度等于中点位置线速度lω）。

【命题方向】题型一：导体切割磁感线产生感应电动势的分析与计算如图所示，三角形金属导轨EOF上放一金属杆AB，在外力作用下使AB保持与OF垂直，以速度v从O点开始右移，设导轨和金属棒均为粗细相同的同种金属制成，则下列说法正确的是（）A．电路中的感应电动势大小不变B．电路中的感应电动势逐渐增大C．电路中的感应电流大小不变D．电路中的感应电流逐渐减小分析：感应电动势大小根据公式E＝BLv，L是有效的切割长度分析；要判断感应电流，先由电阻定律分析回路中电阻中如何变化，再根据欧姆定律分析。

解答：设导轨和金属棒单位长度的电阻为r。

∠EOF＝α。

A、B从O点开始金属棒运动时间为t时，有效的切割长度 L＝vt•tanα，感应电动势大小 E ＝BLv＝Bvt•tanα•v∝t，则知感应电动势逐渐增大，故A错误，B正确。

C、D根据电阻定律得t时刻回路中总电阻为R＝（vt+vt•tanα+）r感应电流大小为 I＝＝＝与t无关，说明感应电流大小不变，故C正确，D错误。

故选：BC。

点评：本题关键要抓住感应电流既与感应电动势有关，还与回路中的电阻有关，根据物理规律推导解析式，再进行分析。

【解题方法点拨】闭合或不闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体两端将产生感应电动势。

如果电路闭合，电路中形成感应电流。

切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源。

常见的情景有以下几种：1．在E＝BLv中（要求B⊥L、B⊥v、L⊥v，即B、L、v三者两两垂直），式中的L应该取与B、v均垂直的有效长度（所谓导体的有效切割长度，指的是切割导体两端点的连线在同时垂直于v和B的方向上的投影的长度，下图中的有效长度均为ab的长度）。

鑫达捷高中物理学习材料切割磁感线的感应电动势专题1、如图所示，PQRS 为一正方形线框，它以恒定速度向右进入以MN 为边界的磁场，磁场方向垂直于线框平面，MN 线与线框的边成450角。

E 、F 分别为PS 和PQ 的中点，关于线框中的感应电流，正确的说法是（ ）A 、当E 点经过边界MN 时，感应电流最大B 、当P 点经过边界MN 时，感应电流最大C 、当F 点经过边界MN 时，感应电流最大D 、当Q 当E 点经过边界MN 时，感应电流最大点经过边界MN 2、如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab 以水平的初速度v 0抛出，设在整个过程中，棒的取向不变且不计空气阻力，则在金属棒运动过程中产生的感应电动势大小变化情况是（ ）A 、越来越大B 、越来越小C 、保持不变D 、无法判断3机翼保持水平，飞行高度不变。

由于地磁场的作用，金属机翼上有电差。

设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处的电势为φ2（ ）A 、若飞机从西往东飞，φ1比φ2高B 、若飞机从东往西飞，φ2比φ1高C 、若飞机从南往北飞，φ1比φ2高D 、若飞机从北往南飞，φ2比φ1高4、如图所示，粗细均匀的电阻为r 的金属圆环，放在图示的匀强磁中，磁感应强度为B ，圆环直径为L ，长为L 、电阻为r/2的金属棒ab 放在圆环上，以v 0向左运动，当ab 棒运动到图示虚线位置时，金属棒两端电势差为（ ） A 、0 B 、BLv 0C 、BLv 0/2D 、BLv 0/35、直接写出下列各种情况下导线ab 两端的感应电动势的表示式（B 、L 、R 、v 、θ已知） （1）E=________________， （2）E=_______________。

6、导线ab 长1m ，在B=0.5T 匀强磁场中以30/min ab 电势差为____________。

7、如图所示，匀强磁场中固定的金属框架ABC ，导线棒DE 在框架ABC 上沿图示方向匀速平移，框架和导体材料横截面积均相同，接触电阻不计，证明电路中感应电流恒定。

导体棒绕固定点转动切割磁感线问题研究一、基本知识。

导体棒在磁场中转动切割磁感线时，由于各点切割的线速度不同，不能直接用E=BLVsin θ来计算，然导体棒绕定轴转动时依V=rω可知各点的线速度随半径按线性规律变化，因此通常用中点的线速度来替代，即ω2LV=或2BAVVV+=二、例题讲解。

例1：一根导体棒oa 长度为L，电阻不计，绕o 点在垂直于匀强磁场B 的平面内以角速度ω做匀速圆周运动，求其产生的电动势。

解法：利用法拉第电磁感应公式的导出公式E=Blv 求解。

由于杆上各点的线速度都不相同，并且各点的线速度大小正比于该点到o点的距离。

o点速度为零，a点速度最大，为ωl，则整个杆的平均速度为2ωl，相当于棒中点瞬时速度的大小。

产生的电动势由右手定则可以判断电动势的方向为o→a，a 点的电势高于o 点的电势，即a 点相当于电源的正极。

拓展1：存在供电电路例2：金属棒长为l，电阻为r，绕o 点以角速度ω做匀速圆周运动，a 点与金属圆环光滑接触，如图5 所示，图中定值电阻的阻值为R，圆环电阻不计，求Uoa。

解析：图中装置对应的等效电路如图6 所示。

由题根可知，oa 切割磁感线产生的电动势为：，注意，由于棒有内阻。

由全电路欧姆定律：（因为a 点电势高于o 电势）。

点评：①见到这些非常规电路画等效电路是很必要也很有效的方法。

②之所以题目设计为求Uoa，是为了体现求解电势差的注意点。

拓展2：磁场不是普通的匀强磁场例3：其他条件同例3，空间存在的匀强磁场随时间作周期性变化，B=B0sinAt，其中A 为正的常数，以垂直纸面向里为正方向，求Uoa。

解析：由于B 变化，棒oa 切割磁感线产生的电动势不再是恒定值，而是随时间作周期性变化的交变值，由题根可知：此电势差也随时间作周期性变化拓展3：有机械能参与的能量转化问题例4：如图8 所示，一金属圆环和一根金属辐条构成的轮子，可绕垂直于圆环平面的水平轴自由转动，金属环与辐条的电阻不计，质量忽略，辐条长度为L0，轮子处在与之垂直的磁感应强度为B 匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，一阻值为R 的定值电阻通过导线与轮子的中心和边缘相连，轮子外缘同时有绝缘绳绕着，细绳下端挂着质量为m 的重物，求重物下落的稳定速度。

桑水高中物理学习材料桑水制作电磁感应讲义班级 学号 姓名 知识结构重点难点1．电磁感应现象:(1)产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(2)起磁通量变化的类型：2．楞次定律：⑴适用范围：适用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况．⑵内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．⑶对“阻碍”的进一步理解：①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化．“增则反减则同”②阻碍导体的相对运动，可理解为“来则拒去则留”(由磁体相对运动而引起感应电流的情况)．电磁感应产生 条件自感与 互 感 导体切割磁感线运动 穿过闭合电路所围面积中磁通量发生变化 法拉第电磁感应定律㈠ 法拉第电磁感应定律㈡ 大小：ε=BLV方向：右手定则 大小：ε=n t ∆∆φ 方向：楞次定律 自感现象 互感现象 变压器 21U U =21n n P 出=P 入(理想变压器) 交变电流 即时值 U=U m sin ωt I=I m sin ωt 有效值 U=2m U I= 2m I 周期、频率、角频率 T=ωπ21=f桑水③使线圈面积有扩大或缩小的趋势．④阻碍原电流的变化(自感现象)．⑷楞次定律判断感应电流方向的一般步骤：①明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；②明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；③楞次定律判定感应电流的磁场方向；④由安培定则根据感应电流的磁场方向判断出感应电流的方向．3．右手定则：4．法拉第电磁感应定律：(1)感应电动势：感生电动势：由感生电场产生的感应电动势．动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势．(2)公式：E n t ∆Φ=∆ 当△仅由B 引起时，则t B nS E ∆∆=；当△Φ仅由S 引起时，则t S nB E ∆∆=．(3)注意：区分磁通量Φ、磁通量的变化量△Φ和磁通量的变化率t ∆Φ∆磁通量Φ等于磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积，即Φ=BS ，它的意义可以形象地用穿过面的磁感线的条数表示．磁通量的变化量△Φ是指回路在初末两个状态磁通量的变化量，△Φ=Φ2－Φ1．△Φ与某一时刻回路的磁通量Φ无关，当△Φ≠0时，回路中要产生感应电动势，但是△Φ却不能决定感应电动势E 的大小．磁通量的变化率t ∆Φ∆表示的是磁通量变化的快慢，它决定了回路中感应电动势的大小．t ∆Φ∆的大小与Φ、△Φ均无关．(4)部分导体切割磁感线产生的感应电动势的大小：E=BLVsin θ．①若切割磁感线的导体是弯曲的，L 应理解为有效切割长度，即导体在垂直于速度方向上的投影长度．②公式E=BLV 一般适用于在匀强磁场中导体各部分切割速度相同的情况，对一段导体的转动切割，导体上各点线速度不等，取其平均切割速度12L υω=，得212E BL BL υω==．5．互感两个相互靠近的线圈中，有一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感生电动势，这种现象叫做互感，这种电动势叫做互感电动势．变压器就是利用互感现象制成的．6．自感：对自感要搞清楚通电自感和断电自感两个基本问题，尤其是断电自感，特别模糊的是断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题，如图9-2-10所示，原来电路闭合处于稳图9-2-10桑水B A I (a )(b)itt2t1定状态，L与A并联，其电流分别为IL和IA，都是从左向右．在断开K的瞬时，灯A中原来的从左向右的电流IA立即消失．但是灯A与线圈L组成一闭合回路，由于L的自感作用，其中的电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱维持短暂的的时间，这个时间内灯A中有从右向左的电流通过．这时通过A的电流是从IL开始减弱，如果原来IL＞IA，则在灯A熄灭之前要闪亮一下；如果原来IL≤IA，则灯A逐渐熄灭不再闪亮一下．原来的IL和IA哪一个大，要由L的直流电阻RL与A的电阻RA的大小来决定．如果RL≥RA，则IL≤IA；如果RL＜RA，则IL＞IA．7．感应电量．回路中发生磁通量变化时，由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流，在△t内迁移的电量(感应电量)q：8．电磁感应现象中的综合问题⑴电磁感应中的力学问题：在电磁感应的力学问题中，由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约的关系，故导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一稳定状态．分析这一动态过程进而确定最终状态是解决这类问题的关键所在．分析顺序一般为：①首先分析导体最初在磁场中的运动状态和受力情况；②再分析由于运动状态变化，导体受到的磁场力、合外力的变化；③再分析由于合外力的变化，导体的加速度、速度又会怎样变，从而又引起感应电流、磁场力、合力怎么变；④最终明确导体所能达到的是何种稳定状态．⑵电磁感应中的电路问题：在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势而成为电源，将它们跟电阻、电容等构成回路即为电磁感应中的电路问题．解决这类问题时，找准电源、正确判断感应电动势的方向(即电源的正负极)是关键．分析求解的一般步骤为：①确定电源，求出电动势(或其表达式)；②分析电路结构，明确内、外电路；③正确运用稳恒电流求解．⑶电磁感应中的能量转化问题：导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，则有机械能或其他形式的能量转化为电能，通过安培力做功，电能最终又转化为内能或机械能．因此，电磁感应过程问题伴随着能量转化．功是能量转化的量度，做功与能量转化的形式相对应，所以从能量转化的观点出发，结合动能定理、能量守恒定律、功能关系来分析导体的动能、势能、电能的变化，就可以建立相应的能量方程．⑷电磁感应中的图像问题：电磁感应教学中涉及的图像一般有以下两种：①各物理量随时间t变化的图像，即B—t图线、Φ--t图线、E--t图线、I--t图线等．②各物理量随线圈或导体的位移x变化的图线．常有E--x图线、I--x图线等．图像问题大致可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像或由给定的图像分析电磁感应过程．电磁感应中的图像问题一般需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决．例题精选1．如图（a）所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图（b）所示的变化电流，t=0时电流方向为顺时针（箭头所示）。