高中物理电磁感应复习.ppt

1,电磁感应专题复习,2,一、正确认识电磁感应现象及其产生条件,电磁感应现象： 导体中产生感应电动势的现象。,产生条件: 磁通量发生变化（0）,相关题目：导学Page177-(3)等,3,例1,U形磁铁两个磁极间区域 通常可认为是匀强磁场，如 图所示是一矩形线圈在U形 磁铁上（或附近）的四个位 置。当矩形线圈发生下列运 动时，能产生感应电流的是 （ ） A.将线圈由位置1移至2的过程中 B.将线圈按如图放置在位置3，并以较小的 振幅左右平动 C.将线圈按图示放置在位置3，并以恒定的 角速度绕轴OO转动 D.将线圈按图示由位置3平移到位置4的 过程中,AC,4,矩形线圈按图示放置在3位置，并以恒定 角速度绕轴OO转动，试分析当它由图示 位置转过90和180的瞬间，线圈中是否有 感应电流？,转过90时，没有感应电流； 转过180时，有感应电流。,领会产生条件、 熟悉典型磁场磁感线分布、 弄清线圈位置及变化。,5,二、正确理解法拉第电磁感应定律及推论,法拉第电磁感应定律：,推论（适用于简单切割）：,(区分 ： ）,与无关,决定有无,决定大小,(转动 切割),6,一直升飞机停在南半球 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。直升飞机螺旋 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，螺旋桨按顺时针方 向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为 b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离 ，用表示每个叶片中的感应电动势，则( ) Afl2B，且a点电势低于b点电势 B2fl2B，且a点电势低于b点电势 Cfl2B，且a点电势高于b点电势 D2fl2B，且a点电势高于b点电势,例2,A,7,(平均值),(瞬时值),用于求电量Q,8,例3,将一条形磁铁插入一个线圈,第一次插入历时 0.2s，第二次插入历时1.0s，则（ ） A.第一次插入与第二次插入通过线圈的电量 之比是15 B.第一次插入与第二次插入线圈中产生的平均 电动势之比是51 C.第一次插入与第二次插入产生的热量之比 是11 D.第一次插入与第二次插入线圈中时的平均 感应电流之比为51,BD,9,三、正确理解并灵活应用楞次定律,判断感应电流方向的方法：,右手定则,楞次定律,“阻碍原磁场的变化”,10,例4,如图所示,导线框abcd与通电 直导线在同一平面内，直导线 通有恒定电流并通过ad和bc的 中点，当线框向右运动的瞬间， 则（ ） A.线框中有感应电流，且按顺时针方向 B.线框中有感应电流，且按逆时针方向 C.线框中有感应电流，但方向难以判断 D.穿过线框的磁通量为零，线框中没有感应 电流,B,11,例5,如图(a)所示,在直导线MN上通有如图(b)所示 的交流电。设由M到N为电流的正方向，从t=0开 始的一个周期的时间内，线圈中感应电流的方 向变化情况是（ ） A.先顺时针，后逆时针 B.先逆时针，后顺时针 C.顺时针逆时针顺时针逆时针 D.逆时针顺时针逆时针顺时针,A,12,例6,沿oo看，abcd顺时针 旋转ABCD怎么动？,磁铁突然向铜环运动 铜环怎么动？,条磁自由下落到O点 两根导线将怎么动？,螺线管中电流突然 增大圆环会受到 什么方向的力？,13,四、分析和计算含电磁感应的电路,切割磁感线的导体 或 磁通量变化的线圈,相当于电源,若它们有电阻,相当于内阻,它们两端电压,相当于路端电压,(会判断电势高低),其余部分,相当于外电路,画出等效电路,按电路题处理.,14,14,粗细均习的电阻丝围成的正方形线框 置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于 线框平面，其边界与正方形线框的边平行。 现使线框以同样大小的速度沿四个不同 方向平移出磁场，如图所示，则在移出 过程中线框的一边a、b两点间电势差绝 对值最大的是（ ）,例7,B,15,例8,如图所示,两个线圈套在 同一个铁芯上,线圈的绕向 在图中已经表示.左线圈连 着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直 方向上放着金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁 场中。下列说法中正确的是( ) A.当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点， c点电势高于d点 B.当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点， c点与d点等电势 C.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点， c点电势高于d点 D.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点， d点电势高于c点,BD,例8,16,如图甲所示，截面积为0.2 m2的100匝圆形线圈A处在变 化的磁场中，磁场方向垂直纸面，其磁感应强度B随时间t的 变化规律如图乙所示。设垂直纸面向里为B的正方向，线圈 A上的箭头为感应电流I的正方向，R1=4 ，R2=6 ，C=30 F，线圈内阻不计。求电容器充电时的电压和2 s后电容器 放电的电荷量。,例9,17,【解析】由题意可知圆形线圈A上产生的感应电动势 E=n(B/t)S=1000.020.2 V=0.4 V， 电路中的电流I=E/(R1+R2)=0.4 V/(4 +6 )=0.04 A。 电容器充电时的电压UC=IR2=0.04 A6 =0.24 V， 2 s后电容器放电的电荷量Q=CUC=3010-6 F0.24V =7.210-6 C。,此题是法拉第电磁感应定律与电路问题相结合的题目，又借助图象提供一定条件来求电容器的电压和电量，是一道综合性较强的题目，但只要你对每一部分的知识熟悉，并能够灵活运用知识体系，也是不难做的。,18,如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.8 T，竖直向下穿过水平放置的矩形线框MNQP，MN=PQ=2 m，MP=NQ=1 m，ab是用与线框相同的导线制成，它们单位长度的电阻R0=0.1 /m，不计摩擦。ab杆从MP处开始以v=5 m/s的速度向右匀速滑动。 (1)关于ab杆两端的电势差的讨论： 某同学认为：ab杆两端的电势差Uab就是路端电压，ab杆 匀速切割磁感线时，感应电动势大小恒定，且内电阻r大 小不变。当ab杆滑至线框正中间时，外电路电阻最大， 此时，Uab有最大值，也即Uab的值是先变大后变小。 你认为该同学的判断是否正确？若他判断错误，你重新分析，并确定Uab的大小。 若他的判断正确，请算出Uab的最大值。 (2)关于线框MNQP的电功率P的讨论： 某同学认为：既然ab杆滑至线框正中间时，路端电压最大，此时线框MNQP的电 功率P也最大，所以P的值是先变大后变小。 你认为该同学的判断是否正确？请作出评价，并说明理由。(不需要定量计算),【答案】(1)正确 Uab最大值2.4 V (2)错误。线框MNQP的电功率P就是电源输出功率，当R=r时，P最大，而ab杆在正中间位置的两侧某处，均有R=r。 所以，线框MNQP的电功率P先变大、后变小、再变大、再变小。,例10,19,五 电磁感应现象中的力学问题,1.处理电磁感应中力学问题的基本方法 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向； (2)求回路中的电流大小； (3)分析研究导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)； (4)列动力学方程或平衡方程求解。,电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化，周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定状态，抓住a=0时，速度v达最大值。,20,例11,竖直平面内有很长两条平行金属导轨 MN和PQ，如图所示。M、P间接一只电阻 R。质量为m的金属杆ab两端套在导轨上， 使其下滑时始终与导轨良好接触。加上 一个垂直导轨平面的匀强磁场，自由放 开ab。若不计摩擦和电阻，则ab的运动 将是（ ） A.自由落体运动 B.最终作匀速运动 C.ag的匀加速运动 D.ag的匀减速运动,B,21,如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为 L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。 一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止 释放。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最 终稳定为I。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且 始终保持水平，不计导轨的电阻。求： (1)磁感应强度的大小B； (2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v； (3)流经电流表电流的最大值Im。,例12,22,【解析】 (1)电流稳定后，导体棒做匀速运动，则有BIL=mg 解得B=mg/(IL) (2)感应电动势E=BLv 感应电流I=E/R 由式解得v=I2R/(mg)。 (3)由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm 由机械能守恒定律得(1/2)mvm2=mgh 感应电动势的最大值Em=BLvm 感应电流的最大值Im=Em/R 解得 。,由电流稳定可知，导体棒的速度达到最大而做匀速运动，从而得出安培力与重力平衡是求解此题的关键。,23,如图所示，在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为R的固定电阻，两导轨所决定的平面与水平面成30角。今将一质量为m、长为l的导体棒ab垂直放于导轨上，并使其由静止开始下滑。已知导体棒电阻为r，整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，磁感应强度为B。求导体棒最终下滑的速度及电阻R最终发热功率分别为多少？,【答案】,例13,24,1.运动的动态分析,2.能量转化特点,六 电磁感应现象中的能量问题,电磁感应与力学综合问题中的运动的动态分析和能量转化特点,25,如图所示，固定在水平绝缘平面上足够长的金 属导轨 不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R，质量 为m的金属棒(电阻也不计)放在导轨上，并与导轨垂直， 整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直。用 水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中，下列说法 正确的是( ) A.恒力F做的功等于电路产生的电能 B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于 电路中产生的电能 C.克服安培力做的功等于电路中产生 的电能 D.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和 棒获得的动能之和,例14,26,【解析】物体克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，且功的数值等于电路中产生的电能，C正确；由动能定理知，恒力F、安培力和摩擦力三者的合力做的功等于物体动能的增加量，故A、B错误，D正确，也可从能量守恒角度进行判定，即恒力F做的功等于电路中产生的电能、因摩擦而产生的内能及棒动能的增加。,(1)克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，同理，安培力做功的过程，是电能转化为内能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为内能。 (2)分清物体的运动过程和受力情况，判断不同过程的特点和满足的规律，运用恰当规律各个击破。,27,如图所示，质量m1=0.1 kg，电阻R1=0.3 ，长度l=0.4 m的导体棒ab横放在U形金属框架上。框架质量m2=0.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数=0.2。相距0.4 m的MM、NN相互平行，电阻不计且足够长。电阻R2=0.1 的MN垂直于MM。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5 T。垂直于ab施加F=2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM、NN保持良好接触。当ab运动到某处时，框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取g=10 m/s2。 (1)求框架开始运动时ab速度v的大小； (2)从ab开始运动到框架开始运动的过 程中，MN上产生的热量Q=0.1 J， 求该过程ab位移x的大小。,【答案】(1)6 m/s (2)1.1 m,例15,28,七、分析电磁感应中的图像问题,29,一匀强磁场，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1所示。现令磁感强度B随时间t 变化，先按图2中所示的Oa图线变化，后来又按 图线bc和cd变化，令1,2,3分别表示这三段 变化过程中感应电动势的大小，I1，I2，I3分别 表示对应的感应电流，则( ) A.12，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 B.12，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向 C.12，I2沿顺时针方向，I3沿逆时针方向 D.2=3，I2沿顺时针方向，I3沿顺时针方向,例16,BD,30,半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在 圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固 定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图所示。有一 变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图所 示。在t=0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为q的 静止微粒。则以下说法正确的是( ) A.第2秒内上极板为正极 B.第3秒内上极板为负极 C.第2秒末微粒回到了原 来位置 D.第2秒末两极板之间的 电场强度大小为0.2r2/d,例17,31,【解析】由图知第2秒内，磁场向里并均匀减小，由楞次定律知，环中电流方向为顺时针，因而上极板带正电，A项正确；第3秒内磁场向外且均匀增大，由楞次定律知，环中电流方向为顺时针，上极板仍带正