江苏省邗江区瓜洲中学高二物理 1.5 电磁感应规律的应用学案 粤教版.doc

1.5 电磁感应规律的应用 学案1情景分析：如图1所示，铜棒oa长为l，磁场的磁感应强度为b，铜棒在垂直于匀强磁场的平面上绕o点以角速度匀速转动，则棒切割磁感线的等效速度v，产生的感应电动势ebl2，由右手定则可判定铜棒的o端电势较高图12如图2所示，导体棒ef沿着导轨面向右匀速运动，导轨电阻不计导体棒ef相当于电源，e是正极，f是负极，电源内部电流由负极流向正极；r和rg构成外电路，外电路中电流由电源正极流向负极3电磁感应中的能量：在由导体切割磁感线产生的电磁感应现象中，导体克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，即电能是通过克服安培力做功转变来的4正在转动的电风扇叶片，一旦被卡住，电风扇电动机的温度上升，时间一久，便发生一种焦糊味，十分危险，产生这种现象的原因是_答案见解析解析电风扇叶片一旦卡住，这时反电动势消失，电阻很小的线圈直接连在电源的两端，电流会很大，所以电风扇电动机的温度很快上升，十分危险5当穿过线圈的磁通量发生变化时，下列说法中正确的是()a线圈中一定有感应电流b线圈中一定有感应电动势c感应电动势的大小跟磁通量的变化成正比d感应电动势的大小跟线圈的电阻有关答案b解析产生感应电流的条件与产生感应电动势的条件是不同的，只有电路闭合且磁通量发生变化才能产生感应电流，不管电路是否闭合，只要磁通量变化，就一定有感应电动势产生感应电动势只与磁通量的变化快慢和线圈的匝数有关6如图3所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平速度v抛出，且棒与磁场垂直，设棒在落下的过程中方向不变且不计空气阻力，则金属棒在运动的过程中产生的感应电动势大小变化情况是()图3a越来越大 b越来越小c保持不变 d无法判断答案c解析在运用公式eblv进行感应电动势的运算时，要注意该公式中b、l、v三者必须互相垂直如果不互相垂直，要进行相应的分解后运用分量代入运算本题中切割速度为金属棒的水平分速度，水平分速度不变，故感应电动势大小保持不变，选c.7如图4所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻r，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力f作用下加速上升的一段时间内，力f做的功与安培力做的功的代数和等于()图4a棒的机械能增加量b棒的动能增加量c棒的重力势能增加量d电阻r上放出的热量答案a解析棒受重力g、拉力f和安培力fa的作用由动能定理：wfwgw安ek得wfw安ekmgh，即力f做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增量，a项正确【概念规律练】知识点一法拉第电机模型的分析1如图5所示，长为l的金属棒ab，绕b端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度匀速转动，磁感应强度为b，求ab两端的电势差图5答案bl2解析方法一棒上各处速率不等，故不能直接用公式eblv求解，由vr可知，棒上各点线速度跟半径成正比，故可用棒的中点的速度作为平均切割速度代入公式计算由l/2，有blbl2，由右手定则判断ab，即uab0，故uabbl2方法二用en来求解设经过t时间ab棒扫过的扇形面积为sltll2t变化的磁通量为bsbl2t，所以ennbbl2(n1)由右手定则判断ab所以a、b两端的电势差为bl2.点评当导体棒转动切割磁感线时，若棒上各处磁感应强度b相同，则可直接应用公式ebl2.2如图6所示，长为l的导线下悬一小球，在竖直向上的匀强磁场中做圆锥摆运动，圆锥的偏角为，摆球的角速度为，磁感应强度为b，则金属导线中产生的感应电动势大小为_图6答案bl2sin2 解析导线的有效长度为llsin 电动势ebl2bl2sin2 点评导体在磁场中转动，导线本身与磁场并不垂直，应考虑切割磁感线的有效长度知识点二电磁感应中的电路问题3如图7所示，长为l0.2 m、电阻为r0.3 、质量为m0.1 kg的金属棒cd垂直放在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也为l，棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有r0.5 的电阻，量程为03.0 a的电流表串联在一条导轨上，量程为01.0 v的电压表接在电阻r的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面现以向右恒定的外力f使金属棒右移，当金属棒以v2 m/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，而另一电表未满偏问：图7 (1)此时满偏的电表是什么表？说明理由(2)拉动金属棒的外力f有多大？(3)导轨处的磁感应强度多大？答案(1)见解析(2)1.6 n(3)4 t解析(1)假设电流表满偏，则i3 a，r两端电压uir30.5 v1.5 v，将大于电压表的量程，不符合题意，故满偏电表应该是电压表(2)由能量关系，电路中的电能应是外力做功转化来的，所以有fvi2(rr)，i，两式联立得，f1.6 n.(3)磁场是恒定的，且不发生变化，由于cd运动而产生感应电动势，因此是动生电动势根据法拉第电磁感应定律有eblv，根据闭合电路欧姆定律得euir以及i，联立三式得b4 t.点评注意区分电源和外电路，熟练运用闭合电路的有关规律4匀强磁场的磁感应强度b0.2 t，磁场宽度l3 m，一正方形金属框边长adl1 m，每边的电阻r0.2 ，金属框以v10 m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图8所示求：图8(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的it图线；(要求写出作图依据)(2)画出ab两端电压的ut图线(要求写出作图依据)答案见解析解析线框的运动过程分为三个阶段：第阶段cd相当于电源，ab为等效外电路；第阶段cd和ab相当于开路时两并联的电源；第阶段ab相当于电源，cd相当于外电路，如下图所示(1)在第一阶段，有i12.5 a感应电流方向沿逆时针方向，持续时间为t1 s0.1 sab两端的电压为u1i1r2.50.2 v0.5 v(2)在第二阶段，有i20，u2eblv2 vt20.2 s(3)在第三阶段，有i32.5 a感应电流方向为顺时针方向u3i33r1.5 v，t30.1 s规定逆时针方向为电流正方向，故it图象和ab两端ut图象分别如下图所示点评第二阶段cd与ab全部进入磁场后，回路中磁通量不变化，无感应电流，但ab、cd都切割磁感线，有感应电动势，相当于开路时两个并联的电路【方法技巧练】用能量观点巧解电磁感应问题5如图9所示，将匀强磁场中的线圈(正方形，边长为l)以不同的速度v1和v2匀速拉出磁场，线圈电阻为r，那么两次拉出过程中，外力做功之比w1w2_.外力做功功率之比p1p2_.图9答案v1v2vv解析线圈匀速拉出磁场，故其动能未变化线圈中由于电磁感应产生电流，即有电能产生，且电能全部转化为内能，故外力做多少功就有多少内能产生wqi2rt2rtv故w1w2v1v2同理，由pv2可得p1p2vv方法总结两次均匀速把线框拉出磁场都有f安f外，但两次的外力不同6光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图10所示，抛物线的方程为yx2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是ya的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m的小金属块从抛物线yb(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()图10amgb b.mv2cmg(ba) dmg(ba)mv2答案d解析金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通