高考物理二轮复习 专题七 电磁感应 交变电流 第23课时 法拉第电磁感应定律及应用课件.ppt

第23课时法拉第电磁感应定律及应用 知识点一法拉第电磁感应定律 d 1 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 关于线圈中产生的感应电动势和感应电流 下列表述正确的是 a 感应电动势的大小与线圈的匝数无关b 穿过线圈的磁通量越大 感应电动势越大c 穿过线圈的磁通量变化越快 感应电动势越大d 感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案c 2 多选 单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量 随时间t的关系图象如图1所示 则 图1 a 在t 0时刻 线圈中磁通量最大 感应电动势也最大b 在t 1 10 2s时刻 感应电动势最大c 在t 2 10 2s时刻 感应电动势为零d 在0 2 10 2s时间内 线圈中感应电动势的平均值为零 答案bc 知识点二电磁感应现象的两类情况 b 3 青藏铁路刷新了一系列世界铁路的历史纪录 青藏铁路火车上多种传感器运用了电磁感应原理 有一种电磁装置可以向控制中心传输信号以确定火车位置和运动状态 原理是将能产生匀强磁场的磁铁 安装在火车首节车厢下面 俯视图如图2甲所示 当它经过安放在两铁轨间的线圈时 便产生一个电信号 被控制中心接收到 当火车通过线圈时 若控制中心接收到的线圈两端的电压信号如图乙所示 则说明火车在做 a 匀速直线运动b 匀加速直线运动c 匀减速直线运动d 加速度逐渐增大的变加速直线运动答案b 图2 4 如图3所示 平行金属导轨的间距为d 一端跨接一阻值为r的电阻 匀强磁场的磁感应强度为b 方向垂直于导轨所在平面向里 一根足够长的直金属棒与导轨成60 角放置 且接触良好 则当金属棒以垂直于棒的恒定速度v沿金属导轨滑行时 其他电阻不计 电阻r中的电流为 图3 答案a 知识点三互感和自感涡流电磁阻尼和电磁驱动 b 5 如图4所示 线圈l的自感系数很大 且其直流电阻可以忽略不计 l1 l2是两个完全相同的小灯泡 开关s闭合和断开的过程中 灯l1 l2的亮度变化情况是 灯丝不会断 图4 a s闭合 l1亮度不变 l2亮度逐渐变亮 最后两灯一样亮 s断开 l2立即熄灭 l1逐渐变暗b s闭合 l1亮度不变 l2很亮 s断形 l1 l2立即熄灭c s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2亮度不变 s断形 l2立即熄灭 l1亮一下再熄灭d s闭合 l1 l2同时亮 而后l1逐渐熄灭 l2则逐渐变得更亮 s断形 l2立即熄灭 l1亮一下再熄灭解析s闭合时 l1 l2同时亮 稳定后由于rl 0 故l1被短路而熄灭 l2变得更亮 s断开 l1与线圈组成闭合回路 l1亮一下再熄灭 而l2立即熄灭 答案d 6 如图5所示 在光滑绝缘水平面上 有一铝质圆形金属球以一定的初速度通过有界匀强磁场 则从球开始进入磁场到完全穿出磁场过程中 磁场宽度大于金属球的直径 小球 图5 a 整个过程匀速b 进入磁场过程中球做减速运动 穿出过程做加速运动c 整个过程都做匀减速运动d 穿出时的速度一定小于初速度解析小球在进入和穿出磁场时都有涡流产生 要受到阻力 即电磁阻尼作用 所以穿出时的速度一定小于初速度 答案d 练1 多选 2016 浙江选考模拟 如图6甲所示 一个圆形线圈的匝数n 100 线圈面积s 200cm2 线圈的电阻r 1 线圈外接一个阻值r 4 的电阻 把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中 磁感应强度随时间变化规律如图乙所示 下列说法中正确的是 图6 a 线圈中的感应电流方向为逆时针方向b 电阻r两端的电压随时间均匀增大c 线圈电阻r消耗的功率为4 10 4wd 前4s内通过r的电荷量为4 10 4c 答案ac 易错点二导体切割磁感线产生的感应电动势的计算切割磁感线运动的那部分导体相当于电路中的电源 常见的情景有以下两种 1 平动切割 1 常用公式 若运动速度v和磁感线方向垂直 则感应电动势e blv 注意 公式e blv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b v均垂直的有效长度 即导体的有效切割长度 2 有效长度 公式中的l为有效切割长度 即导体在与v垂直的方向上的投影长度 3 相对性 e blv中的速度v是相对于磁场的速度 若磁场也运动时 应注意速度间的相对关系 练2 如图7 直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向平行于ab边向上 当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时 a b c三点的电势分别为ua ub uc 已知bc边的长度为l 下列判断正确的是 图7 答案c 易错点三不能正确理解自感电动势的阻碍作用1 对自感现象 阻碍 作用的理解 1 流过线圈的电流增加时 线圈中产生的自感电动势阻碍电流的增加 使其缓慢地增加 2 流过线圈的电流减小时 线圈中产生的自感电动势阻碍原电流的减小 使其缓慢地减小 2 分析自感现象应注意 1 通过自感线圈中的电流不能发生突变 即通电过程中 电流逐渐变大 断电过程中 电流逐渐变小 此时线圈可等效为 电源 该 电源 与其他电路元件形成回路 2 断电自感现象中灯泡是否 闪亮 的判断 若断电后通过灯泡的电流比原来强 则灯泡先闪亮 再慢慢熄灭 练3 多选 如图8所示的电路中 l为一个自感系数很大 直流电阻不计的线圈 d1 d2是两个完全相同的灯泡 e是一内阻不计的电源 t 0时刻 闭合开关s 经过一段时间后 电路达到稳定 t1时刻断开开关s i1 i2分别表示通过灯泡d1和d2的电流 规定图中箭头所示的方向为电流正方向 以下各图中能定性描述电流i随时间t变化关系的是 图8 解析当s闭合时 l的自感作用会阻碍其中的电流变大 电流从d1流过 当l的阻碍作用变小时 l中的电流变大 d1中的电流变小至零 d2中的电流为电路总电流 电流流过d1时 电路总电阻较大 电流较小 当d1中电流为零时 电流流过l与d2 总电阻变小 电流变大至稳定 当s再断开时 d2马上熄灭 d1与l组成回路 由于l的自感作用 d1慢慢熄灭 电流反向且减小 综上所述知选项a c正确 答案ac 疑难点四法拉第电磁感应定律的应用应用法拉第电磁感应定律的基本定量关系为 练4 如图9所示 两平行金属导轨位于同一水平面上 相距l 左端与一电阻r相连 整个系统置于匀强磁场中 磁感应强度大小为b 方向竖直向下 一质量为m的导体棒置于导轨上 在水平外力作用下沿导轨以速率v匀速向右滑动 滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好 已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 导轨和导体棒的电阻均可忽略 求 图9 1 电阻r消耗的功率 2 水平外力的大小 真题示例 甲 1 求0 0 10s线圈中的感应电动势大小 2 t 0 22s时闭合开关k 若细杆cd所受安培力方向竖直向上 判断cd中的电流方向及磁感应强度b2的方向 3 t 0 22s时闭合开关k 若安培力远大于重力 细框跳起的最大高度h 0 20m 求通过细杆cd的电荷量 乙图10 答案 1 30v 2 电流方向c db2方向向上 3 0 03c 例2 2016 10月浙江选考 为了探究电动机转速与弹簧伸长量之间的关系 小明设计了如图11所示的装置 半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上 一根长也为l 电阻为r的金属棒ab一端与导轨接触良好 另一端固定在圆心处的导电转轴oo 上 由电动机a带动旋转 在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面 大小为b1 方向竖直向下的匀强磁场 另有一质量为m 电阻为r的金属棒cd用轻质弹簧悬挂在竖直平面内 并与固定在竖直平面内的 u 型导轨保持良好接触 导轨间距为l 底部接阻值也为r的电阻 处于大小为b2 方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中 从圆形金属导轨引出导线和通 过电刷从转轴引出导线经开关s与 u 型导轨连接 当开关s断开 棒cd静止时 弹簧伸长量为x0 当开关s闭合 电动机以某一转速匀速转动 棒cd再次静止时 弹簧伸长量变为x 不超过弹性限度 不计其余电阻和摩擦等阻力 求此时 图11 1 通过棒cd的电流icd 2 电动机对该装置的输出功率p 3 电动机转动角速度 与弹簧伸长量x之间的函数关系 例3 2015 浙江理综 小明同学设计了一个 电磁天平 如图12甲所示 等臂天平的左臂为挂盘 右臂挂有矩形线圈 两臂平衡 线圈的水平边长l 0 1m 竖直边长h 0 3m 匝数为n1 线圈的下边处于匀强磁场内 磁感应强度b0 1 0t 方向垂直线圈平面向里 线圈中通有可在0 2 0a范围内调节的电流i 挂盘放上待测物体后 调节线圈中电流使天平平衡 测出电流即可测得物体的质量 重力加速度取g 10m s2 甲 乙 图12 答案 1 25匝 2 0 1t s 冲刺训练 1 2016 宁波模拟 如图13甲所示 质量为2kg的绝缘板静止在粗糙水平地面上 质量为1kg 边长为1m 电阻为0 1 的正方形金属框abcd位于绝缘板上 e f分别为bc ad的中点 某时刻起在abef区域内有竖直向下的磁场 其磁感应强度b1的大小随时间变化的规律如图乙所示 ab边恰在磁场边缘以外 fecd区域内有竖直向上的匀强磁场 磁感应强度b2 0 5t cd边恰在磁场边缘以内 假设金属框受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 取g 10m s2 则 a 金属框中产生的感应电动势大小为1vb 金属框受到向左的安培力大小为1nc 金属框中的感应电流方向沿adcb方向d 如果金属框与绝缘板间的动摩擦因数为0 3 则金属框可以在绝缘板上保持静止 图13 答案d 2 2015 9月浙江选考测试卷 如图14所示 半径r 0 2m的圆形金属导轨固定在水平面上 一根长也为r的金属棒一端与导轨接触良好 另一端固定在圆心处的导电轨轴上 在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场 磁感应强度b 2t 一对长l 0 2m的金属板a b水平放置 两板间距d 0 1m 从导轨引出导线与上板连接 通过电刷从转轴引出导线与下板连接 有一质量m 1 0 10 5kg 电荷量q 5 0 10 6c的微粒 以v0 2m s的速度从两板正中水平射入 求 1 金属棒转动角速度 多大时 微粒能做匀速直线运动 2 金属棒转动角速度 至少多大时 微粒会碰到上极板a 图14 答案 1 50rad s 2 100rad s 3 如图15 水平面 纸面 内间距为l的平行金属导轨间接一电阻 质量为m 长度为l的金属杆置于导轨上 t 0时 金属杆在水平向右 大小为f的恒定拉力作用下由静止开始运动 t0时刻 金属杆进入磁感应强度大小为b 方向垂直于