法拉第电磁感应定律专题复习学案

1 法拉第电磁感应定律专题复习法拉第电磁感应定律专题复习 学案学案 一 理论知识一 理论知识 愣次定律 增反减同 右手螺旋定则 拇指 感应磁场方向 四指环绕 电流方向 右手定则 拇指 导体棒运动方向 四指指向 电流方向 穿过手心 磁场方向 左手定则 拇指 安培力方向 四指指向 电流方向 穿过手心 磁场方向 法拉第电磁感应定律 适应于闭合回路的磁感应强度发生变化情况 S t B n t nE 适应于导体棒平动切割磁感线情况 BLvE 适应于导体棒转动切割磁感线情况 rwv vv vvBLE ba 2 电路公式 恒定电流 BILF R E I 安 总 U Q C RIP 2 RtIQ 2 牛顿第二定律 maF 合 运动学公式 axvvattvxatvv2 2 1 2 0 22 00 动能定理 12KK EEW 合 2 2 1 mvEK 例例 1 1 如图甲所示 用一根细线 ab 绕成匝数为 100 匝的圆形线圈 其半径为 0 2m 电阻为 r 2 将线圈竖直放置 导 线 ab 与阻值为R 4 的电阻连接成闭合回路 电阻两端接电容为 C 100 F 的电容器 线圈所在区域内存在按图乙规 律变化的磁场 规定垂直线圈平面向外的方向为正方向 不计导线的电阻 求在 0 2s 内 1 线圈中的感应电流方向 2 闭合回路中产生的感应电动势大小 3 通过电阻R上的电流大小 4 电阻R上产生的热量 5 电容器上储存的电 荷量 2 变式变式 1 1 如图 电阻不计的平行金属导轨竖直放置 一根导体棒 ab 在平行直轨道上垂直导轨沿水平向左的方向做匀 速直线运动 速度大小为 v 两轨间距离均为 d 两轨间充满匀强磁场 磁感应强度大小为 B 方向垂直纸面向里 内外两条轨道间用导线和电阻为 R 的电阻连接 导体棒和导线的电阻不计 电容器的电容为 C 棒在平直导轨上移 动距离为 L 的过程中 求 导体棒 ab 中产生的感应电流方向和回路中产生的感应电动势大小 变式变式2 2 如图所示 电阻不计的平行金属导轨竖直放置 当导体棒运动到圆弧导轨上时 棒与外圆轨道接触点b的线速 度大小为v 运动中棒的延长线始终过圆心O 两轨间距离均为d 两轨间充满匀强磁场 磁感应强度的大小为B 方向 垂直纸面向里 两条轨道间用导线和电阻为R的电阻连接 棒在圆弧导轨上运动时 求 导体棒ab中产生的感应电流方 向和回路中产生的感应电动势大小 3 例例 2 2 2015 年汕头高二期末统考 15 题 如图所示 处于匀强磁场中的两根足够长 电阻不计的平行光滑金属导轨相 距为 1 m 导轨平面与水平面成 30 角 下端连接阻值为R 2 的电阻 磁场方向垂直导轨平面向上 磁感应 强度为 0 5T 质量为 0 2kg 电阻不计的金属棒放在两导轨上 棒与导轨垂直并保持良好接触 金属棒沿导轨由静止 开始下滑 g取 10m s2 1 判断金属棒下滑过程中产生的感应电流方向 2 求金属棒下滑速度达到 2m s 时的加速度大小 3 求金属棒下滑的最大速度大小 变式变式 3 3 若棒与导轨之间的动摩擦因数为 则棒下滑的最大速度大小 6 3 4 变变式式 4 4 将整个装置和磁场均顺时针转过 60 其它条件不变 求 金属棒下滑速度达到 2m s 时的加速度大小和金属棒下滑的最大速度大小 课后练习 1 多选 如图所示 两倾角为 间距为 l 的光滑金属平行轨道 轨道间接有电阻 R 导轨电阻不计 轨道平面处 于垂直平面向上 磁感应强度为 B 的匀强磁场中 有一质量为 m 长为 l 电阻为 r 的导体棒 从轨道上某处由静止 开始下滑距离 x 时达最大速度 则从导体棒开始下滑到达到最大速度的过程中 下列说法中正确的是 A 通过导体棒的电量 Blx q R B 导体棒最大速度 sin m mg v Bl C 电路中产生的焦耳热 22 4 4 sin sin 2 m g Rr Qmgx B l D 导体棒的运动时间 2 2 2 2 sin B l xm Rr t mgRrB l 2 多选 如图所示 倾角为 的光滑斜面上端放置一矩形导线框abcd ab边的边长为L1 ad边的边长为 L2 导线 框的质量为m 电阻为R 斜面上ef线和gh线 ef gh平行底边 之间有垂直斜面向上的匀强磁场 磁感应强度为 B ef和gh的距离为L3 L3 L2 如果导线框从静止释放 恰能加速进入磁场 匀速离开磁场 导线框的ab边始 终平行于底边 则下列说法正确的是 A 导线框进入磁场的过程中速度增大得越来越快 B 导线框进入磁场过程中 感应电流的方向为abcda C 导线框匀速离开磁场所经历的时间为 sin 2 22 1 mgR LLB D 导线框进入磁场过程中产生的焦耳热Q1大于离开磁场过程 中产生的焦耳热Q2 3 14分 如图乙所示 一个电阻r 1 匝数为100匝的正方形 线圈的边长为L 0 1m线圈与阻值R 3 的电阻连接 5 成闭合回路 线圈所在正方形区域内存在垂直于线圈平面向外的匀强磁场 磁感应强度B随时间t变化的关系图线如 图甲所示 不计导线的电阻 求t 0至t 0 1s时间内 1 闭合回路产生的感应电动势大小 2 通过电阻R上的电流 方向和大小 3 通过电阻R上产生的热量 4 如图所示 间距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨MN PQ与水平面夹角 下端N Q间连接一阻值为30 R的电阻 导轨上有一个正方形区间 abcd cd 以下存在磁感应强度大小为 B 方向垂直导轨平面向下的匀强磁场 长 度为L 电阻为 r 的金属棒与导轨基础良好且垂直导轨放置 金属棒从 ab 位置由静止释放 当金属棒通过 cd 时恰好 做匀速运动 已知重力加速度为 g 不计金属导轨的电阻 求 1 判断金属棒进入磁场时产生的感应电流方向及感 应电流大小 2 金属棒的质量 3 金属棒在磁场中运动距离 L 时电阻R上产生的焦耳热 5 2014 广州一模 18 分 如图 匀强磁场垂直铜环所在的平面 导体棒 a 的一端固定在铜环的圆心 O 处 另一端 紧贴圆环 可绕 O 匀速转动 通过电刷把铜环 环心与两竖直平行金属板 P Q 连接成如图所示的电路 R1 R2是定 值电阻 带正电的小球通过绝缘细线挂在两板间 M 点 被拉起到水平位置 合上开关 K 无初速度释放小球 小球 沿圆弧经过 M 点正下方的 N 点到另一侧 已知 磁感应强度为 B a 的角速度大小为 长度为 l 电阻为 r R1 R2 2r 铜环电阻不计 P Q 两板间距为 d 带电的质量为 m 电量为 q 重力加速度为 g 求 1 a 匀速转动的方向 2 P Q 间电场强度 E 的大小 3 小球通过 N 点时对细线拉力 T 的大小 R1 N O a K l d PQM R2 B 6 课堂练习 例例1 1 解 1 由法拉第电磁感应定律 闭合回路产生的感应电动势大小为 2 56 12mS t B n t nE 2 由愣次定律 通过电阻R上的电流方向为 顺时针方向 电流大小为 A R E I14 3 3 在这2s内通过电阻R上产生的热量为 JRtIQ 9 78 2 4 电容器上储存的电荷量为 CCEQ 3 10256 1 小结 1 线圈静止 磁场静止时 求感应电动势用 S t B n t nE 2 解题步骤 I感 电路图 电路方程 解方程 变式变式1 1 解 棒在平直导轨上移动距离为L所用的时间为 v L t 由法拉第电磁感应定律 闭合回路产生的感应电动势大小为 BLvE 变式变式 2 2 解 1 导体棒在圆轨道上运动的角速度为 d v w 2 由法拉第电磁感应定律 闭合回路产生的感应电动势大小为 Bdv vdw Bd vv BdvBdE ba 4 3 22 一 例 2 1 由右手定则判断金属棒中的感应电流方向为由 a 到 b 2 金属棒下滑速度达到时产生的感应电动势为 感应电流为 金属棒受到的安培力为 由牛顿第二定律得 maFmg sin 解得 2 75 3 sma 3 金属棒下滑的最大速度时其受力平衡 联立以上两式得LBImg 1 sin R BLv I 1 1 金属棒下滑的最大速度大小为smv 8 拓展 2 解 金属棒下滑的最大速度时其受力平衡 联立以上两式得 cossin 2 mgLBImg R BLv I m 2 金属棒下滑的最大速度大小为 smv 4 2 7 变变式式4 解 1 解 金属棒下滑速度达到2m s时产生的感应电动势 感应电流金属棒受到的安培力 由牛顿第二定律得 得加速度大小 2 金属棒下滑到最大速度时其受力平衡 联立得 金属棒下滑的最大速度 小结 棒在竖直面切割磁感线时 摩擦力为零 课后练习 1CD2BC 3 14 分 1 由法拉第电磁感应定律得感应电动势为 2 分 t nE B L2 1 分 从图象可知 2 分 s T2 t B 代数据得VE2 2 由楞次定律知该电流由 M 向 N 通过 R 4 分 由闭合电路的欧姆定律 1 分 rR E I 联立以上几式解得 通过 R 的电流大小为 I 0 5 A 2 分 3 由焦耳定律得在 0 1s 时间内 R 产生的热量 2 分 JRtIQ075 0 2 4 1 感应电流方向为顺时针方向 联立 得 sinmgma 2 2vaL BLvE R E I R LBL I sin2 2 金属棒通过 cd 时恰好做匀速运动 则其受力平衡 联立 得金属棒的质量为BILmg sin 联立可以得到 sin sin2 22 Rg LLB m 3 金属棒在磁场中匀速运动距离 L 所用的时间为 sin2Lg L v L t BLvE R E I BILF 安 maFmg 安 2 5sma LBImg 1 R E I 1 1 11 BLvE smv 4 8 电阻R上产生的焦耳热为 R LLB RtIQ sin2 32 2 5 18 分 解析 1 依题意 小球从水平位置释放后 能沿圆弧向下摆动 故小球受到电场力的方向水平向右 P 板带正电 Q 板带负电 由右手定则可知 导体棒 a 顺时针转动 2 分 2 导体棒 a 转动切割磁感线 由法拉第电磁感应定律得电动势大小 2 分 若缺中间推导式只得 1 分 t tBl t 2 2 1 2 2 1 Bl t 由闭合电路欧姆定律 2 分 rRR I 21 由欧姆定律可知 PQ 的电压为 UPQ 2 分 2 IR 故 PQ 间