2017粤教版高中物理选修(3-2)1.5《电磁感应规律的应用》word学案.doc

1、1.5 电磁感应规律的应用 学案（粤教版选修 3-2） 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 L2 的感应电动势 E BL2，由右手定则可判定铜棒的 O 端电势较高 12 图 1 2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 图 2 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

2、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

3、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 3 A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 EB Lv 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

4、 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 4 A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：W FW GW 安 E k 得 WFW 安 E k

5、mgh，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 12 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 BL BL2，由右手定则判断 ab，即 Uab0，故 Uab BL2v v 12 12 方法二 用 En 来求解 t 设经过 t

6、时间 ab 棒扫过的扇形面积为 S LtL L2t 12 12 变化 的磁通量为 BS BL2t， 12 所以 En nB BL2(n1) t St 12 由右手定则判断 ab 所以 a、b 两端的电势差为 BL2. 12 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 E BL2. 12 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 12 解析 导线的有效长度为 LLsin 电动势 E BL 2 B

7、L2sin2 12 12 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

8、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 UIR 30.5 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 FvI 2(Rr)，I ， UR 两式联立得，F 1.6 N. U2R rR2v (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

9、 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 ， UR 联立三式得 B 4 T. ULv UrRLv 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 adl 1 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

10、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 I1 2.5 A Er 3r Bl v4r 感应电流方向沿逆时针方向，持续时间 为 t1 s0.1 s lv 110 ab 两端的电压为 U1I 1r2.50.2 V0.5 V (2)在第二阶段，有 I20，U 2EBlv2 V t20.2 s (3)在第三阶段，有 I3 2.5 A E4r 感应电流方向为顺时针方向 U3I 33r1.5 V，t 30.1 s 规定逆时针方向为电流正

11、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 W1W 2_.外力做 功功率之比 P1P 2_. 图 9 答案 v 1v 2 v v21 2 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

12、转化为内能，故外力做多少功就有多少内能产生 WQI 2Rt 2Rt v( tR) 2Rt 1t 故 W1W 2v 1v 2 同理，由 P v 2 可得 P1P 2v v Wt Qt 21 2 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 yx 2，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 10 Amgb B. mv2 12 Cmg(ba) Dmg(ba) mv2 12 答案 D 解析 金属块在进入磁场或离开磁场的过程中，穿过金属块的磁通量发生变化，产生 电流，进而产生焦耳热最后，金属块在高为 a 的曲面上做往复运动减少的机械能为 mg(b a) mv2，由能量的转化和守恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选 D. 12 方法总结 在电磁感应现象中，感应电动势是由于非静电力移动自由电荷做功而产生的， 要直接计算非静电力做功一般比较困难，因此要根据能量的转化及守恒来求解