粵教物理選修3215電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用學(xué)案

1、1.5 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 學(xué)案（粵教版選修3-2）1情景分析：如圖1所示，銅棒Oa長為L，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，銅棒在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面上繞O點(diǎn)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則棒切割磁感線的等效速度v，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBL2，由右手定則可判定銅棒的O端電勢(shì)較高圖12如圖2所示，導(dǎo)體棒ef沿著導(dǎo)軌面向右勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌電阻不計(jì)導(dǎo)體棒ef相當(dāng)于電源，e是正極，f是負(fù)極，電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極；R和Rg構(gòu)成外電路，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極圖23電磁感應(yīng)中的能量：在由導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，即電能是通過克服安培力做功轉(zhuǎn)變來的4正在轉(zhuǎn)

2、動(dòng)的電風(fēng)扇葉片，一旦被卡住，電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的溫度上升，時(shí)間一久，便發(fā)生一種焦糊味，十分危險(xiǎn)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是_答案見解析解析電風(fēng)扇葉片一旦卡住，這時(shí)反電動(dòng)勢(shì)消失，電阻很小的線圈直接連在電源的兩端，電流會(huì)很大，所以電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的溫度很快上升，十分危險(xiǎn)5當(dāng)穿過線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，下列說法中正確的是()A線圈中一定有感應(yīng)電流B線圈中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)C感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟磁通量的變化成正比D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟線圈的電阻有關(guān)答案B解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件與產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件是不同的，只有電路閉合且磁通量發(fā)生變化才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，不管電路是否閉合，只要磁通量變化，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只與磁

3、通量的變化快慢和線圈的匝數(shù)有關(guān)6如圖3所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v拋出，且棒與磁場(chǎng)垂直，設(shè)棒在落下的過程中方向不變且不計(jì)空氣阻力，則金屬棒在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小變化情況是()圖3A越來越大 B越來越小C保持不變 D無法判斷答案C解析在運(yùn)用公式EBLv進(jìn)行感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的運(yùn)算時(shí)，要注意該公式中B、L、v三者必須互相垂直如果不互相垂直，要進(jìn)行相應(yīng)的分解后運(yùn)用分量代入運(yùn)算本題中切割速度為金屬棒的水平分速度，水平分速度不變，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小保持不變，選C.7如圖4所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并

4、良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于()圖4A棒的機(jī)械能增加量B棒的動(dòng)能增加量C棒的重力勢(shì)能增加量D電阻R上放出的熱量答案A解析棒受重力G、拉力F和安培力FA的作用由動(dòng)能定理：WFWGW安Ek得WFW安Ekmgh，即力F做的功與安培力做功的代數(shù)和等于機(jī)械能的增量，A項(xiàng)正確【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一法拉第電機(jī)模型的分析1如圖5所示，長為L的金屬棒ab，繞b端在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求ab兩端的電勢(shì)差圖5答案BL2解析方法一棒上各處速

5、率不等，故不能直接用公式EBLv求解，由vr可知，棒上各點(diǎn)線速度跟半徑成正比，故可用棒的中點(diǎn)的速度作為平均切割速度代入公式計(jì)算由L/2，有BLBL2，由右手定則判斷ab，即Uab0，故UabBL2方法二用En來求解設(shè)經(jīng)過t時(shí)間ab棒掃過的扇形面積為SLtLL2t變化的磁通量為BSBL2t，所以EnnBBL2(n1)由右手定則判斷ab所以a、b兩端的電勢(shì)差為BL2.點(diǎn)評(píng)當(dāng)導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，若棒上各處磁感應(yīng)強(qiáng)度B相同，則可直接應(yīng)用公式EBL2.2如圖6所示，長為L的導(dǎo)線下懸一小球，在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，圓錐的偏角為，擺球的角速度為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則金屬導(dǎo)線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大

6、小為_圖6答案BL2sin2 解析導(dǎo)線的有效長度為LLsin 電動(dòng)勢(shì)EBL2BL2sin2 點(diǎn)評(píng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線本身與磁場(chǎng)并不垂直，應(yīng)考慮切割磁感線的有效長度知識(shí)點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的電路問題3如圖7所示，長為L0.2 m、電阻為r0.3 、質(zhì)量為m0.1 kg的金屬棒CD垂直放在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也為L，棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有R0.5 的電阻，量程為03.0 A的電流表串聯(lián)在一條導(dǎo)軌上，量程為01.0 V的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下穿過平面現(xiàn)以向右恒定的外力F使金屬棒右移，當(dāng)金屬棒以v2 m/s的速度在導(dǎo)軌平面上勻速

7、滑動(dòng)時(shí)，觀察到電路中的一個(gè)電表正好滿偏，而另一電表未滿偏問：圖7 (1)此時(shí)滿偏的電表是什么表？說明理由(2)拉動(dòng)金屬棒的外力F有多大(3)導(dǎo)軌處的磁感應(yīng)強(qiáng)度多大？答案(1)見解析(2)1.6 N(3)4 T解析(1)假設(shè)電流表滿偏，則I3 A，R兩端電壓UIR30.5 V1.5 V，將大于電壓表的量程，不符合題意，故滿偏電表應(yīng)該是電壓表(2)由能量關(guān)系，電路中的電能應(yīng)是外力做功轉(zhuǎn)化來的，所以有FvI2(Rr)，I，兩式聯(lián)立得，F(xiàn)1.6 N.(3)磁場(chǎng)是恒定的，且不發(fā)生變化，由于CD運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有EBLv，根據(jù)閉合電路歐姆定律得EUIr以及I，聯(lián)

8、立三式得B4 T.點(diǎn)評(píng)注意區(qū)分電源和外電路，熟練運(yùn)用閉合電路的有關(guān)規(guī)律4勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T，磁場(chǎng)寬度l3 m，一正方形金屬框邊長adl1 m，每邊的電阻r0.2 ，金屬框以v10 m/s的速度勻速穿過磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖8所示求：圖8(1)畫出金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的It圖線；(要求寫出作圖依據(jù))(2)畫出ab兩端電壓的Ut圖線(要求寫出作圖依據(jù))答案見解析解析線框的運(yùn)動(dòng)過程分為三個(gè)階段：第階段cd相當(dāng)于電源，ab為等效外電路；第階段cd和ab相當(dāng)于開路時(shí)兩并聯(lián)的電源；第階段ab相當(dāng)于電源，cd相當(dāng)于外電路，如下圖所示(1)在第一階段，

9、有I12.5 A感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針方向，持續(xù)時(shí)間為t1 s0.1 sab兩端的電壓為U1I1r2.50.2 V0.5 V(2)在第二階段，有I20，U2EBlv2 Vt20.2 s(3)在第三階段，有I32.5 A感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向U3I33r1.5 V，t30.1 s規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏髡较颍蔍t圖象和ab兩端Ut圖象分別如下圖所示點(diǎn)評(píng)第二階段cd與ab全部進(jìn)入磁場(chǎng)后，回路中磁通量不變化，無感應(yīng)電流，但ab、cd都切割磁感線，有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于開路時(shí)兩個(gè)并聯(lián)的電路【方法技巧練】用能量觀點(diǎn)巧解電磁感應(yīng)問題5如圖9所示，將勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的線圈(正方形，邊長為L)以不同的速度v1和v2勻

10、速拉出磁場(chǎng)，線圈電阻為R，那么兩次拉出過程中，外力做功之比W1W2_.外力做功功率之比P1P2_.圖9答案v1v2vv解析線圈勻速拉出磁場(chǎng)，故其動(dòng)能未變化線圈中由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，即有電能產(chǎn)生，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故外力做多少功就有多少內(nèi)能產(chǎn)生WQI2Rt2Rtv故W1W2v1v2同理，由Pv2可得P1P2vv方法總結(jié)兩次均勻速把線框拉出磁場(chǎng)都有F安F外，但兩次的外力不同6光滑曲面與豎直平面的交線是拋物線，如圖10所示，拋物線的方程為yx2，其下半部處在一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的上邊界是ya的直線(圖中的虛線所示)，一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊從拋物線yb(ba)處以速度v沿拋物線下滑，假設(shè)拋物線足夠長，則金屬塊在曲面上滑動(dòng)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱總量是()圖10Amgb B.mv2Cmg(ba) Dmg(ba)mv2答案D解析金屬塊在進(jìn)入磁場(chǎng)或離開磁場(chǎng)的過程中，穿過金