高中物理 1.5 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 粵教選修32

第五節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用.知識(shí)點(diǎn)1法拉第電機(jī)1．法拉第發(fā)電機(jī)的原理圖：如圖1－5－1所示，在OA間接上負(fù)載，就可以進(jìn)行正常工作．圖1－5－1.2．電機(jī)工作時(shí)電動(dòng)勢(shì)的大?。篲__________.注意：只適用于導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)的方向垂直于磁場(chǎng)方向，且L為有效長(zhǎng)度．3．電勢(shì)高低的判斷方法：由楞次定律，電荷由A→O聚集，OA相當(dāng)于電源，因此O點(diǎn)電勢(shì)高．.知識(shí)點(diǎn)2電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化

1．能量轉(zhuǎn)化：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化成電能；電能通過電流做功，轉(zhuǎn)化成其他形式的能．

2．能量守恒：外力克服安培力做的功與產(chǎn)生的電能相等．.知識(shí)點(diǎn)3導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算

1．電動(dòng)勢(shì)計(jì)算式：在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)等于平均值，于2．適用條件：只在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)．E＝NBSω

3．可以利用公式______________計(jì)算閉合線圈在磁場(chǎng)中繞某個(gè)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．.

【例題】如圖1－5－2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有半徑為r的光滑半圓形導(dǎo)體框架，OC為一能繞O在框架上滑動(dòng)的導(dǎo)體棒，OC之間連一個(gè)電阻R，導(dǎo)體框架與導(dǎo)體電阻均不計(jì)，若要使OC能以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則外力做功的功率是()圖1－5－2A．B2ω2r4/RB．B2ω2r4/(2R)C．B2ω2r4/(4R)D．B2ω2r4/(8R).答案：C.

1．如圖1－5－3所示，ab為一金屬桿，它處在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，可繞a點(diǎn)在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；S為以a為圓心位于紙面內(nèi)的金屬圓環(huán)；在桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，桿的b端與金屬環(huán)保持良好接觸；A為電流表，其一端與金屬環(huán)相連，一端與a點(diǎn)良好接觸．當(dāng)桿沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，某時(shí)刻ab桿的位置如圖，則此時(shí)刻()圖1－5－3.A．有電流通過電流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向右B．有電流通過電流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向左C．有電流通過電流表，方向由d→c；作用于ab的安培力向右D．無電流通過電流表，作用于ab的安培力為零. 解析：當(dāng)導(dǎo)體桿ab順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，切割磁感線，由法拉第電磁感應(yīng)定律知產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由右手定則可知將產(chǎn)生由a到b的感應(yīng)電流，安培表的d端與a端相連，c端與b端相連，則通過安培表的電流是由c到d，而導(dǎo)體桿在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，由左手定則可判斷出磁場(chǎng)力的方向?yàn)樗较蛴遥璧K導(dǎo)體桿的運(yùn)動(dòng)，所以A正確．答案:A.知識(shí)點(diǎn)4電路中各點(diǎn)電勢(shì)高低的比較 當(dāng)導(dǎo)體作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電勢(shì)高低的判斷，可以根據(jù)電源內(nèi)部電流從低電勢(shì)向高電勢(shì)流動(dòng)確定．(1)利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)利用閉合電路歐姆定律和電路的串并聯(lián)知識(shí)計(jì)算電路中各部分的電壓；(3)利用電勢(shì)的有關(guān)知識(shí)判斷電路中各點(diǎn)電勢(shì)的高低．.

【例題】如圖1－5－4所示，有一夾角為θ的金屬角架，角架所圍區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與角架所在平面垂直，一段直導(dǎo)線ab，從角頂c貼著角架以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，求：圖1－5－4(1)t時(shí)刻角架的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．(2)t時(shí)間內(nèi)角架的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？. 解析：導(dǎo)線ab從頂點(diǎn)c向右勻速運(yùn)動(dòng)，切割磁感線的有效長(zhǎng)度de隨時(shí)間變化，設(shè)經(jīng)時(shí)間t，ab運(yùn)動(dòng)到de的位置，則

de＝cetanθ＝vttanθ (1)t時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E＝BLv＝Bv2ttanθ (2)t時(shí)間內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：答案：見解析.2．如圖1－5－5所示，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝1.0×10－3T，在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)，有一金屬棒AO，繞平行于磁場(chǎng)的O軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，已知棒長(zhǎng)L＝0.20m，角速度ω＝20rad/s，求：

(1)O、A哪一點(diǎn)電勢(shì)高？

(2)棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有多大？ 答案：(1)A(2)E＝4×10－4V

圖1－5－5.(1)正確使用電功率的公式_________________; 知識(shí)點(diǎn)5利用電功率、電功及歐姆定律解答電路中有關(guān)能量問題 利用電功率、電功、能量守恒定律可計(jì)算電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題．

(2)利用能量守恒定律正確處理電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問題．U2 R＝I2RP＝IU＝.

【例題】如圖1－5－6所示，在B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向水平放置著兩根相距為h＝0.1m的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，在兩根導(dǎo)軌的端點(diǎn)N、Q之間連接一個(gè)R＝0.3Ω的電阻．導(dǎo)軌上跨放著一根長(zhǎng)為L(zhǎng)＝0.2m，每米長(zhǎng)的電阻為r0＝2.0Ω的金屬棒ab，金屬棒與導(dǎo)軌垂直放置，交點(diǎn)為c、d，當(dāng)金屬棒以速度v＝4.0m/s向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試求：

(1)電阻R中的電流大?。?2)Ucd和Uab.圖1－5－6.解析：(1)cd段導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為＝0.12＋0.5×(0.2－0.1)×4.0＝0.32V.答案：見解析.

3．如圖1－5－7甲所示，直角坐標(biāo)系Oxy的1、3象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第1象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，第3象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直于紙面向里．現(xiàn)將半徑為l，圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線框回路電阻為R.圖1－5－7.

(1)求導(dǎo)線框中感應(yīng)電流最大值．

(2)在圖乙中畫出導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象．(規(guī)定與圖甲中線框的位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t＝0) (3)求線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量．由閉合電路歐姆定律得，回路電流為I1＝E1 R 解：(1)線框從圖甲位置開始(t＝0)進(jìn)出第1象限的過程中，

.故感應(yīng)電流最大值為Im＝聯(lián)立以上各式解得I1＝Bωl2 R同理可求得線框進(jìn)出第3象限的過程中，回路電流大小為I2＝Bωl2 2RBωl2 R..(2)I－t圖象如圖2所示： 圖2.公式E＝題型1ΔΦ ΔT的理解

【例題】一電阻為R的金屬圓環(huán)，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)與圓環(huán)所在平面垂直，如圖1－5－8甲所示．已知通過圓環(huán)的磁通量隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，圖中的最大磁通量Φ0和變化周期T都是已知量，求：

(1)在t＝0到t＝T/4的時(shí)間內(nèi)，通過金屬圓環(huán)某橫截面的電荷量q. (2)在t＝0到t＝2T的時(shí)間內(nèi)，金屬環(huán)所產(chǎn)生的電熱Q.. 圖1－5－8.. 規(guī)律總結(jié)：可以利用磁通量與時(shí)間的關(guān)系通過求圖線的斜率得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再利用電動(dòng)勢(shì)就能求出某段時(shí)間內(nèi)的電量和金屬環(huán)中產(chǎn)生的焦耳熱.答案：見解析.

1．如圖1－5－9所示，半徑為r的金屬環(huán)，繞通過某直徑的軸OO′以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.從金屬環(huán)的平面與磁場(chǎng)方向重合開始計(jì)時(shí)，則在轉(zhuǎn)過30°的過程中，環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大？圖1－5－9..

2．如圖1－5－10所示，固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd，各邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，其中ab邊是一段電阻為R的均勻電阻絲，其余三邊均為電阻可忽略的銅導(dǎo)線，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B方向垂直紙面向里．現(xiàn)有一與ab段的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度都相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上，以恒定速度v從ad滑向bc.當(dāng)PQ滑過L/3的距離時(shí)，通過aP段電阻絲的電流強(qiáng)度是多大？方向如何？圖1－5－10..題型2公式E＝ΔΦ ΔT的應(yīng)用

【例題】如圖1－5－11所示，質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框，在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方h高處由靜止開始自由下落，線框的總電阻為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)寬度為2L.線框下落過程中，ab邊始終與磁場(chǎng)邊界平行且處于水平方向．已知ab邊剛穿出磁場(chǎng)時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，求：

(1)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度．

(2)線框穿過磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱．

圖1－5－11.答案：見解析.

3．金屬桿ab放在光滑的水平金屬導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌組成閉合矩形回路，長(zhǎng)L1＝0.8m，寬L2＝0.5m，回路的總電阻R＝0.2Ω，回路處在豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿用水平繩通過定滑輪連接質(zhì)量M＝0.04kg的木塊，木塊放在水平面上，如圖1－5－12所示，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從B0＝1T開始隨時(shí)間均勻增強(qiáng)，5s末木塊將離開水平面，不計(jì)一切摩擦，g＝10m/s2，求回路中的電流．圖1－5－12..

4．如圖1－5－13所示，光滑導(dǎo)體棒bc固定在豎直放置的足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌上，構(gòu)成框架abcd，其中bc棒電阻為R，其余電阻不計(jì)．一不計(jì)電阻的導(dǎo)體棒ef水平放置在框架上，且始終保持良好接觸，能無摩擦地滑動(dòng)，質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為L(zhǎng).整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直框面．若用恒力F向上拉ef，則當(dāng)ef勻速上升時(shí)，速度多大？圖1－5－13.解：當(dāng)桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿ef受力如圖3所示由牛頓第二定律知F－mg－F安＝ma，得到a＝F－mg－F安

m

大，F(xiàn)安變大，從而a變?。?dāng)v達(dá)到某一值，則a＝0，此后桿ef做勻速運(yùn)動(dòng)．因此，桿ef做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)a＝0時(shí)最終勻速上升．圖3...9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:17PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢(mèng)，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:11:17PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2023/2/3202