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2018版高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課 電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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2018版高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課 電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

第4講習(xí)題課電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用目標(biāo)定位1.進(jìn)一步理解公式En與EBlv的區(qū)別與聯(lián)系,能夠應(yīng)用兩個(gè)公式求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).2.利用法拉第電磁感應(yīng)定律解決轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題和電荷量問(wèn)題1法拉第電磁感應(yīng)定律(1)內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比(2)公式:En,E的大小與、無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)2導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與導(dǎo)體本身垂直,且與磁感線夾角為時(shí),EBlvsin_.(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線l、速度v三者兩兩垂直時(shí),EBlv.其中l(wèi)指切割磁感線的有效長(zhǎng)度3在磁通量發(fā)生變化時(shí),若電路閉合有感應(yīng)電流,若電路不閉合無(wú)感應(yīng)電流,但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(填“有”或“無(wú)”)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源一、公式En與EBlv的區(qū)別與聯(lián)系EnEBlv區(qū)別一般求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),E與某段時(shí)間或某個(gè)過(guò)程相對(duì)應(yīng)一般求瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),E與某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)位置相對(duì)應(yīng)研究對(duì)象為整個(gè)回路研究對(duì)象為切割磁感線的導(dǎo)體計(jì)算由于B、S變化引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較方便計(jì)算導(dǎo)體切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較方便聯(lián)系兩公式是統(tǒng)一的,當(dāng)t0時(shí),E為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而公式EBlv中的速度如果是平均速度,則求出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)例1如圖1所示,空間存在方向豎直向下的磁場(chǎng),MN、PQ是水平放置的平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌,其間距L0.2m額定電壓為2V的小燈泡接在導(dǎo)軌一端,ab是跨接在導(dǎo)軌上內(nèi)阻不計(jì)的導(dǎo)體棒,開始時(shí)ab與NQ的距離為0.2m.圖1(1)若導(dǎo)體棒固定不動(dòng),要使小燈泡正常發(fā)光,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率是多大?(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度保持B2T不變,ab勻速向左運(yùn)動(dòng),要使小燈泡正常發(fā)光,ab切割磁感線的速度是多大?答案(1)50T/s(2)5 m/s解析由于ab電阻不計(jì),所以小燈泡兩端的電壓即為電動(dòng)勢(shì),EUL2V.(1)由ES得:T/s50 T/s(2)由EBLv得:vm/s5 m/s二、導(dǎo)體切割磁感線轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題分析如圖2所示,長(zhǎng)為l的金屬棒ab在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度繞b點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則ab兩端電動(dòng)勢(shì)的大小EBl2(推導(dǎo)見下面例2)圖2例2如圖3所示,一根彎成直角的金屬棒abc繞其一端a在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),已知abbc43,金屬棒總長(zhǎng)為L(zhǎng),若加一個(gè)垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則棒兩端的電勢(shì)差Uca為()圖3A.BL2 BBL2C.BL2 DBL2答案B解析由題知abbc43,金屬棒總長(zhǎng)為L(zhǎng),則abL,bcL,則ca間的長(zhǎng)度lL,abc棒以a端為軸在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則c、a間的電勢(shì)差大小UcaEcaBl2B2BL2,故選B.三、電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為,則在t時(shí)間內(nèi):n,又qt,所以qn.其中對(duì)應(yīng)某過(guò)程磁通量的變化,R為回路的總電阻,n為電路的匝數(shù)注意:求解電路中通過(guò)的電荷量時(shí),一定要用平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和平均感應(yīng)電流計(jì)算例3如圖4甲所示,有一面積為S100cm2的金屬環(huán),電阻為R0.1,環(huán)中磁場(chǎng)的變化規(guī)律如圖乙所示,且磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,在t1到t2時(shí)間內(nèi),通過(guò)金屬環(huán)某橫截面的電荷量是多少?圖4答案0.01C解析由法拉第電磁感應(yīng)定律知金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)En,由閉合電路的歐姆定律知金屬環(huán)中的感應(yīng)電流為I.通過(guò)金屬環(huán)截面的電荷量qItC0.01C.例4如圖5所示,閉合導(dǎo)線框abcd的質(zhì)量可以忽略不計(jì),將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強(qiáng)磁場(chǎng)若第一次用0.3 s時(shí)間拉出,拉動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線ab所受安培力為F1,通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量為q1;第二次用0.9 s時(shí)間拉出,拉動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線ab所受安培力為F2,通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量為q2,則()圖5AF1<F2,q1<q2 BF1<F2,q1q2CF1F2,q1<q2 DF1>F2,q1q2答案D解析兩次拉出過(guò)程,穿過(guò)線框的磁通量變化相等,12,而通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量qn,故q1q2,據(jù)En,又t1<t2,因此電動(dòng)勢(shì)E1>E2,閉合回路電流I1>I2再據(jù)FBIl知:F1>F2,故選項(xiàng)D正確.公式En和EBlv的應(yīng)用1如圖6所示,閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈平面和磁感線方向成30角,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化用下述哪一種方法可使線圈中的感應(yīng)電流增加一倍()圖6A使線圈的匝數(shù)增加一倍B使線圈的面積增加一倍C使線圈的半徑增加一倍D改變線圈平面的取向,使之與磁場(chǎng)方向垂直答案CD解析磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率是一定的,由EnS(S為垂直于B方向上的投影面積);匝數(shù)增加一倍,E增加一倍,電阻R也增加一倍,I不變;面積增加一倍,E增加一倍,但R增加倍,電流增加倍;半徑R增加一倍,面積變?yōu)樵瓉?lái)的4倍,E變?yōu)樵瓉?lái)的4倍,電阻R變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則電流I增加一倍;使線圈與磁場(chǎng)方向垂直,E增加一倍,R不變,電流增加一倍2如圖7所示,一導(dǎo)線彎成半徑為a的半圓形閉合回路虛線MN右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右勻速進(jìn)入磁場(chǎng),直徑CD始終與MN垂直從D點(diǎn)到達(dá)邊界開始到C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)為止,下列結(jié)論正確的是()圖7A半圓形段導(dǎo)線不受安培力BCD段直導(dǎo)線始終不受安培力C感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值EmBavD感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平均值Bav答案CD解析由FBIl可知,當(dāng)垂直磁感線方向放置的導(dǎo)線中有電流時(shí),導(dǎo)線受到安培力的作用,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值即切割磁感線有效長(zhǎng)度最大時(shí)的電動(dòng)勢(shì),故EmBav,C正確;,Ba2,t,由上式得Bav,D正確導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)3如圖8所示,導(dǎo)體AB的長(zhǎng)為2R,繞O點(diǎn)以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),OB為R,且OBA三點(diǎn)在一條直線上,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)充滿轉(zhuǎn)動(dòng)平面且與轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直,那么A、B兩端的電勢(shì)差為()圖8A.BR2B2BR2C4BR2D6BR2答案C解析A點(diǎn)線速度vA3R,B點(diǎn)線速度vBR,AB棒切割磁感線的平均速度2R,由EBlv得A、B兩端的電勢(shì)差為4BR2,C項(xiàng)正確電磁感應(yīng)中電荷量的計(jì)算4物理實(shí)驗(yàn)中,常用一種叫“沖擊電流計(jì)”的儀器測(cè)定通過(guò)電路的電荷如圖9所示,探測(cè)線圈與沖擊電流計(jì)串聯(lián)后,可用來(lái)測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度已知線圈的匝數(shù)為n,面積為S,線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R,若將線圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,開始時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)垂直,現(xiàn)把探測(cè)線圈翻轉(zhuǎn)90,沖擊電流計(jì)測(cè)出通過(guò)線圈的電荷量為q,則被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為()圖9A.B.C.D.答案B解析探究線圈翻轉(zhuǎn)90的過(guò)程中,磁通量的變化BS,由法拉第電磁感應(yīng)定律n,由,qt可得,q,所以B.

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