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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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)問題和電荷量問題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)的大小與穿過這一電路的磁通量變化率成正比(2)公式：En，E的大小與、無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(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，若電路不閉合無感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(填“有”或“無”)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)過程中導(dǎo)線ab所受安培力為F1，通過導(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)過程中導(dǎo)線ab所受安培力為F2，通過導(dǎo)線橫截面的電量為q2，則()圖5AF1F2，q1q2 BF1F2，q1q2CF1F2，q1F2，q1q2答案D解析兩次拉出過程，穿過線框的磁通量變化相等，12，而通過導(dǎo)線橫截面的電量qn，故q1q2，據(jù)En，又t1E2，閉合回路電流I1I2再據(jù)FBIl知：F1F2，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)樵瓉淼?倍，E變?yōu)樵瓉淼?倍，電阻R變?yōu)樵瓉淼?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.