电磁感应典型例题和练习进步
(完整版)法拉第电磁感应定律的例题

法拉第电磁感应定律的例题【例1】如图所示,磁感强度B=1.2T的匀强磁场中有一折成30°角的金属导轨aob,导轨平面垂直磁场方向。
一条直线MN垂直ob方向放置在轨道上并接触良好。
当MN以v=4m/s从导轨O点开始向右平动时,若所有导线单位长度的电阻r=0.1Ω/m。
求:(1)经过时间t后,闭合回路的感应电动势的瞬时值和平均值;(2)闭合回路中的电流大小和方向。
【分析】磁场B与平动速度v保持不变,但MN切割磁感线有效【解答】 (1)设运动时间为t后,在ob上移动S=vt=4t,MN的回路总电阻R=Lr=10.9t×0.1=1.09t【说明】 (1)本题切割的有效长度是时间的函数,所以电动势的平均值、即时值与有效长度的平均值、即时值有关(2)解这一类有效长度随时间变化的问题,关键是找到有效长度与时间的函数关系。
【例2】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,长L电阻R0的裸电阻丝cd在宽L的平行金属轨道上向右滑行,速度为v。
已知R1=R2=R0,其余电阻忽略不计,求电键K闭合与断开时,M、N两点的电势差U MN。
【分析】 cd在磁场中做切割磁感线的运动,这部分电路是电源,你知道电键K 断开和闭合,U cd有什么不同吗?电键K断开时,电路abcd不闭合,只产生感应电动势,而没有感应电流,N、c、b等势,M、a、d等势,U MN=U dc=E;电键K闭合时,电路中有感应电流,此时U MN=U dc为路端电压。
【解答】ε=BLvK断开时,U MN=U dc=ε=BLv【说明】 1、不要以为切割磁感线导体两端电压都等于感应电动势,通过此题想想在什么情况下,两端电压不等于电动势的值。
2、cd部分是电源,在电源内部,电流方向是从低电势流向高电势(规定为电动势的方向),所以U MN=U dc为正值。
【例3】如图所示,小灯泡的规格为“2V、4W”,接在光滑水平导轨上,轨距0.1m,电阻不计。
法拉第电磁感应定律 典例与练习

法拉第电磁感应定律典例与练习【典型例题】类型一、法拉第电磁感应定律的应用例1、(2015 安徽) 如图所示,abcd为水平放置的平行“匚”形光滑金属导轨,间距为l。
导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计。
已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。
则A.电路中感应电动势的大小为sinBlvθB.电路中感应电流的大小为sinBvrθC.金属杆所受安培力的大小为2sinlvrBθD.金属杆的热功率为22sinlrvBθ【答案】B【解析】导体棒切割磁力线产生感应电动势E=Blv,故A错误;感应电流的大小sinsinE BvIl rrθθ==,故B正确;所受的安培力为2sinl B lvF BIrθ==,故C错误;金属杆的热功率222sinsinl B vQ I rrθθ==,故D错误。
【考点】考查电磁感应知识。
举一反三【变式】如图所示,水平放置的平行金属导轨,相距L=0.50 m,左端接一电阻R =0. 20n,磁感应强度B=0.40 T,方向垂直于导轨平面的匀强磁场,导体棒a b垂直放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,当a b以v=4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:(1)a b棒中感应电动势的大小,并指出a、b哪端电势高?(2)回路中感应电流的大小;(3)维持a b 棒做匀速运动的水平外力F 的大小。
【答案】(1)0.8V ;a 端电势高;(2)4.0A ;(3)0. 8 N 。
【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律,a b 棒中的感应电动势为0.40.5 4.00.8E BLv V V ==⨯⨯= 根据右手定则可判定感应电动势的方向由b a →,所以a 端电势高。
(2)导轨和导体棒的电阻均可忽略不计,感应电流大小为 0.8 4.00.2E I A A R === (3)由于a b 棒受安培力,棒做匀速运动,故外力等于安培力 4.00.50.40.8F BIL N N ==⨯⨯=, 故外力的大小为0. 8 N 。
(完整版)电磁感应典型例题

典型例题电磁感应与电路、电场相结合1 .如图所示,螺线管的导线的两端与两平行金属板相接,一个带负电的通草球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态,若条形磁铁突然插入线圈时,通草球的运动情况是()A、向左摆动B、向右摆动_C、保持静止D、无法确定N解:当磁铁插入时,穿过线圈的磁通量向左且增加,线圈产S—^生感应电动势,因此线圈是一个产生感应电动势的电路,相当于一个电源,其等效电路图如图,因此A板带正电,B板带负电,故小球受电场力向左答案:A3.如图所示,匀强磁场B=0.1T,金属棒AB长0.4m,与框架宽度相同,计,电阻Ri=2 Q, R2=1 ◎当金属棒以5m/s的速度匀速向左运动时,求:(1)流过金属棒的感应电流多大?(2)若图中电容器C为0.3则充电量多少?(1)0.2A, (2)4 10-8C解:(1)金属棒AB以5m/s的速度匀速向左运动时,切割磁感线,产生的感应电动势为 E Blv ,得E 0.1 0.4 5V 0.2V ,2由串并联知识可得R外一,R总1 ,所以电流I 0.2A304(2)电容器C并联在外电路上,U外—V由公式Q CU 0.334.(2003上海)粗细均习的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行。
现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图100-1所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是()解:沿四个不同方向移出线框的感应电动势都是E效电路如图100-2所示,显然图B'的Uab最大,选B。
电阻为R=1/3 ◎框架电阻不106 034 c 4108cBlv ,而a、b两点在电路中的位置不同,其等AB5.( 2004年东北三校联合考试)粗细均匀的电阻丝围成如图12 —8所示的线框abcde (ab=bc)置于正方形有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面.现使线框以同样大小的速度匀速地沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直,则在通过图示位置时,线框ab边两端点间的电势差绝对值最大的是6. 竖直平面内有一金属环,半径为 a,总电阻为 R.磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点 A 较链连接的长度为 2a 、电阻为R/2的导体棒AB 由水平位置紧-----贴环面摆下(如图).当摆到竖直位置时, B 点的线速度为 v,则这时 AB 两端 巾 的电压大小为( )|,\A.2BavB.BavC.2Bav/3D.Bav/3 X工/解析:导体棒转至竖直位置时,感应电动势 E=1B2av=Bav E2R R电路中总电阻R 总=Y2-2— + — = — R 总电流I = -- = 4EavAB 两端的电压U=E - I — =— Bav.R R 2 4 R 总 3R2 32 2答案:D8. (04江苏35)如图100-3所示,U 形导线框 MNQP 水平放置在磁感应强度 B = 0.2T 的匀强磁场中, 磁感线方向与导线框所在平面垂直,导线 MN 和PQ 足够长,间距为0. 5m,横跨在导线框上的导体棒 ab的电阻r= 1.0 0,接在NQ 间的电阻R = 4.OQ,电压表为理想电表,其余电阻不计.若导体棒在水平外力 作用下以速度 尸2.0m/s 向左做匀速直线运动,不计导体棒与导线框间的摩擦.(1)通过电阻R 的电流方向如何?(2)电压表的示数为多少?M 咛 (3)若某一时刻撤去水平外力,则从该时刻起,在导体棒运动1.0m•的过程中,通过导体棒的电荷量为多少 ?解:(1)由右手定则可判断,导体棒中的电流方向为 阻R 的电流方向为NRQ(2)由感应电动势的公式,得 E=Blv设电路中的电流为I,由闭合电路欧姆定律,得又电压表的示数等于电阻 R 两端的电压值,则有综合①②③式,得R +产 ④(3)撤去水平外力后,导体棒将在安培力的作用下, 做减速运动.设在导体棒运动x=1.0m 的过程中,2U=IR ③代入数值,得 U=0.16V ⑤导体棒中产生的感应电动势的平均值为由法拉第电磁感应定律,得设通过导体棒的电荷量为E E f =—A/E r综合⑥、⑦、⑧式,得Q,则有 Q = I At由闭合电路欧姆定律,得⑧⑨代入数值,得Q=2.0 M0-2C ⑩解析:线框通过图示各位置时,电动势均为E=Blv,图A 中ab 相当于电源,U ab 最大.答案:A答案:通过电阻R的电流万向为NRQ 0.16V 2.0 102c得:Ft mgt I LBt mv ⑤ 解得:q I t 0.36C⑥拓展1. (2003年北京海淀区模拟题) 如图所示,MN 和PQ 是固定在水平面内间距 L=0.20 m 的平 行金属轨道,轨道的电阻忽略不计.金属杆ab 垂直放置在轨道上.两轨道间连接有阻值为 R O =1.5翦勺电阻, ab 杆的电阻R= 0.50 @b 杆与轨道接触良好并不计摩擦, 整个装置放置在磁感应强度为 B= 0.50 T 的匀强 磁场中,磁场方向垂直轨道平面向下 .对ab 杆施加一水平向右的拉力,使之以v= 5.0 m/s 的速度在金属轨道上向右匀速运动 .求: (1)通过电阻R 0的电流; (2)对ab 杆施加的水平向右的拉力的大小 ;(3) ab 杆两端的电势差. 解析:(1) a 、b 杆上产生的感应电动势为 E=BLv=0.50 V. 根据闭合电路欧姆定律,通过 R 0的电流1 = 一E一=0.25 A. R 0 R 口 (2)由于ab 杆做匀速运动,拉力和磁场对电流的安培力 F 大小相等,即F 拉=F=BIL=0.025 N..................................... ER BlvR … (3)根据欧姆定律,ab 杆两端的电势差 Uab=——0—= -------- 0- =0.375 V.R R 0 R R 0 答案:(1) 0.50 V (2) 0.025 N (3) 0.375 V 拓展2.如图所示,水平面上有两根相距 0.5m 的足够长的平行 金属导轨 MN 和PQ,它们的电阻可忽略不计,在 M 和P 之间接有 阻值为R 的定值电阻,导体棒 ab 长l = 0.5m,其电阻为r,与导轨 接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度 B = 0.4T.现使ab 以v= 10m/s 的速度向右做匀速运动. (1) ab 中的感应电动势多大 ? (2)ab 中电流的方向如何 ? ⑶若定值电阻R = 3.O ◎导体棒的电阻r=1.O ◎,则电路电流大? 解:(1) ab 中的感应电动势为: E Blv ① 代入数据得:E=2.0V ② (2) ab 中电流方向为b-a (3)由闭合电路欧姆定律,回路中的电流 I —E — ③ 代入数据得:I = 0.5A R r答案:(1) 2.0V (2) ab 中电流方向为 b-a (3) 0.5A 拓展3.如图所示,MN 、PQ 是两条水平放置彼此平行的金属导轨, 匀强磁场的磁感线垂直导轨平面. 导 轨左端接阻值 R=1.5 ◎的电阻,电阻两端并联一电压表,垂直导轨跨接一金属杆 ab, ab 的质量m=0.1kg, 电阻r=0.5 Q.ab 与导轨间动摩擦因数 户0.5,导轨电阻不计,现用F=0.7N 的恒力水平向右拉 ab,使之从静止开始运动,经时间 t=2s 后,ab 开始 做匀速运动,此时电压表示数 U=0.3V .重力加速度g=10m/s 2.求: (1) ab 匀速运动时,外力 F 的功率. (2) ab 杆加速过程中,通过 R 的电量. (3) ab 杆加速运动的距离. 解:(1)设导轨间距为 L,磁感应强度为 B, ab 杆匀速运动的速 度为v,电流为I,此时ab 杆受力如图所示:由平衡条件得:F=(i mg+ILB ① 由欧姆定律得:1_B" U ② R r R由①②解得:BL=1T m v=0.4m/s③ F 的功率:P=Fv=0.7 0.4W=0.28W④(2)设ab 加速时间为t,加速过程的平均感应电流为I ,由动量定理典型例题一一导体在磁场中切割磁感线(一)单导体运动切割磁感线1.动——电——动2.电——动——电(3)设加速运动距离为s,由法拉第电磁感应定律得 EBLs又E 「(R r) ⑧由⑥⑦⑧解得 c q(R r)s -------BL 0.36 2 ------ m 072m9. (05天津23)图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距导轨所在平面与磁感应强度B为0. 50T的匀强磁场垂直。
电磁感应练习题初三

电磁感应练习题初三电磁感应是物理学中一个重要的概念,也是初中物理课程的重点内容之一。
下面我们来进行一些关于电磁感应的练习题,以帮助初三学生巩固和拓展对这一知识点的理解。
练习题一:一个长直导线中通过电流I,它产生的磁感应强度B为2.5 × 10^-4 T。
现有一条与长直导线平行的导线,两者距离为0.1 m,导线长度为0.5 m,通过的电流为5 A。
求这条导线在电磁感应中所受到的力。
解答:根据电磁感应的洛伦兹力公式F = BILsinθ,其中F为力,B为磁感应强度,I为电流,L为导线长度,θ为两者夹角。
将已知数据代入公式中,可得:F = (2.5 × 10^-4 T) × (5 A) × (0.5 m) × sinθ练习题二:一根长度为1.2 m的导线以速度2.5 m/s在磁感应强度为0.3 T的磁场中运动。
求导线在该磁场中感应出的电动势。
解答:根据电磁感应的法拉第电磁感应定律,感应电动势ε等于导线与磁感应强度的乘积再乘以导线运动的速度。
即ε = BvL,其中ε为感应电动势,B为磁感应强度,v为导线速度,L为导线长度。
将已知数据代入公式中,可得:ε = (0.3 T) × (2.5 m/s) × (1.2 m)练习题三:一个圆形线圈有100个匝,线圈的半径为5 cm,并且导线上的电流随时间变化,变化的速率为0.2 A/s。
求当时间为2 s时,该圆形线圈内感应出的电动势大小。
解答:根据电磁感应的法拉第电磁感应定律,感应电动势ε等于导线上的匝数N与磁感应强度的乘积再乘以导线上电流随时间变化的速率的绝对值。
即ε = NB |dI/dt|,其中ε为感应电动势,N为导线的匝数,B为磁感应强度,dI/dt为电流随时间变化的速率。
将已知数据代入公式中,可得:ε = (100 匝) × B × |0.2 A/s|练习题四:一个长度为1.5 m的导线以速度3 m/s穿过磁感应强度为0.5 T的磁场,导线的两端接在一个电阻为10 Ω的电阻器上。
电磁感应典型例题集锦

电磁感应典型例题集锦【例题1】图为地磁场磁感线的示意图,在北半球的地磁场的竖直分量向下,飞机在我国的上空匀速航行,机翼保持水平,飞行高度不变。
由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差,设飞行员左方机翼末端处的电势为U 1,右方机翼末端的电势为U 2。
A.A.若飞机从西向东飞,若飞机从西向东飞,U 1比U 2高B.B.若飞机从东向西飞,若飞机从东向西飞,U 2比U 1高C.C.若飞机从南往北飞,若飞机从南往北飞,U 1比U 2高D.D.若飞机从北往南飞,若飞机从北往南飞,U 2比U 1高【例题2】如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将:A.A.逐渐增大逐渐增大B.B.逐渐减小逐渐减小C.C.保持不变保持不变D.D.不能确定不能确定【例题3】如边长为0.2m的正方形导线框abcd斜靠在墙上,线框平面与地面成30°角,该区域有一水平向右的匀强磁场,磁感应强度为0.5T,如图所示。
因受振动线框在0.1s内滑跌至地面,这过程中线框里产生的感应电动势的平均值为_____。
【例题4】关于自感现象,下列说法中正确的是:对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大A.A.对于同一线圈,当电流变化越大时,线圈中产生的自感电动势也越大对于同一线圈,当电流变化越快时,其自感系数也越大B.B.对于同一线圈,当电流变化越快时,其自感系数也越大线圈中产生的自感电动势越大,则其自感系数一定较大C.C.线圈中产生的自感电动势越大,则其自感系数一定较大感应电流有可能和原电流的方向相同D.D.感应电流有可能和原电流的方向相同用力拉导线框使导线框匀速离开磁场这一过程如图所示,下列说下列说【例题5】用力拉导线框使导线框匀速离开磁场这一过程如图所示,法正确的是:线框电阻越大,所用拉力越小A.A.线框电阻越大,所用拉力越小拉力做的功减去磁场力所做的功等于线框产生的热量B.B.拉力做的功减去磁场力所做的功等于线框产生的热量拉力做的功等于线框的动能C.C.拉力做的功等于线框的动能对同一线框,快拉与慢拉所做的功相同,线框产生的热量也相同D.D.对同一线框,快拉与慢拉所做的功相同,线框产生的热量也相同【例题6】如右图所示,线圈由A位置开始下落,在磁场中受到的磁场力如果总小于它的重力,则它在A、B、C、D四个位置(B、D位置恰好线圈有一半在磁场中)时,加速度关系为:A. a A>a B>a C>a DB. a A=a C>a B>a DC. a A=a C>a D>a BD. a A=a C>a B=a D【例题7】如图所示,槽中有两铜棒,左侧液面下有5.6×10-3g Fe,溶液为足量的CuSO4。
(完整版)电磁感应综合典型例题

电磁感应综合典型例题【例1】电阻为R的矩形线框abcd,边长ab=L,ad=h,质量为m,自某一高度自由落下,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为h,如图所示,若线框恰好以恒定速度通过磁场,线框中产生的焦耳热是_______.(不考虑空气阻力)【分析】线框通过磁场的过程中,动能不变。
根据能的转化和守恒,重力对线框所做的功全部转化为线框中感应电流的电能,最后又全部转化为焦耳热.所以,线框通过磁场过程中产生的焦耳热为Q=W G=mg—2h=2mgh.【解答】2mgh。
【说明】本题也可以直接从焦耳热公式Q=I2Rt进行推算:设线框以恒定速度v通过磁场,运动时间从线框的cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程中,因切割磁感线产生的感应电流的大小为cd边进入磁场时的电流从d到c,cd边离开磁场后的电流方向从a到b.整个下落过程中磁场对感应电流产生的安培力方向始终向上,大小恒为据匀速下落的条件,有因线框通过磁场的时间,也就是线框中产生电流的时间,所以据焦耳定律,联立(l)、(2)、(3)三式,即得线框中产生的焦耳热为Q=2mgh.两种解法相比较,由于用能的转化和守恒的观点,只需从全过程考虑,不需涉及电流的产生等过程,计算更为简捷.【例2】一个质量m=0.016kg、长L=0.5m,宽d=0.1m、电阻R=0.1Ω的矩形线圈,从离匀强磁场上边缘高h1=5m处由静止自由下落.进入磁场后,由于受到磁场力的作用,线圈恰能做匀速运动(设整个运动过程中线框保持平动),测得线圈下边通过磁场的时间△t=0.15s,取g=10m/s2,求:(1)匀强磁场的磁感强度B;(2)磁场区域的高度h2;(3)通过磁场过程中线框中产生的热量,并说明其转化过程.【分析】线圈进入磁场后受到向上的磁场力,恰作匀速运动时必满足条件:磁场力=重力.由此可算出B并由运动学公式可算出h2。
由于通过磁场时动能不变,线圈重力势能的减少完全转化为电能,最后以焦耳热形式放出.【解答】线圈自由下落将进入磁场时的速度(l)线圈的下边进入磁场后切割磁感线产生感应电流,其方向从左至右,使线圈受到向上的磁场力.匀速运动时应满足条件(2)从线圈的下边进入磁场起至整个线圈进入磁场做匀速运动的时间以后线圈改做a=g的匀加速运动,历时所对应的位移所以磁场区域的高度(3)因为仅当线圈的下边在磁场中、线圈做匀速运动过程时线圈内才有感应电流,此时线圈的动能不变,由线圈下落过程中重力势能的减少转化为电能,最后以焦耳热的形式释放出来,所以线圈中产生的热量【说明】这是力、热、电磁综合题,解题过程要分析清楚每个物理过程及该过程遵守的物理规律,列方程求解。
电磁感应经典解析及典型例题

轻松搞定电磁感应,还有谁今年山东改用全国卷,较之前更倾向于考察分析解决问题的能力,方向性更加灵活,而电磁感应历来是高考的重点内容,其考察综合性强,涉猎范围广,很好的迎合了全国卷的“胃口”。
(特别是全国卷大题好几年没考了奥,你懂得)因此,童鞋们要善于总结这部分题的解题方法和思路,跟老师一起来学习吧因此,童鞋们要善于总结这部分题的解题方法和思路,跟老师一起来学习吧~ ~ 我们把所学知识当做武器,把问题当做敌人,苦练杀敌本领,用武器消灭敌人。
1关于电磁感应的图像问题:常见的有 Φ-t 图像 、B-t 图像、I-t 图像、E-t 图像。
这里说前两种,出现这两种图像,就是间接地告诉了你感应电动势的大小。
由法拉第电磁感应定律可知E=n ΔΦ/Δt ,如果是Φ-t 图像,则图像的斜率即为ΔΦ/Δt 的大小。
更常见的是B-t 图像,法拉第电磁感应定律变形一下即为E=nS ΔB/Δt,所以图像的斜率即为ΔB/Δt ,所以立马可以算出E 的大小。
(多总结,做题又快又准)光说不练假把式:在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500匝,横截面积S=20cm 2.螺线管导线电阻r=1.0Ω,R 1=4.0Ω,R 2=5.0Ω,C=30μF .在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B 按如图乙所示的规律变化.求:按如图乙所示的规律变化.求:(1)求螺线管中产生的感应电动势?)求螺线管中产生的感应电动势?(2)闭合S ,电路中的电流稳定后,求此时全电路电流的方向(顺时针还是逆时针)?,电路中的电流稳定后,求此时全电路电流的方向(顺时针还是逆时针)?(3)闭合S ,电路中的电流稳定后,电阻R 1的电功率?的电功率?(4)闭合S ,电路中的电流稳定后,求电容器的电量?,电路中的电流稳定后,求电容器的电量?2 电磁感应中的电学问题碰到这样的问题,小朋友们应该是很幸运了(前提是电流学的还可以),这类问题,不外乎导体切割磁感线产生感应电动势充当电源(动生电动势)或者是磁通量发生变化的回路产生感应电动势(感生电动势)。
高考物理:带你攻克电磁感应中的典型例题(附解析)

高考物理:带你攻克电磁感应中的典型例题(附解析)例1、如图所示,有一个弹性的轻质金属圆环,放在光滑的水平桌面上,环中央插着一根条形磁铁.突然将条形磁铁迅速向上拔出,则此时金属圆环将()A. 圆环高度不变,但圆环缩小B. 圆环高度不变,但圆环扩张C. 圆环向上跳起,同时圆环缩小D. 圆环向上跳起,同时圆环扩张解析:在金属环中磁通量有变化,所以金属环中有感应电流产生,按照楞次定律解决问题的步骤一步一步进行分析,分析出感应电流的情况后再根据受力情况考虑其运动与形变的问题.也可以根据感应电流的磁场总阻碍线圈和磁体间的相对运动来解答。
当磁铁远离线圈时,线圈和磁体间的作用力为引力,由于金属圆环很轻,受的重力较小,因此所受合力方向向上,产生向上的加速度.同时由于线圈所在处磁场减弱,穿过线圈的磁通量减少,感应电流的磁场阻碍磁通量减少,故线圈有扩张的趋势。
所以D选项正确。
一、电磁感应中的力学问题导体切割磁感线产生感应电动势的过程中,导体的运动与导体的受力情况紧密相连,所以,电磁感应现象往往跟力学问题联系在一起。
解决这类电磁感应中的力学问题,一方面要考虑电磁学中的有关规律,如安培力的计算公式、左右手定则、法拉第电磁感应定律、楞次定律等;另一方面还要考虑力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律等。
例2、如图1所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻。
一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。
整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下,导轨和金属杆的电阻可忽略。
让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
(1)由b向a方向看到的装置如图2所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小;(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值。
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电磁感应课标导航课程内容标准:1.收集资料,了解电磁感应现象的发现过程,体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。
2.通过实验,理解感应电流的产生条件,举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。
3.通过探究,理解楞次定律。
理解法拉第电磁感应定律。
4.通过实验,了解自感现象和涡流现象。
举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。
复习导航本章内容是两年来高考的重点和热点,所占分值比重较大,复习时注意把握:1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别与联系。
2.楞次定律的应用和右手定则的应用,理解楞次定律中“阻碍”的具体含义。
3.感应电动势的定量计算,以及与电磁感应现象相联系的电路计算题(如电流、电压、功率等问题)。
4.滑轨类问题是电磁感应的综合问题,涉及力与运动、静电场、电路结构、磁场及能量、动量等知识、要花大力气重点复习。
5.电磁感应中图像分析、要理解E-t、I-t等图像的物理意义和应用。
第1课时电磁感应现象、楞次定律1、高考解读真题品析知识:安培力的大小与方向例1. (09年上海物理)13.如图,金属棒ab置于水平放置的U形光滑导轨上,在ef右侧存在有界匀强磁场B,磁场方向垂直导轨平面向下,在ef左侧的无磁场区域cdef内有一半径很小的金属圆环L,圆环与导轨在同一平面内当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后,圆环L有__________(填收缩、扩张)趋势,圆环内产生的感应电流_______________(填变大、变小、不变)。
解析:由于金属棒ab在恒力F的作用下向右运动,则abcd回路中产生逆时针方向的感应电流,则在圆环处产生垂直于只面向外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量将增大,依据楞次定律可知,圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大;又由于金属棒向右运动的加速度减小,单位时间内磁通量的变化率减小,所以在圆环中产生的感应电流不断减小。
答案:收缩,变小点评:深刻领会楞次定律的内涵热点关注知识:电磁感应中的感应再感应问题例8、如图所示水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右运动.则PQ所做的运动可能是A.向右匀速运动B.向右加速运动C.向左加速运动D.向左减速运动解析:当MN在磁场力作用下向右运动,根据左手定则可在通过MN的电流方向为M →N,故线圈B中感应电流的磁场方向向上;要产生该方向的磁场,则线圈A中的磁场方向向上,磁场感应强度则减弱;磁场方向向下,磁场强度则增加.若是第一种情况,则PQ中感应电流方向Q→P,且减速运动,所以PQ应向右减速运动;同理,则向右加速运动.故BC项正确.答案:BC点评:二次感应问题是两次利用楞次定律进行分析的问题,能够有效考查对楞次定律的理解是准确、清晰。
要注意:B线圈中感应电流的方向决定A线圈中磁场的方向,B线圈中电流的变化情况决定A线圈中磁通量的变化情况,把握好这两点即可结合楞次定律顺利解决此类问题2、知识网络考点1:磁通量考点2.电磁感应现象穿过闭合回路的磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生.考点3.楞次定律1.内容:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场的变化.2.对“阻碍”意义的理解:增反减同,来斥去吸(1)阻碍原磁场的变化。
“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了,如果原磁场不变化,即使它再强,也不会产生感应电流.(2)阻碍不一定是减小.当原磁通减小时,感应电流的磁场与原磁场相同,以阻碍其减小;当原磁通增加时,感应电流的磁场与原磁场相反,以阻碍其增加.(3)楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现3.应用楞次定律的步骤⑴确定引起感应电流的原磁通量的方向⑵原磁通量是增加还是减小⑶确定感应电流的磁场方向⑷利用安培定则确定感应电流的方向4.右手定则:用来直接判断导体切割磁感线产生的感应电流的方向.3、复习方案基础过关重难点:感应电流方向的判断(原创)例3.导线框abcd与直导线在同一平面内,直导线中通有恒定电流I,当线框自左向右匀速通过直导线的过程中,线框中感应电流如何流动?解析:画出磁场的分布情况如图示:开始运动到A位置,向外的磁通量增加,I的方向为顺时针,当dc边进入直导线右侧,直到线框在正中间位置B时,向外的磁通量减少到0, I的方向为逆时针, 接着运动到C,向里的磁通量增加, I的方向为逆时针, 当ab边离开直导线后,向里的磁通量减少,I方向为顺时针.答案:感应电流的方向先是顺时针,接着为逆时针,然后又为顺时针。
典型例题:(原创)例4.如图所示,a、b、c、d为四根相同的铜棒, c、d固定在同一水平面上,a、b对称地放在c、d棒上,它们接触良好,O点为四根棒围成的矩形的几何中心,一条形磁铁沿竖直方向向O点落下,则ab可能发生的情况是:( )(A) 保持静止;(B) 分别远离O点;(C) 分别向O点靠近;(D) 无法判断。
解析:当磁体向下时,穿过矩形的磁通量增加,矩形有缩小的趋势。
答案:C点评:理解好楞次定律的内涵,是解决电磁感应现象的至关因素。
第2课时 法拉第电磁感应定律 自感1、高考解读真题品析知识:楞次定律、安培力、感应电动势、左手定则、右手定则例1. (09年山东卷)21.如图所示,一导线弯成半径为a 的半圆形闭合回路。
虚线MN 右侧有磁感应强度为B 的匀强磁场。
方向垂直于回路所在的平面。
回路以速度v 向右匀速进入磁场,直径CD 始络与MN 垂直。
从D 点到达边界开始到C 点进入磁场为止,下列结论正确的是A .感应电流方向不变B . CD 段直线始终不受安培力C .感应电动势最大值E =BavD .感应电动势平均值14E Bav =π 解析:A 选项在闭合电路进入磁场的过程中,通过闭合电路的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变,A 正确。
B 选项根据左手定则可以判断,受安培力向下,B 不正确。
C 选项当半圆闭合回路进入磁场一半时,即这时等效长度最大为a ,这时感应电动势最大E=Bav ,C 正确D 选项感应电动势平均值va a B tE 2212π⋅=∆∆Φ=,D 正确。
答案:ACD点评:感应电动势公式E t∆φ=∆只能来计算平均值,利用感应电动势公式E Blv =计算时,l 应是等效长度,即垂直切割磁感线的长度。
热点关注:知识:导体平动切割磁感线的计算公式例2.水平放置的金属框架abcd,宽度为0.5m,匀强磁场与框架平面成30°角,如图所示,磁感应强度为0.5T,框架电阻不计,金属杆MN置于框架上可以无摩擦地滑动,MN的质量0.05kg,电阻0.2Ω,试求当MN的水平速度为多大时,它对框架的压力恰为零,此时水平拉力应为多大?解析:点评:请注意1.E=BLV的适用条件2.受力图正确3.力的处理恰当2、知识网络考点1.感应电动势:1.在电磁感应现象中产生的电动势.产生感应电动势的部分相当于电源.2.法拉第电磁感应定律:(1)电路中感应电动势的大小,跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比,即t N E ∆∆Φ=, N 为线圈匝数 (2)区别磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率.考点2.自感3、复习方案基础过关重难点:带电粒子在有界磁场中的运动(改编)例3.彩色电视机的电源输人端装有电源滤波器,其电路图如图所示,元件L1 , L2 是两个电感线圈,它们的自感系数很大,F是保险丝,R是压敏电阻(正常情况下阻值很大,但电压超过设定值时,阻值会迅速变小,可以保护与其并联的元件),C1, C2 是电容器,S 为电视机开关,在电视机正常工作时,若小明在没有断开开关S时,就拔去电源插头,则以下说法正确的是()A. F可能被熔断B. F不可能被熔断C. C1可能被损坏D. C2可能被损坏解析:先拔去电源插头,保险丝不形成回路,不会熔断。
开关S未断开,由于自感作用,L 中电流不会突变,在R两端产生高电压,R阻值迅速变小,C1两端电压迅速变小,C1不会被损坏,高电压都加在C2上,C2可能被损坏。
答案:BD典型例题:(改编)例4.如图,一圆环与外切正方形线框均由相同的绝缘导线制成,并各自形成闭合回路,匀强磁场布满整个方形线框,当磁场均匀变化时,线框和圆环中的感应电动势之比是多大?感应电流之比等于多少?解析:设正方形边长为2a ,则圆环半径为a ,两者面积之比为 S1/S2=4a2/πa2=4/π,电阻之比为 R1/R2=8a/2πa=4/πE =ΔΦ/Δt =S ΔB/Δt ∝SE1 / E2= S1/S2=4a2/ π a2=4/π,1122121=⨯=R R E E I I 答案:电动势之比4/π,电流之比1:1例5.矩形形线框abcd 绕OO ' 轴在磁感强度为0.2T 的匀强磁场中以2r/s 的转速匀速转动,已知ab =20cm ,bd=40cm ,匝数为100匝,当线框从如图示位置开始转过90°,则线圈中磁通量的变化量ΔΦ等于多少?磁通量平均变化率为多少?线圈中产生的平均感应电动势E 为多少?解析:转过90°时,线圈中磁通量的变化量ΔΦ=BS – 0 = 0.016 Wb周期为 T=1/2=0.5sΔt =1/4 T=0. 125sΔΦ/Δt =0.016/0.125 =0.128 Wb /s ,E=n ΔΦ/Δt =12.8V答案:0.128 Wb/s,12.8V点评:第3课时电磁感应规律的综合应用1、高考解读真题品析知识:电磁感应中的电路问题例1. (09年广东物理)18.(15分)如图18(a)所示,一个电阻值为R,匝数为n的圆形金属线与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路。
线圈的半径为r1 . 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图18(b)所示。
图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0. 导线的电阻不计。
求0至t1时间内(1)通过电阻R1上的电流大小和方向;(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。
解析:⑴由图象分析可知,0至1t 时间内 0B B t t ∆=∆ 由法拉第电磁感应定律有 BE nn s t tφ∆∆==⋅∆∆ 而22s r π=由闭合电路欧姆定律有11E I R R=+联立以上各式解得通过电阻1R 上的电流大小为202103nB r I Rt π=由楞次定律可判断通过电阻1R 上的电流方向为从b 到a⑵通过电阻1R 上的电量20211103nB r t q I t Rt π==通过电阻1R 上产生的热量222420211112029n B r t Q I R t Rt π==答案:(1)202103nB r I Rt π=,电流方向为从b 到a(2)20211103nB r t q I t Rt π==,22242021*******n B r t Q I R t Rt π==点评:热点关注知识:电磁感应中的动力学问题答案:⑴2212L B fRV V -= ⑵L R BLV B f 1<⑶2222212)]([LB R f R V V BL R E P =-==电 ⑷m fR V V L B a --=)(2122 点评:电磁感应中的动力学问题解题步骤: ①受力分析(标上V ,a 方向)、过程分析 ② 交代隐含条件,书写方程2、知识网络考点1.电磁感应中的动力学问题1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用,因此,电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起,解决这类电磁感应中的力学问题,不仅要应用电磁学中的有关规律,如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左右手定则、安培力的计算公式等,还要应用力学中的有关规律,如牛顿运动定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律等。