高考物理推断题综合题专题复习【法拉第电磁感应定律】专题解析含答案
一、法拉第电磁感应定律
1.光滑平行的金属导轨MN 和PQ,间距L=1.0m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0T,垂直于导轨平面向上,MP 间接有阻值R=2.0Ω的电阻,其它电阻不计,质量m=2.0kg 的金属杆ab 垂直导轨放置,如图(a)所示.用恒力F 沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v?t 图象如图(b)所示.g=10m/s 2,导轨足够长.求: (1)恒力F 的大小;
(2)金属杆速度为2.0m/s 时的加速度大小;
(3)根据v?t 图象估算在前0.8s 内电阻上产生的热量.
【答案】(1)18N(2)2m/s 2(3)4.12J 【解析】 【详解】
(1)由题图知,杆运动的最大速度为4/m v m s =,
有22sin sin m
B L v F mg F mg R
αα=+=+
安,代入数据解得F=18N . (2)由牛顿第二定律可得:sin F F mg ma α--=安
得222222
212sin 182100.5
2/2/2
B L v F mg R a m s m s m α??----??===, (3)由题图可知0.8s 末金属杆的速度为1 2.2/v m s =,前0.8s 内图线与t 轴所包围的小方格的个数约为28个,面积为28×0.2×0.2=1.12,即前0.8s 内金属杆的位移为 1.12x m =, 由能量的转化和守恒定律得:2
11sin 2
Q Fx mgx mv α=--, 代入数据解得: 4.12J Q =. 【点睛】
本题电磁感应与力学知识的综合,抓住速度图象的两个意义:斜率等于加速度,“面积”等于位移辅助求解.估算位移时,采用近似的方法,要学会运用.
2.如图,匝数为N 、电阻为r 、面积为S 的圆形线圈P 放置于匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连,两金属板之间的距
离为d ,两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时,一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。重力加速度为g ,求:
(1)匀强电场的电场强度 (2)流过电阻R 的电流
(3)线圈P 所在磁场磁感应强度的变化率 【答案】(1)mg q (2)mgd
qR
(3)()B mgd R r t NQRS ?+=? 【解析】 【详解】 (1)由题意得:
qE =mg
解得
mg q
E =
(2)由电场强度与电势差的关系得:
U
E d
=
由欧姆定律得:
U I R
=
解得
mgd
I qR
=
(3)根据法拉第电磁感应定律得到:
E N
t
?Φ
=? B
S t t
?Φ?=?? 根据闭合回路的欧姆定律得到:()E I R r =+
解得:
()
B mgd R r t NqRS
?+=?
3.如图甲所示,足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 竖直放置,其宽度1L m =,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M 与P 之间连接一阻值为0.40R =Ω的电阻,质量为
0.01m kg =、电阻为0.30r =Ω的金属棒ab 紧贴在导轨上.现使金属棒ab 由静止开始下
滑,下滑过程中ab 始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离x 与时间t 的关系如图乙所示,图象中的OA 段为曲线,AB 段为直线,导轨电阻不计,g 取2
10/(m s 忽略ab 棒运动过程中对原磁场的影响).
()1判断金属棒两端a 、b 的电势哪端高; ()2求磁感应强度B 的大小;
()3在金属棒ab 从开始运动的1.5s 内,电阻R 上产生的热量.
【答案】(1) b 端电势较高(2) 0.1B T = (3) 0.26J 【解析】 【详解】
()1由右手定可判断感应电流由a 到b ,可知b 端为感应电动势的正极,故b 端电势较高。 ()2当金属棒匀速下落时,由共点力平衡条件得:mg BIL =
金属棒产生的感应电动势为:E BLv = 则电路中的电流为:E
I R r
=+ 由图象可得:11.27.0/7m /s 2.1 1.5
x v m s t -=
==- 代入数据解得:0.1T B =
()3在0 1.5s ~,以金属棒ab 为研究对象,根据动能定理得:
21
2
mgh Q mv =+
解得:0.455J Q =
则电阻R 上产生的热量为:0.26J R R
Q Q R r
=
=+
4.如图所示,间距为l 的平行金属导轨与水平面间的夹角为α,导轨间接有一阻值为R 的电阻,一长为l 的金属杆置于导轨上,杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且
接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ,导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B ,方向垂直于斜面向上,当金属杆受到平行于斜面向上大小为F 的恒定拉力作用,可以使其匀
速向上运动;当金属杆受到平行于斜面向下大小为
2
F
的恒定拉力作用时,可以使其保持与向上运动时大小相同的速度向下匀速运动,重力加速度大小为g ,求:
(1)金属杆的质量;
(2)金属杆在磁场中匀速向上运动时速度的大小。 【答案】(1)4sin F m g α=;(2)2222344tan RE RF
v B l B l μα
=-。
【解析】 【分析】 【详解】
(1)金属杆在平行于斜面向上大小为F 的恒定拉力作用下可以保持匀速向上运动,设金属杆的质量为m ,速度为v ,由力的平衡条件可得
sin cos F mg mg BIl αμα=++,
同理可得
sin cos 2
F
mg mg BIl αμα+=+, 由闭合电路的欧姆定律可得
E IR =,
由法拉第电磁感应定律可得
E BLv =,
联立解得
4sin F
m g α
=
,
(2)金属杆在磁场中匀速向上运动时速度的大小
2222
344tan RE RF
v B l B l μα
=
-。
5.如图所示,两条平行的金属导轨相距L =lm ,金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为37°,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中.金属棒MN 和PQ 的质量均为m =0.2kg ,电阻分别为R MN =1Ω和R PQ =2Ω.MN 置于水平导轨上,与水平导轨间的动摩擦因数μ=0.5,PQ
置于光滑的倾斜导轨上,两根金属棒均与导轨垂直且接触良好.从t =0时刻起,MN 棒在水平外力F 1的作用下由静止开始以a =1m /s 2的加速度向右做匀加速直线运动,PQ 则在平行于斜面方向的力F 2作用下保持静止状态.t =3s 时,PQ 棒消耗的电功率为8W ,不计导轨的电阻,水平导轨足够长,MN 始终在水平导轨上运动.求: (1)磁感应强度B 的大小;
(2)t =0~3s 时间内通过MN 棒的电荷量; (3)求t =6s 时F 2的大小和方向;
(4)若改变F 1的作用规律,使MN 棒的运动速度v 与位移s 满足关系:v =0.4s ,PQ 棒仍然静止在倾斜轨道上.求MN 棒从静止开始到s =5m 的过程中,系统产生的焦耳热.
【答案】(1)B = 2T ;(2)q = 3C ;(3)F 2=-5.2N (负号说明力的方向沿斜面向下)(4)
203
Q J =
【解析】 【分析】
t =3s 时,PQ 棒消耗的电功率为8W ,由功率公式P =I 2R 可求出电路中电流,由闭合电路欧姆定律求出感应电动势.已知MN 棒做匀加速直线运动,由速度时间公式求出t =3s 时的速度,即可由公式E =BLv 求出磁感应强度B ;根据速度公式v =at 、感应电动势公式E =BLv 、闭合电路欧姆定律和安培力公式F =BIL 结合,可求出PQ 棒所受的安培力大小,再由平衡条件求解F 2的大小和方向;改变F 1的作用规律时,MN 棒做变加速直线运动,因为速度v 与位移x 成正比,所以电流I 、安培力也与位移x 成正比,可根据安培力的平均值求出安培力做功,系统产生的热量等于克服安培力,即可得解. 【详解】
(1)当t =3s 时,设MN 的速度为v 1,则v 1=at =3m/s 感应电动势为:E 1=BL v 1 根据欧姆定律有:E 1=I (R MN + R PQ ) 根据P =I 2 R PQ 代入数据解得:B =2T
(2)当t =6 s 时,设MN 的速度为v 2,则 速度为:v 2=at =6 m/s 感应电动势为:E 2=BLv 2=12 V 根据闭合电路欧姆定律:2
24MN PQ
E I A R R ==+
安培力为:F 安=BI 2L =8 N
规定沿斜面向上为正方向,对PQ 进行受力分析可得:
F2+F安cos 37°=mg sin 37°
代入数据得:F2=-5.2 N(负号说明力的方向沿斜面向下)
(3)MN棒做变加速直线运动,当x=5 m时,v=0.4x=0.4×5 m/s=2 m/s 因为速度v与位移x成正比,所以电流I、安培力也与位移x成正比,
安培力做功:
120
23
MN PQ
BLv
W BL x J
R R
=-??=-
+
安
【点睛】
本题是双杆类型,分别研究它们的情况是解答的基础,运用力学和电路.关键要抓住安培力与位移是线性关系,安培力的平均值等于初末时刻的平均值,从而可求出安培力做功.
6.如图1所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l,电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻,导体杆ab质量为m、电阻为r,并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中。现给ab杆一个初速度v0,使杆向右运动。
(1)当ab杆刚好具有初速度v0时,求此时ab杆两端的电压U;a、b两端哪端电势高;(2)请在图2中定性画出通过电阻R的电流i随时间t变化规律的图象;
(3)若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电容器,如图3所示。同样给ab杆一个初速度v0,使杆向右运动。请分析说明ab杆的运动情况。
【答案】(1)0
Bl R
U
R r
=
+
v;a端电势高(2)(3)当ab杆以初速度
v
0开始切割磁感线时,产生感应电动势,电路开始给电容器充电,有电流通过ab杆,杆在安培力的作用下做减速运动,随着速度减小,安培力减小,加速度也减小,杆做加速度减小的减速运动。当电容器两端电压与感应电动势相等时,充电结束,杆以恒定的速度做匀速直线运动。
【解析】
【分析】
(1)求解产生感应电动势大小,根据全电路欧姆定律求解电流强度和电压,根据右手定则判断电势高低;
(2)分析杆的受力情况和运动情况,确定感应电流变化情况,由此画出图象;
(3)杆在向右运动过程中速度逐渐减小、由此分析安培力的变化,确定运动情况;根据动量定理求解最后的速度大小。
【详解】
(1)ab 杆切割磁感线产生感应电动势: E = Bl v 0 根据全电路欧姆定律:E
I R r
=
+ ab 杆两端电压即路端电压:U IR = 解得0Bl R
U R r
=
+v ;a 端电势高。 (2)杆在向右运动过程中速度逐渐减小、感应电动势逐渐减小,根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流逐渐减小,通过电阻R 的电流i 随时间变化规律的图象如图所示:
(3)当ab 杆以初速度v 0开始切割磁感线时,产生感应电动势,电路开始给电容器充电,有电流通过ab 杆,杆在安培力的作用下做减速运动,随着速度减小,安培力减小,加速度也减小,杆做加速度减小的减速运动。当电容器两端电压与感应电动势相等时,充电结束,杆以恒定的速度做匀速直线运动。 【点睛】
对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下物体的平衡问题;另一条是能量,分析电磁感应现象中的能量如何转化是关键。
7.现代人喜欢到健身房骑车锻炼,某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置,如图所示。自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中,后轮圆形金属盘在磁场中转动时,可等效成一导体棒绕圆盘中心O 转动。已知磁感应强度B=0.5T ,圆盘半径l=0.3m ,圆盘电阻不计。导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O 相连,导线两端a 、b 间接一阻值R=10Ω的小灯泡。后轮匀速转动时,用电压表测得a 、b 间电压U=0.6V 。
(1)与a 连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱? (2)圆盘匀速转动10分钟,则此过程中产生了多少电能? (3)自行车车轮边缘线速度是多少?
【答案】(1)a 点接电压表的负接线柱;(2)21.6Q J = (3)8/v m s = 【解析】
试题分析:(1)根据右手定则,轮子边缘点是等效电源的负极,则a 点接电压表的负接线柱;
(2)根据焦耳定律2
U Q t R
= 代入数据得Q=21.6J
(3)由212
U Bl ω=
得v=lω=8m/s
考点:右手定则;焦耳定律;法拉第电磁感应定律
【名师点睛】本题关键是明确电压的测量原理,然后结合法拉第电磁感应定律、线速度与角速度的关系、机械能的概念列式求解,不难。
8.如图所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l ,左侧接一阻值为R 的电阻.区域cdef 内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为s .一质量为m 、电阻为r 的金属棒MN 置于导轨上,与导轨垂直且接触良好,受到F =0.5v +0.4(N)(v 为金属棒速度)的水平外力作用,从磁场的左边界由静止开始向右运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大.(已知:l =1m ,m =1kg ,R =0.3Ω,r =0.2Ω,s =1m)
(1)求磁感应强度B 的大小;
(2)若撤去外力后棒的速度v 随位移x 的变化规律满足()
22
0B l v v x m R r =-+ (v 0是撤去外力
时,金属棒速度),且棒在运动到ef 处时恰好静止,则外力F 作用的时间为多少? (3)若在棒未出磁场区域时撤出外力,画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线.
【答案】(1)B =0.5T (2) t =1s (3)可能的图像如图:
【解析】(1)R 两端电压U ∝I ∝E ∝v ,U 随时间均匀增大,即v 随时间均匀增大. 所以加速度为恒量.
22
B l F v ma R r
-=+
将F =0.5v +0.4代入得: 220.50.4B l v a R r ??
-+= ?+??
因为加速度为恒量,与v 无关,所以a =0.4 m/s 2
22
0.50B l R r
-=+
代入数据得:B =0.5 T. (2)设外力F 作用时间为t .
2112
x at =
()
22
02B l v x at m R r ==+
x 1+x 2=s , 所以
()22212m R r at at s B l
++= 代入数据得0.2t 2+0.8t -1=0, 解方程得t =1 s 或t =-5 s(舍去). (3)可能图线如下:
【点睛】根据物理规律找出物理量的关系,通过已知量得出未知量.要善于对物体过程分析和进行受力分析,运用牛顿第二定律结合运动学公式解决问题.
9.如图所示,两根足够长的直金属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)在加速下滑过程中,当ab 杆的速度大小为v 时,ab 杆中的电流及其加速度的大小; (2)求在下滑过程中ab 杆可达到的最大速度.
(3)从开始下滑到达到最大速度的过程中,棒沿导轨下滑了距离s ,求整个装置生热多少. 【答案】
(1)Blv I R =,22sin B l v
mg R a m
θ-
=(2)22sin m mgR v B l θ=(3)322244sin 2m g R Q mgh B l
θ=- 【解析】
(1)在加速下滑过程中,当 ab 杆的速度大小为 v 时,感应电动势E =BLv
此时 ab 杆中的电流Blv
I R
=
金属杆受到的安培力:22B L v
F BIL R ==
由牛顿第二定律得:22sin B l v
mg R a m
θ-
=
(2) 金属杆匀速下滑时速度达到最大,由平衡条件得:22sin m
B L v mg R
θ=
则速度的最大值22
sin m mgR v B l θ
=
(3)若达到最大速度时,导体棒下落高度为 h ,由能量守恒定律得:
2
1sin 2
m mgs mv Q θ?=
+ 则焦耳热322244
sin 2m g R Q mgh B l θ
=-
【点睛】当杆匀速运动时杆的速度最大,分析清楚杆的运动过程是解题的前提;分析清楚杆的运动过程后,应用E =BLv 、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、平衡条件与能量守恒定律即可解题;求解热量时从能量角度分析可以简化解题过程.
10.如图甲所示是航空母舰上一种弹射装置的模型,“E”字形铁芯长为l 的三个柱脚的两条缝中存在正对的由B 指向A 、C 的磁场,该磁场任意时刻均可视为处处大小相等方向相同(如图乙所示),初始时缝中有剩余磁场,磁感应强度为B 0;绕在B 柱底部的多匝线圈P
用于改变缝中磁场的强弱,已知通过线圈P加在缝中的磁场与线圈中的电流大小存在关系B=k1I.Q为套在B柱上的宽为x、高为y的线圈共n匝,质量为m,电阻为R,它在外力作用下可沿B柱表面无摩擦地滑动,现在线圈P中通以I=k2t的电流,发现Q立即获得方向向右大小为a的加速度,则
(1)线圈P的电流应从a、b中的哪一端注入?t=0时刻线圈Q中的感应电流大小I0。(2)为了使Q向右运动的加速度保持a不变,试求Q中磁通量的变化率与时间t的函数关系
(3)若在线圈Q从靠近线圈P处开始向右以加速度a匀加速直到飞离B柱的整个过程中,可将Q中的感应电流等效为某一恒定电流I,则此过程磁场对线圈Q做的功为多少?
【答案】(1)a入b出、I0=(2)(3)mal+I2R
【解析】
试题分析:1)a入b出
F=ma
F=2nI0LB0
得:I0=
2)E=I=
F=2nILB B=B0+k1k2t
可得:=
3)W=ΔE k+Q=mal+I2R
考点:考查了法拉第电磁感应定理
11.如图所示,在水平地面MN上方空间存在一垂直纸面向里、磁感应强度B=1T的有界匀强磁场区域,上边界EF距离地面的高度为H.正方形金属线框abcd的质量m=0.02kg、边长L= 0.1m(L (1)若线框从h =0.45m 处开始下落,求线框ab 边刚进入磁场时的加速度; (2)若要使线框匀速进入磁场,求h 的大小; (3)求在(2)的情况下,线框产生的焦耳热Q 和通过线框截面的电量q . 【答案】(1)22.5m/s a = (2)0.8m h = (3) 0.02J Q =,0.05C q = 【解析】 【分析】 【详解】 (1)当线圈ab 边进入磁场时,由自由落体规律:123m/s v gh == 棒切割磁感线产生动生电动势:1E BLv = 通电导体棒受安培力0.15N BLE F BIL R === 由牛顿第二定律:mg F ma -= 解得:22.5m/s a = (2)匀速进磁场,由平衡知识:mg F = 由2v gh BLv I R = ,代入可解得:0.8m h = (3)线圈cd 边进入磁场前线圈做匀速运动,由能量守恒可知重力势能变成焦耳热 0.02J Q mgL == 通过线框的电量2 0.05C BL q It R R φ?==== 【点睛】 当线框能匀速进入磁场,则安培力与重力相等;而当线框加速进入磁场时,速度在增加,安培力也在变大,导致加速度减小,可能进入磁场时已匀速,也有可能仍在加速,这是由进入磁场的距离决定的. 12.如图所示,导线全部为裸导线,半径为r 的圆内有垂直于平面的匀强磁场,磁感应强度为B ,一根长度大于2r 的导线MN 以速度v 在圆环上自左向右匀速滑动,电路的固定电阻为R ,其余电阻忽略不计.试求MN 从圆环的左端到右端的过程中电阻R 上的电流强度的平均值及通过的电荷量. 【答案】 2Brv R π2 B r R π 【解析】 试题分析:由于ΔΦ=B·ΔS =B·πr 2,完成这一变化所用的时间2t=r v ? 故2 Brv E t π?Φ= =? 所以电阻R 上的电流强度平均值为2E Brv I R R π= = 通过R 的电荷量为2 ·B r q I t R π?== 考点:法拉第电磁感应定律;电量 13.如图,两根光滑平行金属导轨置于水平面(纸面)内,导轨间距为L ,左端连有阻值为R 的电阻。一金属杆置于导轨上,金属杆右侧存在一磁感应强度大小为B 、方向竖直向下的匀强磁场区域。已知金属杆以速度v 0向右进入磁场区域,做匀变速直线运动,到达磁场区域右边界(图中虚线位置)时速度恰好为零。金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好。除左端所连电阻外,其他电阻忽略不计。求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率. 【答案】220 22B L v F R =,222 02B L v P R = 【解析】 【详解】 设金属杆运动的加速度大小为a ,运动的位移为x , 根据运动学公式,有2 02v ax = 设金属杆运动到磁场区域中间位置时的速度为v , 根据运动学公式,有22 022 x v v a -= 联立以上各式解得:022 v v = 金属杆运动到磁场区域中间位置时,产生的感应电动势为E =BLv 通过金属杆的电流为E I R = 金属杆受到的安培力为F =BIL 解得:220 22B L v F R = 电流的功率为2P I R = 解得:222 2B L v P R = 14.如图甲所示,倾角为足够长的倾斜导体轨道与光滑水平轨道平滑连接。轨道宽 度 ,电阻忽略不计。在水平轨道平面内有水平向右的匀强磁场,倾斜轨道平面内 有垂直于倾斜轨道向下的匀强磁场,大小都为B ,现将质量 、电阻 的两个 相同导体棒ab 和cd ,垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道的顶端,同时由静止释放。导体cd 下滑过程中加速度a 和速度v 的关系如图乙所示。cd 棒从开始运动到最大速度的过程中流过cd 棒的电荷量( , , ), 则:, (1)cd 和倾斜轨道之间的动摩擦因数是多少; (2)ab 和水平轨道之间的最大压力是多少; (3)cd 棒从开始运动到速度最大的过程中ab 棒上产生的焦耳热是多少. 【答案】(1) ;(2) (3) 【解析】 【详解】 解:(1) 刚释放时,加速度: 对棒受力分析,由牛顿第二定律得: 解得: (2)由图像可知, 时 棒速度达到最大,此时电路中的电流最大,此时 速度: , 安培力达到最大,对地面压力也达到最大 对受力分析: 对 棒受力分析: 解得: , (3)安培力大小: 解得: 由: 解得: 从开始到速度最大的过程中,根据动能定理得: 产生的总焦耳热: 棒上产生的焦耳热: 15.两根足够长的光滑直金属导轨平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L ,且接有阻值为R 的电阻。整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上。导轨和金属杆的电阻可忽略。让金属杆MN 由静止沿导轨开始下滑.求: (1)当导体棒的速度为v (未达到最大速度)时,通过MN 棒的电流大小和方向; (2)导体棒运动的最大速度. 【答案】(1) Blv I R =,方向为从N 到M (2)22 sin m mgR v B L θ= 【解析】 【详解】 (1)当导体棒的速度为v 时,产生的感应电动势为E Blv = 回路中的电流大小为Blv I R = 由右手定则可知电流方向为从N 到M (2)导体棒在磁场中运动时,所受安培力大小为 22B L v F ILB R == 由左手定则可知,安培力方向沿斜面向上当导体棒的加速度为零时,速度最大即: 22sin m B L v mg R θ= 可解得最大速度为: 22 sin m mgR v B L θ = 答:(1)当导体棒的速度为v (未达到最大速度)时,通过MN 棒的电流大小为Blv I R =,方向为从N 到M ; (2)导体棒运动的最大速度22 sin m mgR v B L θ = § 4.3 法拉第电磁感应定律 编写 薛介忠 【教学目标】 知识与技能 ● 知道什么叫感应电动势 ● 知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量,并能区别Φ、ΔΦ、t ??Φ ● 理解法拉第电磁感应定律内容、数学表达式 ● 知道E =BLv sin θ如何推得 ● 会用t n E ??Φ=和E =BLv sin θ解决问题 过程与方法 ● 通过推导到线切割磁感线时的感应电动势公式E =BLv ,掌握运用理论知识探究问题的方法 情感态度与价值观 ● 从不同物理现象中抽象出个性与共性问题,培养学生对不同事物进行分析,找出共性与个性的辩证唯物主义思想 ● 了解法拉第探索科学的方法,学习他的执著的科学探究精神 【重点难点】 重点:法拉第电磁感应定律 难点:平均电动势与瞬时电动势区别 【教学内容】 [导入新课] 在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是什么? 在电磁感应现象中,磁通量发生变化的方式有哪些情况? 恒定电流中学过,电路中产生电流的条件是什么? 在电磁感应现象中,既然闭合电路中有感应电流,这个电路中就一定有电动势。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。下面我们就来探讨感应电动势的大小决定因素。 [新课教学] 一.感应电动势 1.在图a 与图b 中,若电路是断开的,有无电流?有无电动势? 电路断开,肯定无电流,但有电动势。 2.电流大,电动势一定大吗? 电流的大小由电动势和电阻共同决定,电阻一定的情况下,电流越大,表明电动势越大。 3.图b 中,哪部分相当于a 中的电源?螺线管相当于电源。 4.图b 中,哪部分相当于a 中电源内阻?螺线管自身的电阻。 在电磁感应现象中,不论电路是否闭合,只要穿过电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电动势。有感应电动势是电磁感应现象的本质。 高考物理电磁场归纳汇总(经典) ————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 电场知识点总结 电荷 库仑定律 一、库仑定律:2212112==r Q Q K F F ①适用于真空中点电荷间相互作用的电力 ②K 为静电力常量229/10×9=C m N K ③计算过程中电荷量取绝对值 ④无论两电荷是否相等:2112=F F . 电场 电场强度 二、电场强度:q F E =(单位:N/C ,V/m ) ①电场力qE F =; 点电荷产生的电场2r Q k E =(Q 为产生电场的电荷); 对于匀强电场:d U E =; ②电场强度的方向: 与正电荷在该点所受电场力方向相同 (试探电荷用正电荷)与负电荷在该点所受电场力方向相反 ③电场强度是电场本身的性质,与试探电荷无关 ④电场的叠加原理:按平行四边形定则 ⑤等量同种(异种)电荷连线的中垂线上的电场分布 三、电场线 1.电场线的作用: ①.电场线上各点的切线方向表示该点的场强方向 ②.对于匀强电场和单个电荷产生的电场,电场线的方向就是场强的方向 ③电场线的疏密程度表示场强的大小 2.电场线的特点:起始于正电荷(或无穷远处),终止于负电荷(或无穷远处),不相交,不闭合. 电势差 电势 知识点: 1.电势差B A AB AB q W U ??-== 2.电场力做功:)(B A AB AB q qU W ??-== {(匀强电场)正功)(负功)电(qEd qEd W -= 3.电势:q W U AO AO A = =? 4. 电势能:?εq = (1)对于正电荷,电势越高,电势能越大 (2)对于负电荷,电势越低,电势能越大 5.电场力做功与电势能变化的关系:ε?-=电W (1)电场力做正功时,电势能减小 (2)电场力做负功时,电势能增加 静电平衡 等势面 知识点: 1.等势面 (1)同一等势面上移动电荷的时候,电场力不做功. (2)等势面跟电场线(电场强度方向)垂直 (3)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 (4)等差等势面越密的地方,场强越大 2.处于静电平衡的导体的特点: (1)内部场强处处为零 (2)净电荷只分布在导体外表面 (3)电场线跟导体表面垂直 电场强度与电势差的关系 知识点: 1. 公式:d U E = Ed U = 说明:(1)只适用于匀强电场 (2)d 为电场中两点沿电场线方向的距离 (3)电场线(电场强度)的方向是电势降低最快的方向 2.在匀强电场中:如果CD AB //且CD AB =则有CD AB U U = 3.由于电场线与等势面垂直,而在匀强电场中,电场线相互平行,所以等势面也相互平行 一、磁现象和磁场 1、磁场:磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质.它的基本特性是:对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用. 2、磁现象的电本质:所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用. 法拉第与电磁感应定律 摘要:法拉第,在科学史上做出杰出贡献的实验物理学家,他是名副其实的穷二代,凭借高于常人的智商和自己坚持不懈的努力成为了举世闻名的科学家,他不只是在电磁学中引入了电场线和电磁感应线,这使得后人能更清楚、形象地理解电磁场。他最突出的成就就是发现了电磁感应定律,不但促进了科学的发展而且还开创了人类美好生活的新时代,为人类带来了丰富的物质和精神财富。 关键词:法拉第、电磁感应定律、应用、学习、感应电流 0引言 在21世纪的新时代,法拉第电磁感应定律的运用遍及人类生活的很多方面并使我们的生活越来越便捷,享受着这个时代独有的幸福的同时,我们便更想探索法拉第电磁感应定律具体应用在哪些方面,更想知道到底是什么样的天才发现了这样神奇的定律。本篇论文选择了对近代物理学做出了杰出贡献的英国科学家法拉第的生平进行全面的分析,并综述了电磁感应定律在科技史上的地位。文中有历史、人物和科学的发展过程。 1法拉第简介 1.1法拉第的家庭背景 法拉第,一个自学成才的理工男。1971年9月22日这个未来著名的物理学家呱呱坠地,他是家里的第三个儿子,他的家庭贫困,父亲是一个铁匠,靠着自己勤劳的双手养家糊口,收入甚微,入不敷出。所以,“富二代”、官二代“这样的身份注定与他无缘,要想以后出人头地,只能靠他自己的天赋和努力。贫困的家庭连温饱都难以解决,上学接受教育对他来说那只能是梦想。由于穷困,法拉第在人生最灿烂的时候辍学了,那一年他才13岁,是求知欲最强烈的年华。退学后,为生活所迫,他在街上卖报、在书店当学徒挣钱以贴补家用。是金子就一定会发光,是锤子就一定会受伤,法拉第无疑就是一块金子,就算是出生卑微,无学可上也不会阻碍他这块金子熠熠生辉。 1.2法拉第的求学及工作经历 法拉第酷爱学习,任何一个学习机会对于他都是极其珍贵的,他的哥哥注意到了他的天赋,所以愿意资助他学习,他非常幸运地参加了很多科学活动。通过这些活动他开始接触到了科学的神秘世界并且深深地被科学所吸引,这一切为他未来成为科学家铺好了道路。如果你足够好上帝一定不会埋没你,而且总会为你开上一扇窗,法拉第就是被上帝宠爱的那个人才,上帝为他开了一扇窗从而结识了著名的化学家戴维,他被戴维的才华所征服,随即他大胆地写信给戴维讲述了他对一些科学的见解,并表明自己热爱科学、愿意为科学献身。机会总是垂青于有准备的人,法拉第的能力才华深受戴维的赏识,22岁的他就被戴维任命为自己的实验助理。名师出高徒,法拉第以戴维为师,这为他后来的成就铺就了一条康庄大道。而且法拉第聪明、刻苦,很受戴维的器重,所以每次戴维外出考察时总会让法拉第相伴,而每一次外出考察对他来说都是弥足珍贵的学习机会,都会是他增长知识、开拓视野。 法拉第于1815年回到皇家研究所,而且他的启蒙老师戴维非常耐心地指导他做各种研究工作,在他们共同的努力下好几项化学研究都取得了成果。1816年对法拉第来说是不寻常的一年,是他科学道路的新起点,因为在这一年他发表了他人生中的首篇论文。从1818年开始他和J·斯托达特共同钻研合金钢,并且第一次独立创立了著名的金相分析方法。由于法拉第工作兢兢业业,深受研究院的重视,所以1821年被学院提升担任皇家学院总监这一要职。在两年之后的1823年,经过刻苦的钻研他发现了氯气与其余一些气体的液化方法。世界总是公平的,春天种下什么种子秋天就会收获什么果实,而法拉第所付出的努力也是会得到回报的,1824年1月他终于正式成为皇家学会的会员。1825年2月法拉第传承了启蒙老师戴维曾经的职位即被任命为皇家研究所实验室主任。就在这一年,他又有一项伟大的发现-----他发现了有机物苯。 高三物理电磁场测试题 一、本题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分. 1.如图1所示,两根相互平行放置的长直导线a 和b 通有大小相等、方向相反的电流,a 受到磁场力的大小为F 1,当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a 受到的磁场力大小变为F 2.则此时b 受到的磁场力大小为( ) A .F 2 B .F 1-F 2 C .F 1+F 2 D .2F 1-F 2 2.如图2所示,某空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知一离子在电场力和磁场力作用下, 从静止开始沿曲线acb 运动,到达b 点时速度为 零,c 为运动的最低点.则 ( ) A .离子必带负电 B .a 、b 两点位于同一高度 C .离子在c 点速度最大 D .离子到达b 点后将沿原曲线返回 3.如图3所示,带负电的橡胶环绕轴OO ′以角速 a I I 图 图3 图2 度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是() A.N极竖直向下 B.N极竖直向上 C.N极沿轴线向左 D.N极沿轴线向右 4.每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球 射来,幸好地球磁场可以有效地改变这些 宇宙射线中大多数射线粒子的运动方向, 使它们不能到达地面,这对地球上的生命 有十分重要的意义。假设有一个带正电的 宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来(如图4,地球由西向东转,虚线表示地球自转轴,上方为地理北极),在地球磁场的作用下,它将向什么方向偏转?()A.向东B.向南C.向西D.向北 5.如图5所示,甲是一个带正电的小物块,乙是一个不带电的绝缘物块,甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平 地板上,地板上方空间有水平方向的匀强磁 场。现用水平恒力拉乙物块,使甲、乙无相 对滑动地一起水平向左加速运动, 在加速运动阶段()图5 图4 2016年高考押题 1.(18分)在竖直平面内,以虚线为界分布着如图所示足够大的匀强电场和匀强磁场,其中匀强电场方向竖直向下,大小为E;匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小为B。虚线与水平线之间的夹角为θ=45°,一带负电粒子从O 水平射入匀强磁场,已知带负电粒子电荷量为q, 点以速度v 质量为m,(粒子重力忽略不计)。 (1)带电粒子从O点开始到第1次通过虚线时所用的时间; (2)带电粒子第3次通过虚线时,粒子距O点的距离; (3)粒子从O点开始到第4次通过虚线时,所用的时间。 1.(18分)解:如图所示: (1)根据题意可得粒子运动轨迹如图所示。 2πm T =……………………………………(2分) Bq 因为θ=45°,根据几何关系,带电粒子从O运动到A为3/4圆周……(1分)则带电粒子在磁场中运动时间为: 3π2m t Bq = ………………………………………………………………………………………(1分) (2)由qvB=m 2 v r ………………………………………………………(2分) 得带电粒子在磁场中运动半径为:0 mv r Bq = ,…………………………(1分) 带电粒子从O 运动到A 为3/4圆周,解得0 OA x Bq ==…………………(1分) 带电粒子从第2次通过虚线到第31 4圆周,OA AC x x = 所以粒子距O 点的距离0 OC x Bq ==………………………………(1 分) (3)粒子从A 点进入电场,受到电场力F=qE ,则在电场中从A 到B 匀减速,再从B 到A 匀加速进入磁场。在电场中加速度大小为: qE a m = ……………………(1分) 从A 到B 的时间与从B 到A 的时间相等。00 AB v mv t a qE == ………………………(1分) 带 电粒子从A 到C : 342T m t Bq π==……………………………………………………(1分) 带电粒子从C 点再次进入电场中做类平抛运动 X=v 0t 4……………………………………………………………(1分) 2 412 Y at = …………………………………………………………(1分) 由几何关系得:Y=X ……………………………………………………………(1分) 得 42mv t qE = …………………………………………………………………………(1分) 高中物理磁场大题 一.解答题(共30小题) 1.如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里.位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连续发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响).已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场.上述m、q、l、t0、B为已知量.(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况) (1)求电压U0的大小. (2)求t0时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径. (3)何时射入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间.2.如图所示,在xOy平面内,0<x<2L的区域内有一方向竖直向上的匀强电场,2L<x<3L的区域内有一方向竖直向下的匀强电场,两电场强度大小相等.x>3L 的区域内有一方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场.某时刻,一带正电的粒子从坐标原点以沿x轴正方向的初速度v0进入电场;之后的另一时刻,一带负电粒子以同样的初速度从坐标原点进入电场.正、负粒子从电场进入磁场时速度方向与电场和磁场边界的夹角分别为60°和30°,两粒子在磁场中分别运动半周后在某点相遇.已经两粒子的重力以及两粒子之间的相互作用都可忽略不计,两粒子带电量大小相等.求: (1)正、负粒子的质量之比m1:m2; (2)两粒子相遇的位置P点的坐标; (3)两粒子先后进入电场的时间差. 3.如图所示,相距为R的两块平行金属板M、N正对着放置,s1、s2分别为M、N板上的小孔,s1、s2、O三点共线,它们的连线垂直M、N,且s2O=R.以O为圆心、R为半径的圆形区域内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场.D为收集板,板上各点到O点的距离以及板两端点的距离都为2R,板两端点的连线垂直M、N板.质量为m、带电量为+q的粒子,经s1进入M、N间的电场后,通过s2进入磁场.粒子在s1处的速度和粒子所受的重力均不计. (1)当M、N间的电压为U时,求粒子进入磁场时速度的大小υ; (2)若粒子恰好打在收集板D的中点上,求M、N间的电压值U0; (3)当M、N间的电压不同时,粒子从s1到打在D上经历的时间t会不同,求t的最小值. 4.如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在?m≤x≤0的区域内有磁感应强度大小B=4.0×10﹣4T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场,其左边界与x轴交于P点;在x>0的区域内有电场强度大小E=4N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场,其宽度d=2m.一质量m=6.4×10﹣27kg、电荷量q=﹣3.2×10?19C 的带电粒子从P点以速度v=4×104m/s,沿与x轴正方向成α=60°角射入磁场,经电场偏转最终通过x轴上的Q点(图中未标出),不计粒子重力.求: 法拉第电磁感应定律教学设计 鹿城中学理化生教研组田存群 课程背景: “法拉第电磁感应定律”是高二物理选修(3-2)中的第四章第4节内容,是电磁学的核心内容。从知识的发展来看,它既能与电场、磁场和恒定电流有紧密的联系,又是学习交流电、电磁振荡和电磁波的重要基础。从能力的发展来看,它既能在与力、热知识的综合应用中培养综合分析能力,又能全面体现能量守恒的观点。因此,它既是教学的重点,又是教学的难点。 鉴于此部分知识较抽象,而我的学生的抽象思维能力较弱。在这节课的教学中,我注重体现新课程改革的要求,注意新旧知识的联系,同时紧扣教材,通过实验、类比、等效的手段和方法,来化难为简,使同学们利用已掌握的旧知识,来理解所要学习的新概念。力求通过明显的实验现象诱发同学们真正的主动起来,从而激发兴趣,变被动记忆为主动认识。 课程详述: 一.教学目标: 1.知道感应电动势,能区分磁通量的变化Δφ和磁通量的变化率Δφ/Δt。 通过演示实验,定性分析感应电动势的大小与磁通量变化快慢之间的关系。培养学生对实验条件的控制能力和对实验的观察能力。 2.通过法拉第电磁感应定律的建立,进一步定量揭示电与磁的关系,培养学生类比推理能力和通过观察、实验寻找物理规律.使学生明确电磁感应现象中的电路结构,通过对公式E=nΔφ/Δt的理解,引导学生推导出E=BLv,并学会初步的应用。 3.通过介绍法拉第的生平事迹,使学生了解法拉第探索科学的方法和执著的科学研究精神,教育学生加强学习的毅力和恒心。 二.教学重点: 法拉第电磁感应定律的建立过程及规律理解。 三.教学难点: 1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率三者的区别。 2.理解E=nΔφ/Δt是普遍意义的公式,而E=BLv是特殊情况下导线在切割磁感线情况下的计算公式。 四.教具: 高考电磁大题(含答案) 1.(09年全国卷Ⅰ)26(21分)如图,在x 轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向垂直于x y 平面向外。P 是y 轴上距原点为h 的一点,N 0为x 轴上距原点为a 的一点。A 是一块平行于x 轴的挡板,与x 轴的距离为,A 的中点在y 轴上,长度略小于。带点 粒子与挡板碰撞前后,x 方向的分速度不变,y 方向的分速度反向、大小不变。质量为m ,电荷量为q (q>0)的粒子从P 点瞄准N 0点入射,最后又通过P 点。不计重力。求粒子入射速度的所有可能值。 解析:设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为' O N ,与板碰撞后再次进入磁场的位置为1N .粒子在磁场中运动的轨道半径为R,有 qB mv R = …⑴ 粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离1x 保持不变有 =1x θsin 2R N N O O =' …⑵ 粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离2x 始终不变,与1N N O ' 相等.由图可以看出a x =2……⑶ 设粒子最终离开磁场时,与档板相碰n 次(n=0、1、2、3…).若粒子能回到P 点,由对称性,出射点的x 坐标应为-a,即()a nx x n 2121=-+……⑷ 由⑶⑷两式得a n n x 1 2 1++= ……⑸ 若粒子与挡板发生碰撞,有4 21a x x >-……⑹ 联立⑶⑷⑹得n<3………⑺ 联立⑴⑵⑸得 a n n m qB v 1 2 sin 2++?= θ………⑻ 把2 2 sin h a h += θ代入⑻中得 0,2 2=+=n mh h a qBa v o …………⑼ 1,432 21=+=n mh h a qBa v …………⑾ 2,322 22=+=n mh h a qBa v …………⑿ 2.(09年全国卷Ⅱ)25.(18分)如图,在宽度分别为1l 和2l 的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直于纸面向里,电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率v 从磁场区域上边界的P 点斜射入磁场,然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场,最后从电场边界上的Q 点射出。已知PQ 垂直于电场方向,粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ 的距离为d 。不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比。 答案:221122212arcsin()2l d dl dl l d ++ 解析:本题考查带电粒子在有界磁场中的运动。 粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O 应在分界线上,OP 长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得 22 12)(d R l R -+=………① 设粒子的质量和所带正电荷分别为m 和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得 ……………② 设P '为虚线与分界线的交点,α='∠P PO ,则粒子在磁场中的运动时间为v R t α =1……③ 式中有R l 1 sin = α………④粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.设粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得ma qE =…………⑤ 由运动学公式有2 2 1at d = ……⑥ 22vt l =………⑦R v m qvB 2 = 法拉第电磁感应定律专题 1.如图所示,宽度L二的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,导 轨的一端连接阻值R=Q的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=.—根质量m=10g的导体棒MN放在导轨上,并与导轨始终接触良好,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。现用垂直MN的水平拉力F拉动导体棒使其沿导轨向右匀速运动,速度v=s,在运动过程中始终保持导体棒与导轨垂直。求: (1)在闭合回路中产生感应电流I的大小; (2)作用在导体棒上拉力F的大小; (3)当导体棒移动50cm时撤去拉力,求整个过程中电阻R上产生的热量Q。 X X 乂MX XXX Q, R2=6Q,整个装置放在磁感应强度为B=的匀强磁场中,磁场方向垂直与整个导轨平面,现用外力F拉着AB向右以v=5m/s速度作匀速运动.求: (1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向, (2)导体棒AB两端的电压U. 3.如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应 强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计, 导体棒与圆形导轨接触良好。求: (1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值; (2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量; (3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流是多大 2.如图所示,两个光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计)相距L=50cm, 导体棒AB的电阻为r=1 Q,且可以在光滑金属导轨上滑动,定值电阻R1=3 4?如图(a)所示,平行金属导轨MN、PQ光滑且足够长,固定在同一水平面上,两导轨间距L=,电阻R=Q,导轨上停放一质量m =、电阻r =Q的金属杆, 导轨 X X n n XXX F X X X [x X XXX X X i/ X X X 1.如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v 从A 点沿直径AOB 方向射入磁场,经过Δt 时间从C 点射出磁场,OC 与OB 成600 角。现将带电粒子的速度变为v/3,仍从A 点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为 A . 12 t ? B .2t ? C .13 t ? D .3t ? 2.半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆,单位长度电阻均为R 0。圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B 。杆在圆环上以速度v 平行于直径CD 向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O 开始,杆的位置由θ确定,如图所示。则 A .θ=0时,杆产生的电动势为2Bav B .3π θ=3Bav C .θ=0时,杆受的安培力大小为20 3(2)R B av π+ D .3π θ=时,杆受的安培力大小为203(53)R B av π+ 3.如图,质量分别为m A 和m B 的两小球带有同种电荷,电荷最分别为q A 和q B ,用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时,两小球恰处于同一水平位置,细线与竖直方向间夹角分别为θ1与θ2(θ1>θ2)。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动,最大速度分别v A 和v B ,最大动能分别为E kA 和E kB 。则 ( ) (A )m A 一定小于m B (B )q A 一定大于q B (C )v A 一定大于v B (D )E kA 一定大于E kB 4.如图,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12V ,6W ”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时,原线圈中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是 A .120V ,0.10A B .240V ,0.025A C .120V ,0.05A D .240V ,0.05A 5.如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B 0.使该线框从静止开始绕过圆心O 、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率t B ??的大小应为 A.πω0 4B B.πω0 2B C.πω0B D.π ω20B θ v 0 y M a B 电磁感应 2006年全国理综 (北京卷) 24.(20分)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是平静海面上某 实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。 如图2所示,通道尺寸a =2.0m ,b =0.15m 、c =0.10m 。工作时,在通道内沿z 轴正方 向加B =8.0T 的匀强磁场;沿x 轴正方向加匀强电场,使两金属板间的电压U =99.6V ;海水沿y 轴正方向流过通道。已知海水的电阻率ρ=0.22Ω·m 。 (1)船静止时,求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向; (2)船以v s =5.0m /s 的速度匀速前进。若以船为参照物,海水以5.0m /s 的速率涌入进 水口由于通道的截面积小球进水口的截面积,在通道内海水速率增加到v d =8.0m /s 。求此时两金属板间的感应电动势U 感。 (3)船行驶时,通道中海水两侧的电压U /=U -U 感计算,海水受到电磁力的80%可以 转化为对船的推力。当船以v s =5.0m /s 的船速度匀速前进时,求海水推力的功率。 解析24.(20分) (1)根据安培力公式,推力F 1=I 1Bb ,其中I 1= R U ,R =ρac b 则F t = 8.796==B p U Bb R U ac N 对海水推力的方向沿y 轴正方向(向右) (2)U 感=Bu 感b=9.6 V (3)根据欧姆定律,I 2= 600)('4=-=pb ac b Bv U R U A 安培推力F 2=I 2Bb =720 N 推力的功率P =Fv s =80%F 2v s =2 880 W 2006年全国物理试题(江苏卷) 19.(17分)如图所示,顶角θ=45°,的金属导轨 MON 固定在水平面内,导轨处在方向竖直、磁感应强度为B 的匀强磁场中。一根与ON 垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v 0沿导轨MON 向左滑动,导体棒的质量为m ,导轨与导体棒单位长度的电阻均匀为r 。导体棒与导轨接触点的a 和b ,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。t =0时,导体棒位于顶角O 处,求: (1)t 时刻流过导体棒的电流强度I 和电流方向。 (2)导体棒作匀速直线运动时水平外力F 的表达式。 (3)导体棒在0~t 时间内产生的焦耳热Q 。 (4)若在t 0时刻将外力F 撤去,导体棒最终在导轨上静止时的坐标x 。 19.(1)0到t 时间内,导体棒的位移 x =t t 时刻,导体棒的长度 l =x 导体棒的电动势 E =Bl v 0 回路总电阻 R =(2x +2x )r 电流强度 022E I R r ==(+) 电流方向 b →a (2) F =BlI =22 02 22E I R r ==(+) (3)解法一 t 时刻导体的电功率 P =I 2R = 23 02 22E I R r ==(+) ∵P ∝t ∴ Q =2P t =232 02 2(22E I R r ==+) 解法二 t 时刻导体棒的电功率 P =I 2R 由于I 恒定 R /=v 0rt ∝t 一、法拉第电磁感应定律 1.如图所示,在倾角30o θ=的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小相等、方向分别 垂直斜面向上和垂直斜面向下的匀强磁场,两磁场宽度均为L 。一质量为m 、边长为L 的正方形线框距磁场上边界L 处由静止沿斜面下滑,ab 边刚进入上侧磁场时,线框恰好做匀速直线运动。ab 边进入下侧磁场运动一段时间后也做匀速度直线运动。重力加速度为g 。求: (1)线框ab 边刚越过两磁场的分界线ff′时受到的安培力; (2)线框穿过上侧磁场的过程中产生的热量Q 和所用的时间t 。 【答案】(1)安培力大小2mg ,方向沿斜面向上(2)4732mgL Q = 7 2L t g = 【解析】 【详解】 (1)线框开始时沿斜面做匀加速运动,根据机械能守恒有 2 1sin 302 mgL mv ?= , 则线框进入磁场时的速度 2sin30v g L gL =?= 线框ab 边进入磁场时产生的电动势E =BLv 线框中电流 E I R = ab 边受到的安培力 22B L v F BIL R == 线框匀速进入磁场,则有 22sin 30B L v mg R ?= ab 边刚越过ff '时,cd 也同时越过了ee ',则线框上产生的电动势E '=2BLv 线框所受的安培力变为 22422B L v F BI L mg R ==''= 方向沿斜面向上 (2)设线框再次做匀速运动时速度为v ',则 224sin 30B L v mg R ?= ' 解得 4v v = '=根据能量守恒定律有 2211 sin 30222 mg L mv mv Q ?'?+=+ 解得4732 mgL Q = 线框ab 边在上侧磁扬中运动的过程所用的时间1L t v = 设线框ab 通过ff '后开始做匀速时到gg '的距离为0x ,由动量定理可知: 22sin 302mg t BLIt mv mv ?-='- 其中 ()022BL L x I t R -= 联立以上两式解得 ()02432L x v t v g -= - 线框ab 在下侧磁场匀速运动的过程中,有 00 34x x t v v ='= 所以线框穿过上侧磁场所用的总时间为 123t t t t =++= 2.如图()a ,平行长直导轨MN 、PQ 水平放置,两导轨间距0.5L m =,导轨左端MP 间接有一阻值为0.2R =Ω的定值电阻,导体棒ab 质量0.1m kg =,与导轨间的动摩擦因数 0.1μ=,导体棒垂直于导轨放在距离左端 1.0d m =处,导轨和导体棒电阻均忽略不计.整 个装置处在范围足够大的匀强磁场中,0t =时刻,磁场方向竖直向下,此后,磁感应强度B 随时间t 的变化如图()b 所示,不计感应电流磁场的影响.当3t s =时,突然使ab 棒获得 法拉第的电磁感应实验 作者:不详日期:2006-11-2 来源:本站点击: 我们现在生活在一个电气时代里:电动机在工厂里轰鸣,电车在飞驰,电灯照亮了千家万户,电视机在播放节目,电脑在运作……由于有了电,旧时代许多令人神往的幻想已变成了现实。如今电气业给我们创造的这一切福利和文明,都起源于1831年10月17日法拉第的一次具有划时代意义和意外的电磁实验成功。由于这次成功,法拉第制造了世界上第一台电磁感应发电机;由于这次成功,人类制造出今天的发电机、电动机、水电站,以及一切电力站网。 法拉第(1791~1867)出生于英国伦敦一个铁匠家里。由于家庭贫困,他12岁时就到一家书店当学徒。由于经常接触图书,他发现书里有许多自己从不知道的事物,书籍简直是知识的海洋。从此以后他开始刻苦自学,认真读书,发奋要成为一个有学识的人。他不仅认真阅读电学、化学方面的书籍,而且用平日节约下来的一点钱买了几件实验仪器,按书中所说的做起实验来。 法拉第不仅向书本学习,还利用一切机会向当时著名的科学家学习,买票听他们的讲演,认真做记录。1810年春天,法拉第凑钱去听科学家塔特林讲解自然科学。他每晚都将所做的记录整理誊清。特别对法拉第人生具有重大转折意义的是,他于1812年时到英国皇家学院去听著名科学家戴维的化学讲演。正是从此开始,他踏上了献身科学的道路。 他大胆地给戴维先生写了封信,而且将听讲的记录全寄去了。他在信中说明了自己对科学的热爱,并且渴望能在皇家学会得到一份工作。戴维看到了他的严肃认真和对科学的热情,竟然答应了他的请求,介绍他到皇家学院当助理员,担任了戴维的实验助手。 实验室的工作为法拉第提供了优越的条件。他可以自由地利用图书馆,获得各种资料,从而可以发展各方面的知识。作为戴维的助手和随从,法拉第又获得了到欧洲大陆进行科学考察的机会。尽管在旅行中受到戴维夫人的凌辱,以及其他不公正的待遇,但法拉第借这次机会却增长了知识,结交了朋友,了解了当时各国的科学状况。 2019年高考物理电磁交变电流知识点总结物理的学习不是呆板的,而是灵活的,如果一味地埋头苦学而不知道去思考总结,那么结果往往是付出与收获不成正比。以下是电磁学和交变电流方面的重要结论。 1.若一条直线上有三个点电荷,因相互作用而平衡,其电性及电荷量的定性分布为“两同夹一异,两大夹一小”。 2.匀强电场中,任意两点连线中点的电势等于这两点的电势的平均值。在任意方向上电势差与距离成正比。 3.正电荷在电势越高的地方,电势能越大,负电荷在电势越高的地方,电势能越小。 4.电容器充电后和电源断开,仅改变板间的距离时,场强不变。 5.两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥;两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。 6.带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力时做圆周运动的周期与粒子的速率、半径无关,仅与粒子的质量、电荷和磁感应强度有关。 7.带电粒子在有界磁场中做圆周运动 (1)速度偏转角等于扫过的圆心角。 (2)几个出射方向 ①粒子从某一直线边界射入磁场后又从该边界飞出时, 速度与边界的夹角相等。 ②在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出——对称性。 ③刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中的轨 迹与边界相切。 (3)运动的时间:轨迹对应的圆心角越大,带电粒子在磁场中的运动时间就越长,与粒子速度的大小无关。 8.速度选择器模型:带电粒子以速度v射入正交的电场和磁场区域时,当电场力和磁场力方向相反且满足v=E/B时,带电粒子做匀速直线运动(被选择)与带电粒子的带电量大小、正负无关,但改变v、B、E中的任意一个量时,粒子将发生偏转。 9.回旋加速器 (1)为了使粒子在加速器中不断被加速,加速电场的周期必须等于回旋周期。 (2)粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径。 (3)在粒子的质量、电量确定的情况下,粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径和磁感应强度有关,与加速器的电压无关(电压只决定了回旋次数)。 (4)将带电粒子:在两盒之间的运动首尾相连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动,带电粒子每经过电场加 法拉第与电磁感应 【摘要】迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791年9月22日—1867年8月25日),英国物理学家,也精于化学,在电磁学及电化学领域有贡献。迈克尔·法拉第是英国著名化学家戴维的学生和助手,他的发现奠定了电磁学的基础,是麦克思韦的先导。1831年10月17日,法拉第首次发现电磁感应现象。有人问戴维一生中最伟大的发现是什么,他绝口不提自己发现的钠、钾、氯、氟等元素,却说:“我最伟大的发现是一个人,是法拉第。” 【关键词】法拉第成才贡献楷模创造性 一、法拉第的成才 迈克尔·法拉第于1791年9月22日出生在英国伦敦南效萨里郡纽英镇的一个铁匠家庭。由于他家里相当穷,上不起学。他被家人送到书店里学习装订技术,法拉第在装订书籍的同时从书店老板那里习得识字。从书中学到很多新的知识。特别是当他接触到有趣的书籍时就贪婪地读起来,尤其是百科全书和有关电的书本,简直使他着了迷。繁重的体力劳动、无知和贫穷,都没有能阻挡法拉第向科学进军。就这样,法拉第走上了自学的道路。法拉第学徒期满,在一家书铺做装订工。1812年,法拉第听完了当时著名的化学家戴维在皇家学院做的一系列化学讲座,并作了详细的笔记。这时法拉第已无法安心自己的工作,他是那样地向往科学。他给皇家学会会长兼皇家学院院长写了一封求职信,却石沉大海。同年12月,法拉第又一次向命运挑战了。他鼓起勇气给戴维写信,并且把装订成册的戴维4次讲座的笔记一起送去。法拉第巨大的热情、超人的记忆和献身科学的精神,感动了这位大化学家。法拉第到皇家学院化学实验室当了戴维的助手。科学圣殿的大门向学陡出身的法拉弟打开了。 法拉第在戴维指导下开始了自己的研究工作。1815年,他参与了煤矿安全灯的研制工作。1816年,法拉第发表了他的第一篇论文“多斯加尼本工生石灰的分析”。到1819年他已经在化学、气体液化、特种钢研究等方面发表论文37篇,成了一位小有名气的化学家。1821年10月,法拉第发表了一篇有关电磁学的论文“论某些新的电磁运动兼论磁学的理论”,开始在电磁学领域崭露头角。同年,他发明了电磁旋转器,用实验证实了电磁力是一种旋转力。1824年,被选为皇家研究所的实验室主任。1831年发现了电磁感应现象,这是法拉第在科学上的最高成就,这在物理学上起了重大的作用。1833年到1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化,提出了法拉第电解定律。1834年,他又重新研究了感应现象,这一次发现了静电感应, 并独立地和亨利同时发现了自感现象。1843年法拉第第一个证明了电荷守恒定律。1845年,发现了偏振光在磁场作用下通过重玻璃后偏振面旋转,称为“磁旋光效应”。他还提出了“场”和“力线”的概念,同年又发现了物质的抗磁性。法拉第的最后一个研究课题是探索光束在磁场中分裂效应,在这个课题上他没能取得成功,但后来终于被塞罗发现。1855年法拉第完成了电磁学巨著——《电的实验研究》。1858年,法拉第离开皇家学院,到伦敦度过晚年生活。1867年8 高三物理磁场大题 1.如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v 从A 点沿直径AOB 方向射入磁场,经过Δt 时间从C 点射出磁场,OC 与OB 成600角。现将带电粒子的速度变为v/3,仍从A 点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为 A .1 2t ? B .2t ? C .1 3 t ? D .3t ? 2.半径为a 右端开小口的导体圆环和长为2a 的导体直杆,单位长度电阻均为R 0。圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B 。杆在圆环上以速度v 平行于直径CD 向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O 开始,杆的位置由θ确定,如图所示。则 A .θ=0时,杆产生的电动势为2Bav B .3 π θ= 3Bav C .θ=0时,杆受的安培力大小为23(2)R B av π+ D. 3 π θ=时,杆受的安培力大小为 2 3 (53)R B av π+ 3.如图,质量分别为m A 和m B 的两小球带有同种电荷,电荷最分别为q A 和 q B ,用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时,两小球恰处于同一水平位置,细线与竖直方向间夹角分别为θ1与θ2(θ1>θ2)。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动,最大速度分别v A和v B ,最大动能分别为E kA 和E kB 。则() (A)m A一定小于m B (B)q A一定大于q B (C)v A一定大于v B (D)E kA一定大于E kB 4.如图,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时,原线圈中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是 A.120V,0.10A B.240V,0.025A C.120V,0.05A D.240V,0.05A 5.如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度 2018年高考物理试题分类解析:电磁感应 全国1卷 17.如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中心,O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆。M端位于PQS上,O M与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B'(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM 的电荷量相等,则 B B ' 等于 A. 5 4 B. 3 2 C. 7 4 D.2 【解析】在过程Ⅰ中 R r B R t R E t I q 2 __4 1 π ? = ?Φ = = =,在过程Ⅱ中 2 2 1 ) ' (r B B R q π ? - = ?Φ =二者相等,解得 B B ' = 3 2 。 【答案】17.B 全国1卷 19.如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是 A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D .开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N 极朝垂直纸面向外的方向转动 【解析】A .开关闭合后的瞬间,铁芯内磁通量向右并增加,根据楞次定律,左线圈感应电流方向在直导线从南向北,其磁场在其上方向里,所以小磁针的N 极朝垂直纸面向里的方向转动,A 正确; B 、 C 直导线无电流,小磁针恢复图中方向。 D .开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,电流方向与A 相反,小磁针的N 极朝垂直纸面向外的方向转动,D 正确。 【答案】19.AD 全国2卷 18.如图,在同一平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域, 区域宽度均为l ,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为 3 2 l 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动,线框中感应电流i 随时间t 变化的正确图线可能是 【解析】如图情况下,电流方向为顺时针,当前边在向里的磁场时,电流方向为逆时针,但因为两导体棒之间距离为磁场宽度的 2 3 倍,所以有一段时间两个导体棒都在同一方向的磁场中,感应电流方向相反,总电流为0,所以选D. 【答案】18.D 全国3卷 20.如图(a ),在同一平面内固定有一长直导线PQ 和一导线框R ,R 在PQ 的右侧。导线 PQ 中通有正弦交流电流i ,i 的变化如图(b )所示,规定从Q 到P 为电流的正方向。导线框R 中的感应电动势法拉第电磁感应定律教案
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