2018版高中物理 第1章 電磁感應 習題課 電磁感應定律的應用學案 魯科版選修3-2.docx
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第4講 習題課 電磁感應定律的應用 [目標定位] 1.進一步理解公式E=n與E=Blv的區(qū)別與聯(lián)系,能夠應用兩個公式求解感應電動勢.2.利用法拉第電磁感應定律解決轉動問題和電荷量問題. 1.法拉第電磁感應定律 (1)內容:電路中感應電動勢的大小與穿過這一電路的磁通量變化率成正比. (2)公式:E=n,E的大小與Φ、ΔΦ無關(填“有關”或“無關”) 2.導體切割磁感線時的感應電動勢 (1)導體的運動方向與導體本身垂直,且與磁感線夾角為α時,E=Blvsin_α. (2)磁感應強度B、導線l、速度v三者兩兩垂直時,E=Blv. 其中l(wèi)指切割磁感線的有效長度. 3.在磁通量發(fā)生變化時,若電路閉合有感應電流,若電路不閉合無感應電流,但有感應電動勢(填“有”或“無”).產(chǎn)生感應電動勢的導體相當于電源. 一、公式E=n與E=Blv的區(qū)別與聯(lián)系 E=n E=Blv 區(qū)別 一般求平均感應電動勢,E與某段時間或某個過程相對應 一般求瞬時感應電動勢,E與某個時刻或某個位置相對應 研究對象為整個回路 研究對象為切割磁感線的導體 計算由于B、S變化引起的感應電動勢較方便 計算導體切割磁感線所產(chǎn)生的感應電動勢較方便 聯(lián)系 兩公式是統(tǒng)一的,當Δt―→0時,E為瞬時感應電動勢,而公式E=Blv中的速度如果是平均速度,則求出的感應電動勢為平均感應電動勢 例1 如圖1所示,空間存在方向豎直向下的磁場,MN、PQ是水平放置的平行長直導軌,其間距L=0.2m.額定電壓為2V的小燈泡接在導軌一端,ab是跨接在導軌上內阻不計的導體棒,開始時ab與NQ的距離為0.2m. 圖1 (1)若導體棒固定不動,要使小燈泡正常發(fā)光,磁感應強度隨時間的變化率是多大? (2)若磁感應強度保持B=2T不變,ab勻速向左運動,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,所以小燈泡兩端的電壓即為電動勢,E=UL=2V. (1)由E=S得:==T/s=50 T/s (2)由E=BLv得:v==m/s=5 m/s 二、導體切割磁感線—轉動問題分析 如圖2所示,長為l的金屬棒ab在磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度ω繞b點勻速轉動,則ab兩端電動勢的大小E=Bl2ω(推導見下面例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在紙面內以角速度ω勻速轉動,已知ab∶bc=4∶3,金屬棒總長為L,若加一個垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場,則棒兩端的電勢差Uca為( ) 圖3 A.BL2ω B.BL2ω C.BL2ω D.BL2ω 答案 B 解析 由題知ab∶bc=4∶3,金屬棒總長為L,則ab=L,bc=L,則ca間的長度l==L,abc棒以a端為軸在紙面內以角速度ω勻速轉動,則c、a間的電勢差大小Uca=Eca=Bl2ω=B2ω=BL2ω,故選B. 三、電磁感應中的電荷量問題 設感應電動勢的平均值為,則在Δt時間內:=n,=,又q=Δt,所以q=n.其中ΔΦ對應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,一定要用平均感應電動勢和平均感應電流計算. 例3 如圖4甲所示,有一面積為S=100cm2的金屬環(huán),電阻為R=0.1Ω,環(huán)中磁場的變化規(guī)律如圖乙所示,且磁場方向垂直紙面向里,在t1到t2時間內,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 由法拉第電磁感應定律知金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢E=n,由閉合電路的歐姆定律知金屬環(huán)中的感應電流為I=.通過金屬環(huán)截面的電荷量q=IΔt==C=0.01C. 例4 如圖5所示,閉合導線框abcd的質量可以忽略不計,將它從如圖所示的位置勻速拉出勻強磁場.若第一次用0.3 s時間拉出,拉動過程中導線ab所受安培力為F1,通過導線橫截面的電量為q1;第二次用0.9 s時間拉出,拉動過程中導線ab所受安培力為F2,通過導線橫截面的電量為q2,則( ) 圖5 A.F1- 配套講稿:
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