2019高中物理 第一章 电磁感应 习题课2 电磁感应的综合应用学案 教科版选修3-2.doc

1习题课习题课 2 2 电磁感应的综合应用电磁感应的综合应用学习目标 1.应用楞次定律判断感应电流的方向 2.综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题 3.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法，能用能量观点分析和解决电磁感应问题合 作 探 究·攻 重 难利用“结论法”判断感应电流的方向1.“增反减同”法感应电流的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反(2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同口诀记为“增反减同” 2 “来拒去留”法 由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动口诀记为“来拒去留” 3 “增缩减扩”法就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或扩张的趋势收缩或扩张是为了阻碍电路原磁通量的变化若穿过闭合电路的磁通量增加时，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少时，面积有扩张趋势口诀为“增缩减扩” 说明：此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的情况4 “增反减同”法自感线圈总是阻碍引起感应电流的原电流的变化：(1)当原电流增大时，自感电流的方向与原电流方向相反(2)当原电流减小时，自感电流的方向与原电流的方向相同口诀记为“增反减同” 如图 1 所示，一水平放置的矩形闭合线圈 abcd 在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持 bc 边在纸外，ad 边在纸内，由图中位置经过位置到位置，位置和位置都很接近位置，这个过程中线圈的感应电流( )图 1A沿 abcd 流动B沿 dcba 流动2C先沿 abcd 流动，后沿 dcba 流动D先沿 dcba 流动，后沿 abcd 流动A A 由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置时穿过闭合线圈的磁通量最小为零，线圈从位置到位置，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置到位置，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.楞次定律的使用步骤针对训练1.如图 2 所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是 ( )图 2A向右摆动 B向左摆动C静止 D无法判定A A 当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右运动电磁感应中的图像问题1.问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像(2)由给定的图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量2图像类型(1)各物理量随时间t变化的图像，即B­t图像、­t图像、E­t图像和I­t图像(2)导体切割磁感线运动时，还涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移变化的图像，即E­x图像和I­x图像3解决此类问题需要熟练掌握的规律：安培定则、左手定则、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律、欧姆定律等将一段导线绕成图 3 甲所示的闭合回路，并固定在纸面内，回路的ab边置于3垂直纸面向里的匀强磁场中回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场，以向里为磁场的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的曲线如图 3 乙所示用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图像是( )甲 乙图 3A BC D思路点拨：本类题目线圈面积不变而磁场发生变化，可根据EnS判断E的大小B t及变化为Bt图像的斜率，且斜率正、负变化时对应电流的方向发生变化B tB B 由题图乙可知 0 时间内，磁感应强度随时间线性变化，即k(k是一个常数)，T 2B t圆环的面积S不变，由EkS，可知圆环中产生的感应电动势大小不变， tB·S t则回路中的感应电流大小不变，ab边受到的安培力大小不变，从而可排除选项 C、D；0时间内，由楞次定律可判断出流过ab边的电流方向为由b至a，结合左手定则可判断出T 2ab边受到的安培力的方向向左，为负值，故选项 A 错误，B 正确解决电磁感应图像问题的基本步骤1已知图像，根据物理规律求解相应的物理量42根据所提供的物理情景作出相应的图像针对训练2如图 4 所示，在x0 的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面(纸面)向里具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合令线框从t0 时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流i(取逆时针方向的电流为正)随时间t的变化图像正确的是 ( )图 4A B C DD D 因为线框做匀加速直线运动，所以感应电动势为EBLvBLat，因此感应电流大小与时间成正比，由楞次定律可知电流方向为顺时针电磁感应中的动力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起电磁感应中力学问题，常常以导体在滑轨上运动的形式出现，要对其受力情况、运动情况进行动态分析根据导体的运动情况，解决问题的具体思路如下：1导体静止或匀速运动时的力电综合问题分析思路52导体变加速运动过程的力电综合问题分析思路(1)做好受力分析和运动情况分析导体受力分析速度变化产生变化的感应电动势产生变化的感应电流导体受变化的安培力作用合外力变化加速度变化速度变化最终加速度等于零，导体达到稳定运动状态(2)导体达到稳定状态往往是这类问题的突破口，进而列出平衡方程解决问题如图 5 所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B，在导轨的A、C端连接一个阻值为R的电阻一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab，从静止开始沿导轨下滑，求此过程中ab棒的最大速度已知ab棒与导轨间的动摩擦因数为，导轨和ab棒的电阻都不计图 5思路点拨：ab棒沿导轨下滑的过程中受四个力作用，即重力mg、支持力N、摩擦力f和安培力F安ab棒由静止开始下滑后，各相关量的变化情况为vEIF安a(表示增大，表示减小)，所以这是一个变加速过程，当加速度减小到a0 时，其速度增大到最大值vm，此时ab棒处于平衡状态，以后将以vm匀速下滑【解析】 ab棒下滑时切割磁感线，产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律得EBLv根据闭合电路欧姆定律，闭合电路ACba中产生的感应电流IE R根据右手定则可判定感应电流的方向为aACba，由左手定则可知ab棒受到的安培力F安的方向沿导轨向上，其大小为F安BIL由式可得F安B2L2v R6对ab棒进行受力分析，如图所示，由牛顿第二定律得mgsin fF安ma又fN，Nmgcos ，F安B2L2v R则mgsin mgcos maB2L2v Rab棒做加速度逐渐减小的变加速运动，当a0 时速度达到最大，此时有mgsin mgcos 0B2L2vm R由式可解得vm.mgsin cos R B2L2【答案】 vmmgsin cos R B2L2电磁感应现象中涉及到具有收尾速度的力学问题时，关键是做好受力情况和运动情况的动态分析：周而复始地循环，达到最终状态时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态，即平衡状态，根据平衡条件建立方程，所求解的收尾速度也是导体运动的最大速度针对训练3(多选)如图 6 所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆开始时，将开关 S 断开，让杆ab由静止开始自由下落，一段时间后，再将 S 闭合，若从 S 闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是( )7图 6A B C DACDACD 设ab杆的有效长度为l，S 闭合时，若>mg，杆先减速再匀速，D 项有可B2l2v R能；若mg，杆匀速运动，A 项有可能；若<mg，杆先加速再匀速，C 项有可能；B2l2v RB2l2v R由于v变化，mgma中的a不恒定，故 B 项不可能B2l2v R当 堂 达 标·固 双 基1.如图 7 所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是 ( )图 7A同时向左运动，间距变大B同时向左运动，间距变小C同时向右运动，间距变小D同时向右运动，间距变大B B 磁铁向左运动，穿过两环的磁通量都增加根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量增加，所以两者都向左运动另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断两个环之间是相互吸引的，所以选项 A、C、D 错误，B 正确2.如图 8 所示的区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一个电阻为R、半径为L、圆心角为 45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴匀速转动(O轴位于磁场边界)，周期为T，t0 时刻线框置于如图所示位置，则线框内产生的感应电流的图像为(规定电流顺时针方向为正) ( )图 88A BC DA A 在本题中由于扇形导线框匀速转动，因此导线框进入磁场的过程中产生的感应电动势是恒定的注意线框在进入磁场和离开磁场时，有感应电流产生，当完全进入时，由于磁通量不变，故无感应电流产生由右手定则可判断导线框进入磁场时，电流方向为逆时针，故 A 正确3如图 9 所示，在一匀强磁场中有一 U 形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动杆ef及线框中导线的电阻都可忽略不计开始时，给ef一个向右的初速度，则 ( ) 【导学号：24622037】图 9Aef将减速向右运动，但不是匀减速Bef将匀减速向右运动，最后停止Cef将匀速向右运动Def将往返运动A A ef向右运动，切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，会受到向左的安培力而做减速运动，直到停止，但不是匀减速，由FBIlma知，ef做的是加速度减小B2l2v R的减速运动故 A 正确4如图 10 甲所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L0.4 m导轨右端接有阻值R1 的电阻导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导体棒及导轨电阻均不计，导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场，bd连线与导轨垂直，长度也为L.从0 时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律如图 10 乙所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s 后刚好进入磁场，若使棒在导轨上始终以速度v1 m/s 做9直线运动，求：甲 乙图 10(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E；(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式【解析】 (1)正方形磁场的面积为S，则S0.08 m2.在棒进入磁场前，回路中L2 2的感应电动势是由于磁场的变化而产生的由B­t图像可知0.5 T/s，根据B tEn，得回路中的感应电动势ES0.5×0.08 V0.04 V. tB t(2)当导体棒通过bd位置时感应电动势、感应电流最大，导体棒受到的安培力最大此时感应电动势EBLv0.5×0.4×1 V0.2 V回路中感应电流I A0.2 AE R0.2 1导体棒受到的安培力FBIL0.5×0.2×0.4 N0.04 N当导体棒通过三角形abd区域时，导体棒切割磁感线的有效长度l2v(t1)(1 st1.2 s)，感应电动势eBlv2Bv2(t1)(t1) V感应电流i (t1) A(1 st1.2 s)e R【答案】 (1)0.04 V(2)0.04 N i(t1) A(1 st1.2 s)